一种隧洞支护用高强钢筋混凝土管片及其生产方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种隧洞支护用高强钢筋混凝土管片及其生产方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术采用的技术方案是：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。本专利技术的有益效果是：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，解决影响管片性能的外观和质量缺陷问题，同时解决管片性能受限于生产原材料而难以提高的问题，拓展管片在高埋深、高外水、高地应力、强岩爆、大变形等复杂地质条件下的适用性，在不增加管片厚度、不另寻料场的情况下提高管片的性能，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。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：本专利技术的隧洞支护用高强钢筋混凝土管片，在生产参照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。本专利技术通过在常规高强钢筋混凝土管片生产原材料(水泥、水、砂、碎石)中按一定比例添加由无机纳米和聚丙烯粗纤维组成的新型复合材料，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，解决了影响管片性能的外观和质量缺陷问题，同时解决了管片性能受限于生产原材料而难以提高的问题，拓展了管片在高埋深、高外水、高地应力、强岩爆、大变形等复杂地质条件下的适用性，在不增加管片厚度、不另寻料场的情况下提高了管片的性能，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。下面结合引大济湟调水工程穿越大坂山输水隧洞的具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：本工程采用双护盾TBM施工，在进入大坂山南缘断裂带之后，由于围岩大变形、塌方及高地应力等不利因素的影响，隧洞掘进工作一度停滞两年，已衬砌的管片(强度等级C50、抗渗等级W10)在破碎围岩的挤压、地下水的作用下严重受损。在工程现有料源条件下，无法满足当前水文地质条件下对管片性能的要求，急需一种不受料源限制，能全面提高混凝土管片抗拉、抗压、抗弯折、抗渗等方面性能的新方法—普通管片生产原材料(水泥、水、砂、碎石)中添加由无机纳米和聚丙烯粗纤维组成的新型复合材料，使得生产出来的新型管片能满足隧洞长久稳定的支护要求。首先，进行复合材料的检测试验；在确定无机纳米材料和聚丙烯粗纤维指标技术要求情况下，针对材料各项指标进行检测试验，见表1、2。无机纳米材料(巩义宏超建材有限公司生产的跨越2000型)和聚丙烯粗纤维(深圳维特耐新材料有限公司生产)。表1无机纳米材料检测试验表表2聚丙烯粗纤维检测试验表然后，参照普通C50钢筋混凝土管片中水泥、水、砂、碎石配合比，并按每立方米混凝土添加35kg～40kg无机纳米材料以及6kg～8kg聚丙烯粗纤维，按不同比例组合浇注混凝土标准试块；为分析无机纳米材料和聚丙烯粗纤维复合材料的发挥作用效果，同时浇注单掺无机纳米材料以及单掺聚丙烯粗纤维混凝土标准试块进行对比分析；将所有试块置于预制厂生产线进行蒸汽养护，蒸养温度55℃～60℃，蒸养时间约在6～9小时，然后转入标准养护室养护28天后对混凝土试块各项性能指标进行实验检测，如表3～表5为混凝土试块配合比及相应的力学指标参数。表3掺无机纳米材料和聚丙烯粗纤维复合材料试块配合比及相应力学指标表4单掺无机纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧洞支护用高强钢筋混凝土管片，其特征在于，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

【技术特征摘要】
1.一种隧洞支护用高强钢筋混凝土管片，其特征在于，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2.如权利要求1所述隧洞支护用高强钢筋混凝土管片的生产方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：池建军，隋世军，辛凤茂，杨凡，毕守森，吴桂兰，李萍，于茂，常峻，赵茜瑶，
申请(专利权)人：中水北方勘测设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：天津,12