矿井巷道复合纤维混凝土耐久性试验研究_张新民.pdf

矿井巷道复合纤维混凝土耐久性试验研究 张新民 1 （云南省交通规划设计研究院有限公司， 云南 昆明 650000） 摘要以矿井巷道支护结构为研究背景， 对复合纤维混凝土的耐久性进行试验研究， 同时试验成果对比于素混 凝土。取得结论如下 ①抗渗试验表明复合纤维混凝土渗水高度能够达到12.0 mm， 低于素混凝土的14.2 mm； ②早期 裂缝试验表明复合纤维混凝土的裂缝降低系数能够达到0.66， 可以有效降低早期开裂； ③通过碳化试验、 电通量试验 及硫酸盐腐蚀试验， 得到复合纤维混凝土碳化深度更小、 电通量更大、 抗侵蚀能力更强。所得结果可在一定程度上为 复合纤维喷射混凝土在矿井巷道支护中的研究与应用提供借鉴。 关键词矿井巷道单层衬砌复合纤维混凝土耐久性试验 中图分类号TD353文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -07-049-05 DOI10.19614/ki.jsks.201907008 Experimental Study on Durability of Composite Fiber Reinforced Concrete in Mine Laneway Zhang Xinmin2 （Yunnan Broadvision Engineering Consultants， Kunming 650000， China） AbstractTaking the supporting structure of mine roadway as the research background，the durability of composite fi- ber reinforced concrete was investigated and compared with that of the plain concrete. The conclusions are shown as follows ①The impermeability test shows that the seepage height of CFC reaches 12.0 mm， which is lower than 14.2 mm of plain con- crete；②Early crack test shows that the crack reduction coefficient of CFC reaches 0.66，which can effectively reduce early cracking；③Through carbonization test，electric flux test and sulfate corrosion test，the composite fiber concrete obtained has features of small carbonization depth， large electric flux and strong erosion resistance. The results can provide a reference for the research and application of composite fiber spraying concrete in mine roadway to a certain extent. KeywordsMine laneway， Single shell lining， Composite fiber concrete， Experiment on durability 收稿日期2019-01-28 作者简介张新民 （1966） ， 男， 高级工程师。 同普通混凝土结构相比， 纤维混凝土在抵抗弯 拉剪及耐疲劳等方面具有一定优势， 在工程结构中 的支护作用凸显， 在基坑边坡、 隧道初期支护及结构 维修加固等方面得到不少应用。国内外相关学者对 纤维混凝土进行了大量研究 ［1-8］。杜国平［9］等结合现 场试验结果， 基于理论分析， 对隧道纤维混凝土衬砌 的稳定性进行探究； 贺少辉 ［10］等提出纤维混凝土单 层衬砌在防水效果、 施工速度、 工程量及工程造价等 方面均优于复合式衬砌。 本项目以矿井巷道支护结构为研究对象， 对聚 丙烯钢复合纤维混凝土及素混凝土的耐久性进行 对比分析， 较为全面地展开耐久性试验研究。 1试验材料及配合比设计 表1为试验材料， 表2是配合比设计。 2耐久性试验 根据工程环境条件， 进行复合纤维混凝土及素 总第 517 期 2019 年第 7 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 517 July 2019 49 ChaoXing 混凝土的抗渗试验、 电化学腐蚀和密实性等耐久性 试验。试验分组及试件数量见表3。 2. 1抗渗试验 2. 1. 