專利名稱：一種混凝土二次襯砌結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種混凝土結構，常見于隧道、地鐵等地下工程的二次襯砌混凝土結構，特別涉及的是混凝土中添加了纖維材料的混凝土結構。
背景技術：
隧道、地鐵等地下建筑物內發(fā)生火災事故，多數(shù)人員傷亡是由于二次襯砌混凝土爆炸或崩塌造成的。而傳統(tǒng)的二次襯砌結構都是由普通的水泥混凝土材料模注而成的，當火災發(fā)生時，混凝土溫度在短時間內達到1200℃左右，混凝土中的水分瞬間膨脹為大量的水蒸氣，當水蒸氣產生的膨脹壓力超過混凝土內部的黏結力時，混凝土就會發(fā)生爆炸或崩塌。
目前常用的措施之一是在二次襯砌混凝土表面的涂刷一層防火涂料。該方法只能改善混凝土表層的防火效果，不能從根本上改善混凝土的抗爆性能，而且會大量增加工程量。
另外，混凝土中也可以添加纖維材料，常用的纖維材料有金屬纖維(如鋼纖維和不銹鋼纖維)、無機纖維(主要有石棉等天然礦物纖維和抗堿玻璃纖維、抗堿礦棉、碳纖維等人造礦物纖維)和有機纖維(主要有聚丙烯、尼龍、聚乙烯、芳族聚酰亞胺等合成纖維和西沙爾麻等天然植物纖維)。其中金屬纖維和無機纖維只能提高混凝土的內部結合力，對防火抗爆沒有作用。其他的有機纖維雖然在一定程度上可以提高混凝土的防火抗爆性能，但是這種作用并不明顯。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種混凝土二次襯砌結構，該結構能夠防止或減弱二次襯砌混凝土發(fā)生爆炸或崩塌，同時改善了傳統(tǒng)混凝土材料脆性大易開裂、抗沖擊、抗拉及韌性等機械性能差的缺點。
一種混凝土二次襯砌結構，該結構的材料為中空多孔纖維混凝土或砂漿，它包括中空多孔纖維和水泥混凝土/砂漿，該中空多孔纖維為聚丙烯類增強纖維，該纖維截面具有中空并帶有3～9個孔的結構，中空度為10～20％，纖維的成空率大于98％，纖維直徑22μm～50μm，強度＞500N/mm2，彈性模量＞3500N/mm2，延伸率為15～30％，長度6～25mm，纖維根數(shù)76～200百萬/kg，密度＞0.70g/cm3。
中空多孔纖維在混凝土/砂漿中的摻量范圍控制在0.5kg～2kg/m3之間。
本發(fā)明的優(yōu)點由于纖維中有孔的存在，其中空度達到20％左右，相同長度的每根中空多孔聚丙烯的纖維體積僅為實心的聚丙烯纖維的80％左右，大量的多孔中空聚丙烯纖維在受熱熔化時所留出的孔道要比實心的聚丙烯所留出的孔道增加20％左右，增加的20％左右的孔道將會在更大程度上緩解混凝土中由于水蒸氣膨脹而產生的壓力，相對于實心聚丙烯纖維就會進一步減少混凝土發(fā)生爆炸或崩塌的可能。
具體實施方式目前，隧道的二次襯砌混凝土層厚度一般為0.3～0.5米，通常在火災發(fā)生后的30分鐘內普通的二次混凝土襯砌層就會發(fā)生爆炸或崩塌。如果采用添加了中空多孔纖維的二次襯砌混凝土結構，火災發(fā)生后，中空多孔纖維在170℃時熔化，在200℃時左右液化，而爆裂發(fā)生在190℃～250℃之間，當纖維熔化并被基體部分吸收后，在混凝土中就會留下大量孔道，由于纖維中有孔的存在，纖維的中空度在20％左右，相同長度的每根中空多孔聚丙烯的纖維體積僅為實心的聚丙烯纖維的80％左右，大量的多孔中空聚丙烯纖維在受熱熔化時所留出的孔道要比實心的聚丙烯所留出的孔道增加20％左右，這些孔道可以在更大程度上釋放混凝土中由于水蒸氣膨脹而產生的壓力，這樣相對于實心聚丙烯纖維，就進一步減少了混凝土發(fā)生爆炸或崩塌的可能。當溫度達到250℃時中空多孔纖維的原材料聚合物就會分解，這樣，在混凝土表層就會空出更多的孔道，可以進一步緩解混凝土內部的水蒸氣壓力，減少混凝土發(fā)生爆炸或崩塌的可能。
