浅析纤维素纤维在隧道二次衬砌中的应用

浅析纤维素纤维在隧道二次衬砌中的应用

摘要：文章结合贵广客专隧道二次衬砌混凝土质量控制实例，介绍纤维素纤维的特点、通过配合比设计和试验数据的对比，阐述纤维素在隧道二次衬砌混凝土中应用的优点。

关键词：纤维素纤维；隧道二次衬砌；应用

1 工程概况

中铁十八局承建的贵广客专GGTJ-4标线下工程全程设计时速250km/h，并预留进一步提速条件。隧道二次衬砌工程与2009年8月开始，衬砌耐久性设计寿命100年以上。由于往复高速列车通过时会产生较大的空气压力和振动，衬砌混凝土会产生疲劳裂缝。纤维素纤维在隧道二次衬砌混凝土中的使用，有效提高混凝土的早期力学性能、耐久性和表面质量，解决了二次衬砌混凝土因温度收缩和其他收缩而开裂的风险。

2 纤维素纤维的特点

本工程隧道二次衬砌混凝土添加上海罗洋UF500纤维素纤维(如图1)，UF500纤维素纤维是从特殊树种中提纯出来的纤维素纤维，是一种新型的绿色环保材料。纤维素纤维与以往的纤维相比有以下几方面的优点：

① UF500纤维素纤维的密度略大于水的密度，改善了纤维在混凝土浇注振捣过程中纤维上浮的现象。

② UF500纤维素纤维的长度与以往纤维的长度相比，平均长度较短(2mm左右)，避免纤维在搅拌过程中缠绕成团、避免了纤维混凝土表面起毛的现象，同时也有益于混凝土表面的装饰性。UF500纤维素纤维的本身抗拉强度、比表面积、弹性模量比以往纤维要优越(见表1)，极大的改善了混凝土的早期及后期的抗裂性，与混凝土复合作用越大。

③ UF500纤维素纤维的亲水性良好，亲水性好的特点为：一是有利于纤维在混凝土中的分散；二是使水泥的水化产物沿着纤维表面生长，纤维表面粘附着大量的水泥水化产物，大幅增强了水泥浆体对纤维的握裹力，水泥浆体对纤维握裹力越强，纤维阻止微裂缝产生的能力越强，混凝土的抗裂性能越好。三是纤维素纤维在混凝土中的均匀分散延缓了水化热峰值的产生，降低了温度梯度，减少水分的蒸发，从而大幅降低混凝土早期因温度收缩和其他收缩而开裂的风险。

④ UF500纤维素纤维配合比试验及力学和耐久性试验对比。纤维素纤维混凝土在配合比设计时按照高性能配合比计算出基准配合比，然后按照纤维素的设计掺量用外掺法加入纤维素纤维，纤维素要均匀的加入骨料中，严禁在混凝土搅拌过程中添加。

按照所试配的混凝土配合比试验所得(见表2)：掺加了UF500纤维素纤维的混凝土抗裂性明显优于普通混凝土，改善混凝土的温度裂缝和其他裂缝的产生；UF500纤维素纤维相对以往的纤维，长度与直径较小，对混凝土的工作性能影响较小，同时有效提高了混凝土的和易性，抗离析性、粘聚性，保证了混凝土的工作性；显著改善混凝土的耐久性：混凝土的抗冻性、抗氯离子渗透(电通量)、抗水渗透(抗渗)及抗硫酸盐侵蚀等性能是混凝土耐久性的重要指标。纤维素纤维使水泥水化更完全，混凝土更密实，显著降低了混凝土的孔隙率，从而大幅提高混凝土的耐久性；纤维素纤维对混凝土早期强度能提高5～10％，有利于缩短二衬混凝土的拆模时间，这对与施工工期、进度和质量都有好处；纤维素纤维拌合均匀后增加了混凝土的抗离析性能，使高性能混凝土中的含气量中的气泡更加均匀，拆模后混凝土表面的气泡明显减小，极大的改善了混凝土的表面质量。

3 纤维素纤维在施工中的注意事项

3.1 搅拌站搅拌

由于纤维素纤维是一种压缩后加工成规则形状(正方形)的纤维。它的分解方式主要靠骨料摩擦和混凝土搅拌时遇水分解来完成，因此在混凝土的配料及搅拌环节中必须严格遵守以下3个条件：①严格按照试验室出具的施工配合比施工；②纤维必须在骨料配料时开始添加(在配料机粗细骨料间加工溜槽如图2)，至骨料配料结束时添加完毕，必须保证与骨料一起添加，严禁在搅拌机中添加。③混凝土的搅拌时间不少于180S。

3.2 混凝土运输

采用混凝土输送车运输，在运输过程中混凝土输送车要慢速搅拌。

3.3 浇注

采用泵送入模，机械振捣的方式。要特别注意，混凝土输送车在卸料时要按照每秒不大于0.01m3的速度匀速卸料，因为添加了纤维素纤维的混凝土抗离析性能明显大幅度提高，混凝土下料时比较均匀。如果下料过快，输送泵的过滤网上容易积料，造成混凝土无谓的浪费。混凝土在振捣时要快插慢拔，严格按照振捣工艺施工。

4 结语

纤维素纤维的使用，无需改变混凝土配合比以及现场施工工艺，使用简单方便。纤维素纤维能进一步提高混凝土的质量，保证工程的使用寿命。

参考文献：

[1]GB/T21120-2007水泥混凝土和砂浆用合成纤维标准，[s].