混杂纤维对管片的裂缝与力学性能的影响

盾构管片是盾构法施工隧道主要的承重结构构件，因此对其抗裂性、安全性和耐久性要求很高，但传统钢筋混凝土管片自重较大，在运输、安装过程和运营阶段都可能出现局部开裂、破损现象。而单纯提高配筋率或局部加固可能由于新拌混凝土工作性能不足，在管片内部配筋密集区域造成混凝土与钢筋无法形成有效粘结和降低混凝土保护层厚度，从而导致管片在复杂应力作用下形成结构裂缝，使得衬砌结构的整体性被破坏，容易发生渗漏和钢筋锈蚀现象，降低了隧道结构的安全性、耐久性产生和使用寿命。研究表明，纤维自密实混凝土具有自密实混凝土高工作性和纤维混凝土高韧性的特点，采用增强增韧型长纤维可明显提高混凝土的抗拉、抗弯性能，因此可以利用结构性长纤维部分替代传统抗剪钢筋可以增加箍筋间距，保证浇筑质量，提高结构的耐久性。但目前国内针对纤维自密实混凝土的研究相对较少，对于利用结构型长纤维替代管片中钢筋的试验研究尚未见报道。鉴于此，本项目从钢纤维自密实混凝土工作性能、钢纤维自密实混凝土抗弯性能和韧性、钢筋-钢纤维自密实混凝土梁抗剪性能几个方面对钢筋钢纤维自密实混凝土的基本材料性能和利用钢纤维部分甚至完全替代箍筋的可行性进行研究。 2100433B

近年来，盾构法施工越来越多地应用在许多软土地层中的各类隧道建设中,其中绝大部分盾构隧道采用混凝土管片。但在传统混凝土管片中，经常存在下列问题：1）结构性裂缝；2）螺栓孔位置破损、吊装孔/注浆孔预埋件被拔出、管片边角崩落等现象。3）由于管片端部及螺栓口处配筋率较高，导致振捣困难，且新浇混凝土的工作度低下，流经钢筋时易产生离析并在管片表面产生裂缝，这会降低钢筋与混凝土基体的粘结性能，并减少钢筋保护层的厚度。4）管片力学性能的试验模型不尽合理。这些均影响了隧道的适用性、抗渗性、耐久性及安全性。本项目主要研究不同钢纤维、有机纤维及钢筋与高流态高性能混凝土共同作用时，管片的荷载-变形规律、应力-应变分布规律、裂缝的宽度与裂缝的分布规律，利用目前国际上先进的管片研究方法对比传统的钢筋混凝土管片，寻找出更加安全，可靠，经济与环保的复合材料应用于隧道管片等地下结构。

纤维细度及其离散程度不仅与纤维强度、伸长度、刚性、弹性和形变的均一性有关，而且极大地影响织物的手感、风格以及纱线和织物的加工过程。细度不匀比长度不匀和纤维种类的不同更容易导致纱线不匀及纱疵。但另一方面，具有一定的异线密度，对纱的某些品质（如丰满、柔软等毛型感）的形成是有利的。

1、对纤维本身的影响

纤维的粗细将影响纤维的比表面积，进而影响纤维的吸附及染色性能，纤维越细，其比表面积越大，纤维的染色性也有所提高；纤维较细，纱线成形后的结构较均匀，有利于其力学性能的提高。但是纤维间的细度不匀会导致纤维力学性质的差异，最终导致纤维集合体的不匀，甚至加工过程控制的困难；此外，纤维内的细度差异，会直接导致纤维的力学弱节，不但影响外观和品质，最终将影响产品的使用。

2、对纱线质量及纺纱工艺的影响

一般纤维细，纺纱加工中容易拉断，在开松、梳理中要求作用缓和，否则易产生大量短绒，在并条高速牵伸时也易形成棉结。另外，细纤维纺纱时，由于纤维间接触面积大，牵伸中纤维间的摩擦力较高，会使纱线中纤维伸直度较高。其他条件不变时，纤维越细，相同线密度纱线断面内纤维根数越多，摩擦越大，成纱强力越高，因为成纱断面内纤维根数较多时纤维间接触面积大，滑脱概率低，可使成纱强度提高。纤维的细度对成纱的条干不匀率有显著影响。

因此纤维越细时，纱的条干变异系数CV越低，条干均匀度越好。细纤维可纺较细的纱。一定细度的纤维，可纺纱线的细度是有极限的。纤维细，纱截面中纤维根数增加，纺纱断头率低，因此在纱线品质要求一定时，细纤维可纺细线密度的纱线。

3、对织物的影响

不同细度的纤维会极大地影响织物的手感及性能，如内衣织物要求柔软、舒适，可采用较细纤维；外衣织物要求硬挺，一般可用较粗纤维；当纤维细度适当时，织物耐磨性较好 。

理想的结构材料，要求它们受载后开始有较高的模量，随之达到较高的屈服极限，铕在承载能力稍有降低的情况下持续到一定应变量后破坏，这样的结构材料，可以通过不同断裂应变的纤维混杂，制成混杂纤维复合材料实现。

混杂纤维复合材料从广义上讲，包括的类型非常广。就基体而言，可以民树脂基体，也可以是各种树脂聚合物混合基体、金属基体以及各种陶瓷、玻璃等非金属基体。而从增强材料来说，可以是两种连续纤维单向增强，也可以是两种纤维混杂编织、两种短纤维混杂增强、两种粒子混杂增强以及纤维与粒子混杂增强。