1抗渗等级计算 设置初始压力0.1 MPa， 逐级加压递增0.1 MPa并 持续8 h。混凝土抗渗等级计算 P10H-1，（1） 式中，P为混凝土抗渗等级；H为试件数量， 表示6个 混凝土试件中4个混凝土试件出现渗水时的水压， MPa。基于试验结果， 求得P＞13， 符合要求。 2. 1. 2渗水高度确定 设置试验水压1.4 MPa， 24 h后停止试验。每个 试件分别布设10个测点， 其渗水高度见图1， 以其平 均值作为每个试件的渗水高度见表4。 由表4可知， 复合纤维混凝土6个试件平均渗水 高度为 12.0 mm、 低于素混凝土试件平均渗水高度 14.2 mm， 表明其抗渗性更好。 2. 2碳化试验 对28 d龄期碳化后的标准试块破型， 用1％酚酞 乙醇喷于其断裂面。测量试件表面5个位置处的碳 化深度见图2。 由图2可知， 随着碳化龄期增大， 碳化深度逐渐 增大； 同一碳化龄期下， 复合纤维混凝土的碳化深度 更小。 2. 3电通量试验 电通量试验中， 随着通电时间增加， 通电电流变 化见图3。 由图3可知， 任一通电时间下复合纤维混凝土的 电通量均大于素混凝土的电通量。 金属矿山2019年第7期总第517期 50 ChaoXing 张新民 矿井巷道复合纤维混凝土耐久性试验研究 2. 4早期裂缝试验 早期裂缝试验采用平板法测试， 如图4所示。温 度设置在202 ℃， 湿度设置在 （605） 。试件成 型30 min后， 在其正上方100 mm处设置方向与试件 表面平行、 速度为50.5 m/s的风速。 每种混凝土各制作3个试件， 在上述条件下保持 3 d后对试件的早期裂缝长度及宽度进行测试。以裂 缝降低系数cr对试验结果进行判定。 crAmcr-Afcr/Amcr，（2） 式中，Amcr和Afcr分别为素混凝土及复合纤维混凝土 单位面积上开裂总面积的平均值。试验结果如表5 所示。 裂缝降低系数cr越大， 裂缝产生的几率越小， 纤 维阻裂性能越好。复合纤维能够显著降低混凝土早 期开裂。 2. 5硫酸盐腐蚀试验 共设置6个标准立方体试件， 均进行标准养护、 烘干冷却、 干湿循环， 各3个分别用于硫酸盐侵蚀试 验以及抗压强度试验。随着干湿循环次数增大， 抗 压强度变化曲线见图5， 抗压强度平均值及抗压强度 耐蚀系数变化曲线见图6。 由图5可知， 截至60次干湿循环混凝土抗压强 度均大于初始强度。由图6可知， 0次， 15次， 45次， 60次干湿循环时， 同素混凝土相比复合纤维混凝土 试件抗压强度分别提高了6.5， 18.7， 5.0， 8.3。 随干湿循环次数增大， 混凝土试件质量变化及其变 化率见图7。 由图7可知， 截至60次干湿循环， 试件质量均未 下降， 外观仍旧保持相对完整。 3耐久性评价 根据矿井巷道地下水及地基土检测结果， 不考 虑地下水的作用， 地基土中Cl-对混凝土结构没有影 响， 硫酸盐的影响一定程度上存在， 因此从硫酸盐侵 蚀及碳化2个方面对复合纤维喷射混凝土的耐久性 进行评价。 3. 1基于快速碳化试验的耐久性评价 根据图2所得结果， 将碳化试验结果进行拟合见 表6。根据拟合曲线计算碳化深度， 将计算结果与试 2019年第7期 51 ChaoXing 验实测结果进行对比见图8。 由图8可知， 拟合曲线所得计算值与试验值相 比， 二者具有较好的拟合度。为定量分析拟合曲线 的准确性， 将计算值与试验值的比值作为评价指标， 随碳化龄期的变化曲线见图9， 数据统计见表7。 根据图9得到计算值/试验值在碳化龄期内均在 0.93～1.08范围内波动； 由表7所得数据分析统计， 得 到计算值与试验值的拟合度较好， 所得拟合曲线具 有很高的准确性， 可以用来预测碳化深度随碳化龄 期变化。 3. 2基于干湿循环试验的耐久性评价 结合图5、 图6试验结果， 将试验数据进行拟合， 拟合方程和拟合曲线分别见表8、 图10。 由图10所示抗压强度拟合曲线， 复合纤维喷射 混凝土更大、 抗压强度降低速率更小， 抗硫酸盐侵蚀 能力更好。 4结论 （1） 复合纤维喷射混凝土耐久性试验表明 同素 混凝土相比， 纤维混凝土的碳化深度更小、 电通量及 抗侵蚀能力更大、 抗渗性及抗裂性更好， 得到纤维混 凝土的耐久性更好。 金属矿山2019年第7期总第517期 52 ChaoXing （2） 基于快速碳化试验和干湿循环试验， 对纤维 混凝土的耐久性进行评价， 通过实验数据得到拟合 方程， 将计算值与试验值进行对比， 提出本文研究所 得方程可以用于纤维混凝土的耐久性评价。 （3） 基于耐久性试验及评价， 得到本研究的纤维 混凝土在矿井巷道中的单层衬砌应用具有理论上的 可行性， 可为其进一步研究及应用提供借鉴。 参 考 文 献 徐礼华， 陈平， 黄乐， 等. 钢聚丙烯混杂纤维混凝土与变 形钢筋黏结性能试验研究 ［J］ . 土木工程学报， 2015， 48 （4） 15- 22. 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