本發(fā)明屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及pva-ecc單層襯砌結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

我國交通隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)多采用由初期支護(hù)和二次襯砌組成的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，在圍巖條件較好的情況下，二次襯砌主要是作為安全儲(chǔ)備來設(shè)置的，若能確保初期支護(hù)的長期使用性和耐久性要求，可將初期支護(hù)作為單層永久襯砌來考慮，而省去二次襯砌。單層襯砌是在20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的，指由單層或多層混凝土構(gòu)成的支護(hù)體系，支護(hù)層與襯砌層是一體的，各層間能夠充分傳遞剪力的支護(hù)體系。與復(fù)合式襯砌相比，單層襯砌厚度薄，減少了隧道開挖量，基本上不需要模板，降低了工程造價(jià)和施工工期，單層襯砌具有施工簡單快速、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。

目前，單層襯砌在挪威等歐洲國家應(yīng)用較多，國內(nèi)的應(yīng)用較少。主要是傳統(tǒng)的噴射混凝土易開裂，與圍巖協(xié)同變形的適用性弱以及存在鋼筋易腐蝕等耐久性問題。國內(nèi)外學(xué)者從澆筑、搗固和養(yǎng)生等工藝上不斷改進(jìn)，以提高襯砌的耐久性，但由于混凝土材料本身存在的脆性、抗拉、抗彎強(qiáng)度低等問題，襯砌耐久性問題難以得到解決。隨著復(fù)合材料的發(fā)展，鋼纖維噴混凝土單層結(jié)構(gòu)已逐漸應(yīng)用到單層襯砌中，取得了較好的效果。但鋼纖維噴混凝土依然存在鋼纖維施工時(shí)分散性不好，易成團(tuán)等施工問題，此外，在襯砌裂縫達(dá)到一定程度時(shí)，鋼纖維仍將發(fā)生銹蝕破壞問題。

針對(duì)現(xiàn)有單層襯砌技術(shù)的不足，亟需提供一種pva-ecc單層襯砌支護(hù)體系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種由pva-ecc（聚乙烯醇纖維增韌水泥基復(fù)合材料，polyvinylalcoholfiber-engineeredcementitiouscomposites，簡稱pva-ecc）構(gòu)成的韌性高、抗裂性好、耐久性好，對(duì)圍巖變形適用性強(qiáng)的單層襯砌。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種pva-ecc單層襯砌，包括pva-ecc噴層1、pva-ecc襯砌2和鋼架3，所述pva-ecc噴層1和所述pva-ecc襯砌2由高韌性pva-ecc材料噴射而成，在所述pva-ecc襯砌2內(nèi)嵌入鋼架3，以增強(qiáng)pva-ecc襯砌2的整體剛度。

優(yōu)選的，所述pva-ecc噴層1厚度為5~10cm，所述pva-ecc襯砌2厚度為20~30cm，所述鋼架3采用i12~i16的工字型鋼。

優(yōu)選的，所述pva-ecc材料的組分為水泥、粉煤灰、砂、水、減水劑和pva纖維，按質(zhì)量比計(jì)，水泥：粉煤灰：砂：水：減水劑=1：1.0~1.2：0.6~0.8：0.42~0.57：0.001~0.003；以水泥、粉煤灰、砂和減水劑混合均勻后的總體積為基數(shù)，pva纖維的摻量為13~20kg/m³。

優(yōu)選的，所述水泥為p.o.42.5硅酸鹽水泥，所述粉煤灰為一級(jí)粉煤灰，所述砂的粒徑在0.2mm~0.4mm，所述pva纖維的長度為12mm，直徑大于30μm，抗拉強(qiáng)度大于1200mpa，彈性模量大于30gpa，斷裂伸長率大于6%，所述減水劑為減水率40%以上的聚羧酸高效減水劑。

本發(fā)明所述pva-ecc材料的攪拌方法為：將水泥、粉煤灰、砂按質(zhì)量比加入攪拌機(jī)攪拌均勻后，再加入pva纖維攪拌均勻，之后再加入水、減水劑濕拌均勻即可得到高韌性pva-ecc材料。

本發(fā)明所述pva-ecc噴層和pva-ecc襯砌，所述噴射方法為：將上述pva-ecc拌合物置于噴射機(jī)進(jìn)行噴射，采用濕噴工藝。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明的pva-ecc噴層和pva-ecc襯砌均采用噴射工藝，厚度薄，無需大型襯砌模板臺(tái)車，施工安全、方便、快捷，大大提高了施工效率。

（2）本發(fā)明的高韌性pva-ecc材料的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到35mpa以上，極限拉伸應(yīng)變大于3%，是普通混凝土的300倍以上，在拉伸、彎曲和剪切荷載下具有應(yīng)變硬化、多縫開裂的特性，與鋼材的粘結(jié)性能好，具有耐久性好、高韌性、抗裂性好等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的pva-ecc單層襯砌的橫斷面示意圖；

