一种合成纤维增强型混凝土盾构管片及其制备方法与流程

本发明涉及盾构管片领域，具体为一种合成纤维增强型混凝土盾构管片及其制备方法。
背景技术：
：盾构管片一般采用钢筋混凝土管片，管片虽然具有可靠的力学强度、较高的耐腐蚀性和施工制作技术成熟等特点，但在使用过程中出现局部缺角破损率高、抗裂性能差、韧性不足、耐久性差、防火性能差等问题。目前多通过掺入钢纤维来弥补普通钢筋混凝土管片的上述问题，钢纤维混凝土作为新型复合建筑材料，具有较好的力学性能，但钢纤维价格相对昂贵、管片制备工艺复杂，且存在钢纤维外露锈胀作用导致耐久性差、钢纤维力学性能未完全发挥导致浪费的问题。如
专利名称：为《一种适用于大口径地铁管片的高性能纤维混凝土及其应用》(申请号为201310440761.4)的发明创造公开了一种适用于大口径地铁管片的高性能纤维混凝土，掺入材料为冷拔端勾型钢纤维，虽可提高混凝土抗拉、抗弯、冲击韧性等性能，但未能解决钢纤维外露导致耐久性差的问题，且用钢量大导致成本显著增加，管片质量大导致施工不便，制备工艺更为复杂。采用高强度、高韧性的合成纤维代替钢纤维作为掺入材料，同样可显著改善混凝土力学性能，且合成纤维在混凝土拌合物中易于分散，且与硬化混凝土间具有良好的粘接性能，高温可熔化从而提高混凝土抗爆裂性能，同时避免钢纤维锈胀问题，且施工工艺相对简单，价格相对低廉。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种合成纤维增强型混凝土盾构管片及其制备方法，通过该方法制备的混凝土管片可提高管片抗裂性、抗疲劳性、耐久性，可大幅减少管片破损及管片微裂缝数量，且施工工艺简单，价格低廉，可用于大规模批量化生产。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种合成纤维增强型混凝土盾构管片，所述管片包括管片钢筋骨架，所述管片钢筋骨架由合成纤维混凝土填充，所述管片的底端预设有吊装孔，所述管片垂直于横截面的两端分别预设有螺栓孔。优选地，所述管片呈圆拱形设置，所述管片一体浇筑成型。优选地，所述合成纤维混凝土包括按比例混合的水泥、砂子、碎石、粉煤灰、外加剂、合成纤维和水。优选地，所述合成纤维包括高强度、高韧性的聚烯烃纤维。优选地，所述外加剂包括低氯、低碱高效的减水剂。一种合成纤维增强型混凝土盾构管片的制备方法，包括步骤：s1：选取合成纤维增强型混凝土的材料，所述合成纤维增强型混凝土的材料包括：365-375重量份的水泥、780-800重量份的砂子、1025-1055重量份的碎石、95-100重量份的粉煤灰、8-9重量份的外加剂，9-10重量份的合成纤维，然后按水胶比0.32-0.33加入水和外加剂将混合料材料混合且振捣均匀，制备合成纤维增强型混凝土；s2：加工制作管片钢筋骨架，所述管片钢筋骨架制作完成以后并置于专用模具，将s1所述的合成纤维增强型混凝土注入模具内并进行密封，对模具内的合成纤维增强型混凝土振捣密实，一次性浇筑成型，制备管片；s3：管片制作完成后进行8h自然养护，之后脱模进行标准养护。优选地，所述s1中制备合成纤维增强型混凝土的步骤，先将碎石及2/3的合成纤维均匀加入搅拌设备，加入砂子干拌40秒，再将水泥、粉煤灰、剩下的1/3的合成纤维加入搅拌设备并干拌20s，之后再按所述s1的水胶比加入水和外加剂，对混凝土混合料进行搅拌。优选地，所述混凝土混合料的搅拌时间比普通混凝土延长40-50s。优选地，所述s2中密封振捣采用高频低幅震动，振动时间120-140秒。