本發(fā)明中，混凝土/砂漿可以采用普通混凝土或砂漿、乳膠混凝土或砂漿、各種摻有化學外加劑的混凝土或砂漿(如自收縮性混凝土、高抗凍性混凝土)，以及摻有硅粉、粉煤灰、鋼纖維等材料的混凝土或砂漿。
中空多孔纖維在混凝土中的摻量范圍控制在0.5kg～2kg/m3之間。隨著纖維添加量的增加，混凝土的防火抗爆性能得到顯著的改善，同時結構的抗裂性能、防滲性、抗凍性、抗沖擊等性能也會得到提高。例如多孔纖維摻量在1.4kg/m3時，混凝土的抗裂性能提高99％左右，抗?jié)B性能提高60％以上，抗凍性能提高近100％，抗沖擊性能提高65％左右。
中空多孔纖維混凝土的生產工藝為在混凝土組分中加入中空多孔纖維，然后采用干拌或濕拌的拌和方式進行充分攪拌，直至纖維在混凝土材料中得以均勻分散即可澆筑到二次襯砌模板中形成二次襯砌。
實施例試件1普通混凝土試件混凝土標號C25。
混凝土配合比參照《普通混凝土配合比設計規(guī)程，JGJ55—2000》，無其它外加劑。
在28天養(yǎng)護期后進行試驗。
攪拌制度細集料+水泥+纖維+粗集料干拌1分鐘，加水后濕拌2分鐘。
試件2中空多孔纖維混凝土試件混凝土的配合比同上；在混凝土中加入摻量為2kg/m3的聚丙烯中空多孔纖維。
攪拌制度拌和方法同上，適當延長攪拌時間15秒，使纖維分散均勻。
試驗過程將兩組試件在1200℃的條件下耐熱120分鐘，觀測兩個試件的破壞情況。
試驗結果未加多孔中空纖維的混凝土試件表面出現(xiàn)大面積的爆裂剝落情況，且出現(xiàn)了大量的裂紋，其使用功能已嚴重受損；而摻加的多孔中空纖維的混凝土試件表面有發(fā)黃的燒后痕跡，僅出現(xiàn)少量的裂紋，未發(fā)現(xiàn)有爆裂剝落的情況出現(xiàn)，火燒對其使用性能有所減弱，但仍可有效地擔當熱阻，繼續(xù)為內層提供熱防護。
權利要求
1.一種混凝土二次襯砌結構，該結構的材料為中空多孔纖維混凝土或砂漿，它包括中空多孔纖維和水泥混凝土/砂漿，該中空多孔纖維為聚丙烯類增強纖維，其特征是該纖維截面具有中空并帶有3～9個孔的結構，中空度為10～20％，纖維的成空率大于98％，纖維直徑22μm～50μm，強度＞500N/mm2，彈性模量＞3500N/mm2，延伸率為15～30％，長度6～25mm，纖維根數(shù)76～200百萬/kg，密度＞0.70g/cm3。
2.根據(jù)權利要求1所述的混凝土二次襯砌結構，其特征是中空多孔纖維在混凝土/砂漿中的摻量范圍控制在0.5kg～2kg/m3之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混凝土二次襯砌結構，該結構的材料為中空多孔纖維混凝土或砂漿，它包括中空多孔纖維和水泥混凝土/砂漿，該中空多孔纖維為聚丙烯類增強纖維，該纖維截面具有中空并帶有3～9個孔的結構，中空度為10～20％，纖維的成空率大于98％，纖維直徑22μm～50μm，強度＞500N/mm
文檔編號C04B14/38GK1994956SQ20061000525
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月5日 優(yōu)先權日2006年1月5日
發(fā)明者張海文, 何唯平 申請人:深圳市海川實業(yè)股份有限公司