圖2為本發(fā)明的pva-ecc單層襯砌的縱斷面示意圖；

圖中各標(biāo)號(hào)：1—pva-ecc噴層；2—pva-ecc襯砌；3—鋼架。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：如圖1~2所示：一種pva-ecc單層襯砌，包括pva-ecc噴層1、pva-ecc襯砌2和鋼架3，在所述pva-ecc襯砌2內(nèi)嵌入鋼架3，以增強(qiáng)pva-ecc襯砌2的整體剛度。所述pva-ecc噴層1和所述pva-ecc襯砌2均采用高韌性的pva-ecc材料。

所述pva-ecc噴層1的厚度5~10cm，所述pva-ecc襯砌2的厚度20~30cm，所述鋼架3采用i12~i16的工字型鋼。如圖所示的實(shí)施例中，pva-ecc噴層1的厚度5cm，pva-ecc襯砌2的厚度30cm，所述鋼架3采用i16工字型鋼，間距1.0m，適用于i級(jí)和ii級(jí)圍巖段。

所述pva-ecc材料的組分為水泥、粉煤灰、砂、水、減水劑和pva纖維，按質(zhì)量比計(jì)，水泥：粉煤灰：砂：水：減水劑=1：1.0~1.2：0.6~0.8：0.42~0.57：0.001~0.003；以水泥、粉煤灰、砂和減水劑混合均勻后的總體積為基數(shù)，pva纖維的摻量為13~20kg/m³。

所述水泥為p.o.42.5硅酸鹽水泥，所述粉煤灰為一級(jí)粉煤灰，所述砂的粒徑在0.2mm~0.4mm，所述pva纖維的長度為12mm，直徑大于30μm，抗拉強(qiáng)度大于1200mpa，彈性模量大于30gpa，斷裂伸長率大于6%，所述減水劑為減水率40%以上的聚羧酸高效減水劑。

實(shí)施例2：本實(shí)施例中所述pva-ecc材料的組分為水泥、粉煤灰、砂、水、減水劑和pva纖維，其中，按質(zhì)量比計(jì)，水泥：粉煤灰：砂：水：減水劑=1:1.2:0.72:0.57:0.003；以水泥、粉煤灰、砂、減水劑混合均勻后的總體積為基數(shù)，pva纖維的摻量為20kg/m³。所用水泥為p.o.42.5硅酸鹽水泥；粉煤灰為一級(jí)粉煤灰；砂的粒徑為0.2mm~0.4mm；pva纖維為日本生產(chǎn)的纖維，長度為12mm，直徑為39μm，抗拉強(qiáng)度為1620mpa，彈性模量為42.8gpa，添加sika聚羧酸高效減水劑。

其中pva-ecc噴層1和所述pva-ecc襯砌2采用pva-ecc材料的攪拌方法為：將水泥、粉煤灰、砂按上述質(zhì)量比加入攪拌機(jī)攪拌均勻后，再加入pva纖維攪拌均勻，之后再加入水、減水劑濕拌均勻即可得到高韌性pva-ecc材料。

其中pva-ecc噴層1和pva-ecc襯砌2的噴射方法為：將上述pva-ecc拌合物置于噴射機(jī)進(jìn)行噴射，采用濕噴工藝。

對(duì)本實(shí)施例的pva-ecc材料及構(gòu)件的進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果如下：

（1）采用100mm×100mm×300mm的棱柱體試塊，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法養(yǎng)護(hù)28d，進(jìn)行軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：pva-ecc材料抗壓強(qiáng)度平均值為40mpa，試塊在破壞過程中存在明顯的抗壓韌性。

（2）采用100mm×100mm×400mm的梁式試件，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：pva-ecc材料極限拉伸應(yīng)變達(dá)到3.2%，為普通混凝土極限拉伸應(yīng)變的300倍以上，在彎曲荷載下呈現(xiàn)出類似于鋼材的應(yīng)變硬化、多縫開裂的特性。

（3）采用厚度40cm×寬度40cm×長度200cm的簡支板數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?jì)算兩種工況：第一種采用傳統(tǒng)的c30混凝土梁模型；第二種采用pva-ecc梁模型。上覆均布荷載進(jìn)行全過程破壞模擬試驗(yàn)，數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果表明：pva-ecc梁與傳統(tǒng)混凝土梁相比，前者承載性能為后者的3.48倍；加載破壞時(shí)的跨中位移，前者為后者的47.3倍，破壞過程中表現(xiàn)為明顯的延性破壞。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，pva-ecc材料的極限拉伸應(yīng)變遠(yuǎn)高于普通素混凝土極限拉伸應(yīng)變，試件在受壓、受彎時(shí)表現(xiàn)出高韌性特征，梁試件的承載能力、變形性能明顯高于普通混凝土。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。