本发明的有益效果是：通过本发明方法制备的合成纤维增强型混凝土盾构管片可大幅减少管片破损及管片微裂缝数量，且具有更高的抗拉强度、抗弯强度、抗拔强度；与普通混凝土管片相比，合成纤维增强型混凝土盾构管片具有优良的抗冲击性能、抗剪性能与变形性能，且还有卓越的裂后强度和抗裂抗疲劳性能；与钢纤维混凝土盾构管片相比，合成纤维增强型混凝土盾构管片可避免钢纤维锈胀问题，显著提高管片耐久性，且合成纤维高温可熔化从而提高混凝土受热膨胀空间，具有很好的抗高温爆裂性能，该合成纤维增强型混凝土盾构管片制作原材料易于获得，制备工艺简便，施工可操作性强，可进行大规模批量生产，具有广阔的应用发展前景。附图说明图1为本发明一种合成纤维增强型混凝土盾构管片的结构示意图；图2为本发明一种合成纤维增强型混凝土盾构管片及其制备方法的流程示意图；图中，1-管片钢筋骨架，2-吊装孔，3-螺栓孔，4-聚烯烃纤维。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，一种合成纤维增强型混凝土盾构管片，管片包括管片钢筋骨架1，管片钢筋骨架1由合成纤维混凝土填充，管片的底端预设有吊装孔2，管片垂直于横截面的两端分别预设有螺栓孔3。同时该管片呈圆拱形设置，管片一体浇筑成型，满足盾构施工的支撑要求，且能够通过管片的设计要求减少上部支撑荷载的应力集中对管片的破坏，增加了管片支撑使用寿命，减少安全事故发生的可能。制成该管片所有的合成纤维混凝土包括按比例混合的水泥、砂子、碎石、粉煤灰、外加剂、合成纤维和水，其中水泥选用质量符合gb175规定且不低于p·o.42.5级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥(碱含量≤0.6％)；砂子选用干净中砂，细度模数大于2.5，含泥量小于3％；碎石选用最大骨料粒径不大于25mm的山碎石，级配连续，含泥量小于1％；粉煤灰选用符合gb1596标准的i级粉煤灰；外加剂选用低氯、低碱高效减水剂；合成纤维选用高强度、高韧性的聚烯烃纤维4。进一步的，制作合成纤维增强型混凝土盾构管片流程如图2所示，首先选取合成纤维增强型混凝土的材料，其中合成纤维增强型混凝土的材料由365-375重量份的水泥、780-800重量份的砂子、1025-1055重量份的碎石、95-100重量份的粉煤灰、8-9重量份的减水剂，9-10重量份的合成纤维，按水胶比0.30-0.32加入水制成；合成纤维采用外掺法掺入，合成纤维重量相对于混凝土自身重量而言可以忽略不计，且减少了钢筋用量，减少了管片重量；合成纤维采用高强度、高韧性聚烯烃纤维，长度48-50mm，等效直径0.7mm，每公斤纤维数量60000～63000根，初始模量5-7gpa，抗拉强度大于500mpa，熔点大于130摄氏度；水泥选用质量符合gb175规定且不低于p·o.42.5级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥(碱含量≤0.6％)；砂子选用干净中砂，细度模数大于2.5，含泥量小于3％；碎石选用最大骨料粒径不大于25mm的山碎石，级配连续，含泥量小于1％；粉煤灰选用符合gb1596标准的i级粉煤灰；减水剂选用低氯、低碱高效减水剂。进一步的，选择较优的一种材料选择方式：水泥为425普通硅酸盐水泥，比表面积330m2/kg，初凝时间160min，终凝时间350min，3d抗压强度19mpa，28d抗压强度45mpa,3d抗折强度4mpa，28d抗折强度8mpa；碎石选用5mm～25mm连续级配的碎石，含泥量0.6％，硫化物和硫酸盐含量0.7％；砂子采用当地的河砂,表观密度2630kg/m3，堆积密度1390kg/m3，含泥量2.4％，泥块含量0.8％，氯离子含量0.004％，细度模数为2.3；采用i级粉煤灰；采用聚羧酸型减水剂，含固量13.27％，密度1.112g/cm3，总碱量2.3，ph值4.6，氯离子含量0.03％，减水率21％，泌水率比0％，含气量2.8％，拌合用水采用自来水。