鋼纖維混凝土盾構(gòu)管片可行性研究

貢怡新 黃金生

（1.南京廣蘭建材科技有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇龍冠新型材料科技有限公司，江蘇 南京 210000）

1 力學(xué)性能

鋼纖維混凝土是復(fù)合多項建筑材料，相比于普通混凝土，其擁有如下優(yōu)勢，第一、具有較高的剪切強度、彎曲強度、拉伸強度；第二、具有較強的耐沖擊性、韌性；第三、擁有極好的形變能力，裂紋約束擴展能力；第四、有較強的耐熱性、抗凍性、耐磨性；第五、不容易出現(xiàn)爆裂，轉(zhuǎn)角部位和邊緣部位具有較強的堅固性能。

2 鋼纖維混凝土盾構(gòu)管片的特點

2.1 承載能力

鋼纖維混凝土具有較強的承載能力，鋼筋混凝土在受拉區(qū)構(gòu)件出現(xiàn)開裂后，會迅速失去功效；而鋼纖維混凝土在受拉區(qū)構(gòu)件混凝土出現(xiàn)開裂后，仍能承擔(dān)部分拉力。一般情況下，在設(shè)計結(jié)構(gòu)時，會依照混凝土的極限承載能力開展設(shè)計?；诖耍摾w維混凝土結(jié)構(gòu)依照長期作用影響，根據(jù)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，可計算出最大裂縫寬度。依照現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，對同等級鋼筋混凝土構(gòu)件的最大裂縫寬度，鋼纖維特征、參數(shù)，鋼纖維對混凝土構(gòu)件裂縫寬度的權(quán)重系數(shù)進行計算，能夠得到最大的裂縫寬度。通過分析各項數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)在相同的情況下，相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)具有更強的承載能力。

2.2 耐久性、安全性

侵蝕性腐蝕以及結(jié)構(gòu)碳化是影響地下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素，而電流電化學(xué)腐蝕也是影響地鐵隧道耐久性、安全性的重要因素。結(jié)構(gòu)碳化是指水泥混凝土中的堿性物質(zhì)與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，進而降低混凝土堿性；混凝土結(jié)構(gòu)碳化會降低混凝土保護層厚度，使得混凝土無法有效保護內(nèi)部鋼筋，導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋逐步暴露出來，降低鋼筋堿性鈍化膜的防護功效，加快鋼筋銹蝕速度，進而降低鋼筋混凝土的耐久性和安全性。

3 鋼纖維混凝土盾構(gòu)管片經(jīng)濟性

3.1 初期投資

假設(shè)盾構(gòu)管片整環(huán)截面配筋數(shù)量相同，型號a鋼筋混凝土的盾構(gòu)管片寬度為1.2m，厚度為300mm，半徑為2.7m，配筋率為1.1%，主要的設(shè)計方案分別為：第一、保持原有的鋼纖維混凝土盾構(gòu)管片的厚度，使用螺紋筋作為截面配筋，向其中加入30kg/m3的鋼纖維；第二、將螺紋筋分布作為上、下截面配筋，向其中加入40kg/m3的鋼纖維，并統(tǒng)計上述方案中混凝土、鋼纖維、鋼筋等各材料的實際費用，計算初期投資額［1]。

每環(huán)工程量需要耗費的混凝土鋼纖維鋼筋數(shù)量以及總價費用如下，方案一、需要耗費6.45m3的混凝土、0.569噸的鋼筋、0噸鋼纖維、總價為3849￥；方案二、需要耗費6.45m3混凝土、0.344噸鋼筋、0.193噸鋼纖維、總價共計4573￥；方案三、需要耗費6.45m3混凝土、0.2253噸鋼筋、0.258噸鋼纖維、總價共計4769￥。通過分析上述數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，使用鋼纖維并未顯著增加總投資額，相比于鋼筋混凝土管片，加入鋼纖維的方案分別需要追加7%、9%的投資款。

3.2 全壽命周期

盡管鋼纖維的加入在一定程度上增加了初期投資成本，但含有鋼纖維的鋼筋混凝土具有更大的抗拉強度與抗沖擊性，能夠大幅降低由管片出現(xiàn)破損引發(fā)滲漏問題的概率，進而降低后續(xù)的維護費用、防水堵漏費用。與此同時，相比于鋼筋混凝土，鋼纖維混凝土具有較好的耐久性，能夠延長工程項目的使用周期。從全生命周期角度進行考慮，使用鋼纖維混凝土盾構(gòu)管片，有助于保障地鐵隧道的結(jié)構(gòu)安全，降低運營維護費用，增強配套設(shè)備的使用周期，在經(jīng)濟角度具有較強的可行性［2]。

3.3 鋼纖維價格趨勢

當(dāng)前限制鋼纖維混凝土應(yīng)用的主要原因在于鋼纖維較高的價格，相比于鋼筋混凝土，鋼纖維混凝土價格較高。一般情況下，國內(nèi)建筑施工單位將鋼纖維混凝土應(yīng)用于部分工程項目的核心區(qū)域以及少部分極為重要的工程項目中；相比于鋼筋混凝土，鋼纖維混凝土能提升工程項目的耐久性，延長工程項目的使用周期，降低后續(xù)的維護費用、防水堵漏費用。但是，當(dāng)前國內(nèi)各地區(qū)的工程項目對于鋼纖維混凝土的需求量仍然較低，現(xiàn)存的廠家的產(chǎn)能即可滿足光纖維需求；但長遠來看，鋼纖維的廣泛應(yīng)用是大勢所趨，若國內(nèi)各地區(qū)工程項目鋼纖維的需求量增加，引入更多的資本投入，鋼纖維生產(chǎn)行業(yè)中必然會大幅降低鋼纖維價格?，F(xiàn)階段，國內(nèi)鋼纖維的平均價格為7000￥/kg-8000￥/kg，優(yōu)質(zhì)鋼纖維價格在13000￥/kg-14000￥/kg，但是日韓及歐洲的報價卻在8000￥/kg以下，這使得優(yōu)質(zhì)鋼纖維具有較大的降價空間；若鋼纖維價格下降，消除了人們對于價格的顧慮，會進一步提升鋼纖維混凝土盾構(gòu)管片的優(yōu)勢，提升其可行性。

4 結(jié)語

綜上所述，相比于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土，鋼纖維混凝土具有優(yōu)越性，將其用于制作管片，有助于增強工程項目的整體性能；從初期投資成本、鋼纖維價格趨勢以及全周期成本等角度進行考慮，鋼纖維混凝土盾構(gòu)管片具有較強的可行性，建筑施工單位在應(yīng)用鋼纖維混凝土?xí)r，不應(yīng)片面地計算單次投資，而應(yīng)將間接費用、維護費用考慮在內(nèi)，進而考慮鋼纖維混凝土盾構(gòu)管片對于工程項目整體經(jīng)濟效益的影響，以此衡量該項技術(shù)的可行性。