[发明专利]一种隧洞支护用高强钢筋混凝土管片及其生产方法

说明书

本发明公开了一种隧洞支护用高强钢筋混凝土管片及其生产方法，在生产C45、C50、C55常规高强混凝土的管片原材料中，每立方米混凝土添加35kg～40kg无机纳米材料和6kg～8kg聚丙烯粗纤维；利用无机纳米材料对颗粒级配和界面显微结构的改善作用，在提高混凝土密实度的同时提高聚丙烯粗纤维与混凝土界面的结合状况和握裹力，从而使生产出来的新型钢筋混凝土管片的抗拉、抗压、抗弯折、抗渗等方面性能均得到大幅提高。本发明解决了常规高强钢筋混凝土管片性能受限于生产原材料而难以提高的问题，同时解决了常规高强钢筋混凝土管片在生产过程中易出现的表面蜂窝、麻面、微裂缝、边角损坏等影响管片性能的外观和质量缺陷问题，在保证复杂地质条件下隧洞的长久稳定的同时有效降低引水隧洞的全寿命成本。

技术领域

本发明涉及一种混凝土管片，尤其是一种隧洞支护用高强钢筋混凝土管片及其生产方法，用于高埋深、高外水、高地应力、强岩爆、大变形等复杂地质条件下提高隧洞支护用常规高强钢筋混凝土管片性能。

背景技术

伴随着国家基础设施建设的快速发展，在水利、市政、铁路等领域的建设中，全断面岩石掘进机(TBM)逐渐广泛应用于埋深长隧洞开挖施工中，而深埋长隧洞不可避免的会遇到复杂的工程地质条件如:高埋深、高外水、高地应力、岩爆、软岩大变形、穿越断层破碎带等。工程施工中为了保证TBM掘进机施工顺利进行，常采用掘进与安装管片同步进行的施工方式。由于管片是隧洞衬砌主体，关系洞室施工运行安全并直接影响隧洞施工质量、隧洞工程耐久性。所以隧洞衬砌高性能新型管片越来越受到重视，成为目前隧洞技术研究的一个重要方向。以混凝土为基体，以金属纤维、无机非金属纤维、合成纤维或天然有机纤维为增强材料的纤维增强混凝土(简称纤维混凝土)和普通混凝土相比，其抗拉强度、抗渗性等性能可得到提高，国内外都对其进行了深入的研究和广泛的工程实践。近些年国内工程借鉴欧美各国在水利、铁路、地铁隧洞广泛应用纤维混凝土管片的成功经验，在各类工程中都逐渐采用纤维混凝土管片技术。但当隧洞施工过程中设计混凝土管片抗拉、抗压、抗弯折、抗渗等方面的性能难以满足不良地质洞段的支护要求时，在现有管片设计厚度及料源条件下，加纤维仅在抗拉、抗渗等方面起到提高混凝土管片性能的作用，这就要求有一种能全面提高混凝土管片抗拉、抗压、抗弯折、抗渗等方面性能的新配方。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种不受料源限制，能全面提高混凝土管片抗拉、抗压、抗弯折、抗渗等方面性能的隧洞支护用高强钢筋混凝土管片及其生产方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种隧洞支护用高强钢筋混凝土管片，在生产C45、C50、C55常规高强混凝土的管片原材料中，每立方米混凝土添加35kg～40kg无机纳米材料和6kg～8kg聚丙烯粗纤维；

无机纳米材料指标和聚丙烯粗纤维指标如下：

无机纳米材料指标表

聚丙烯粗纤维指标表

上述隧洞支护用高强钢筋混凝土管片的生产方法，包括以下步骤：

(1)复合材料的检测试验：管片生产添加的无机纳米材料和聚丙烯粗纤维，使用前对两种材料的各项指标进行试验检测，以保证其满足设计技术要求；

(2)配合比试验：管片生产原材料水泥、水、砂、碎石配合比参照C45、C50、C55常规高强混凝土，然后按每立方米混凝土添加35kg～40kg无机纳米材料和6kg～8kg聚丙烯粗纤维，按不同比例组合浇注多组标准混凝土试块并经养护后进行试验，得到不同配合比条件下混凝土试块力学性能，在满足设计技术要求条件下选择最为经济的配合比进行管片批量生产。

所述步骤(2)中，混凝土标准试块先在55℃～60℃进行蒸汽养护6～9小时，然后再转入标准养护28天；混凝土试块力学性能试验项目包括：抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量、抗渗性。