相关数据如下：1、以下实施例采用挪曼尔特生产的tamfibsp48型聚烯烃纤维，性能指标如表1所示：表1聚烯烃纤维性能指标表材料特性指标单位材料类型聚烯烃纤维长度48mm等效直径0.7mm每公斤纤维数量62500密度0.91g/cm3熔点130℃抗拉强度550mpa杨氏模量7.0gpa2、合成纤维增强型混凝土原材料与配合比，如表2所示：表2合成纤维增强型混凝土配合比进一步的，合成纤维增强型混凝土盾构管片的制备步骤如下：步骤一：按重量份配比量取水泥、砂子、碎石、粉煤灰、减水剂和合成纤维，为保证纤维充分分散，采用分次填加工艺加入各原材料并搅拌均匀，制备合成纤维增强型混凝土；制备过程中，先分次将粗集料(碎石)及2/3的合成纤维均匀加入搅拌设备，加入细集料(砂子)干拌40秒，再将水泥、粉煤灰、剩下的1/3的合成纤维加入搅拌设备并干拌20s，之后再按水胶比0.30-0.32加入水和外加剂将混合料材料混合且振捣均匀，制备合成纤维增强型混凝土。步骤二：加工制作管片钢筋骨架，管片钢筋骨架的主筋采用直径20mm的hrb400钢筋，间距150mm；将绑扎好管片钢筋骨架置于专用模具，随后将步骤一中制备好合成纤维增强型混凝土注入模具内并进行密封，对模具内的合成纤维增强型混凝土振捣密实，振捣采用高频低幅震动，振动时间120秒，以此来一次性浇筑成型，制备管片；步骤三：管片制作完成后进行8h自然养护，之后脱模进行标准养护。以上是制备一片合成纤维增强型混凝土盾构管片的步骤，如若需要连续制备，则需要在步骤三中脱模以后，将专用模具清理干净，以备重复再次使用，随后再按照该实施例的步骤步骤一、步骤二和步骤三重复制备合成纤维增强型混凝土盾构管片，直至到达要求。通过步骤一、步骤二和步骤三制备出来的合成纤维增强型混凝土盾构管片具备如下特性：1、管片吊装孔抗拔力大于170kn；2、管片抗渗试验，水压加载至1.2mpa，并持续2h，无渗水现象；3、纤维混凝土早龄期(24h内)没有出现裂缝，28天后相比普通混凝土管片，约减少50％微裂缝；4、合成纤维增强型混凝土盾构管片在抗弯试验中，150kn初次出现裂缝，裂缝宽度在0.2mm时承受荷载可达180kn。通过该方法制备的合成纤维增强型混凝土盾构管片可大幅减少管片破损及管片微裂缝数量，且具有更高的抗拉强度、抗弯强度、抗拔强度；与普通混凝土管片相比，合成纤维增强型混凝土盾构管片具有优良的抗冲击性能、抗剪性能与变形性能，且还有卓越的裂后强度和抗裂抗疲劳性能；与钢纤维混凝土盾构管片相比，合成纤维增强型混凝土盾构管片可避免钢纤维锈胀问题，显著提高管片耐久性，且合成纤维高温可熔化从而提高混凝土受热膨胀空间，具有很好的抗高温爆裂性能。进一步的，在整个实施例过程中，步骤一中合成纤维增强型混凝土搅拌时间应比普通混凝土延长40-50s，以此使混合料中的合成纤维充分混合均匀，增强混凝土的内部粘结力；制备的合成纤维增强型混凝土需要进行合成纤维增强型混凝土的坍落度、粘聚性、保水性以及和易性等检测，各种指标均合格后方可进行下一步的浇筑施工；步骤二中振捣采用高频低幅震动，振动时间120秒，使合成纤维增强型混凝土填充整个管片钢筋骨架，同时减少合成纤维增强型混凝土内部的气泡，使振捣合成纤维增强型混凝土更加密实，质量更好，同时步骤二中的专用模具，要预先设计好需要预留的吊装孔2和螺栓孔3的位置，以便于在浇筑混凝土的时候可以一次性浇筑成型；步骤三中对管片脱模进行标准养护而不进行蒸汽养护的目的在于，可以简化工艺，节约成本。由此可以看出，该合成纤维增强型混凝土盾构管片的性能明显优于现有技术中普通的钢筋混凝土管片，其原材料易于获得，生产成本低，同时制备工艺简单，可进行大规模生产，具备极高的推广应用价值。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。当前第1页12