Почему для строительства туннельных сегментов требуется армированный стекловолокном бетон
Сегменты туннелей — это не просто бетонные изделия. Они должны выдерживать давление грунта, давление воды, усилия при монтаже, давление при проходке щитом, нагрузки при транспортировке, а также долгосрочные эксплуатационные нагрузки. Кроме того, они должны обладать стабильной точностью размеров, надежными соединительными характеристиками и высокой долговечностью.
Обычный железобетон может удовлетворить многие требования к облицовке туннелей. Однако во многих современных проектах проектировщикам также требуются более эффективные меры по предотвращению растрескивания, повышенная вязкость, улучшенная коррозионная стойкость и повышенная усталостная прочность. Именно поэтому сегменты из фибробетона приобретают все большее значение в туннельном строительстве.
Компания «Шандун Цзяньбан» выяснила, что армированный волокном бетон может повысить эксплуатационные характеристики туннельных сегментов несколькими способами. Это может повысить вязкость материала. Это может снизить риск образования трещин. Это может повысить усталостную прочность. Это может повысить коррозионную стойкость. Кроме того, это помогает сегменту сохранять целостность при многократных нагрузках и в сложных условиях строительства.
На сайте Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd., Наша марка бетонного волокна Ecocretefiber™ поставляет стальное волокно, полипропиленовое волокно, макросинтетическое волокно и другие виды волокон для армирования бетона, предназначенные для облицовки туннелей, сборных сегментов, торкрет-бетона, мостовых настилов, дорожных покрытий и инфраструктурного бетона.
При реализации проектов по строительству туннельных сегментов при выборе оптоволокна не следует ориентироваться исключительно на цену. Выбор должен основываться на целевых показателях эксплуатационных характеристик, составе материала, конструктивных требованиях, методе производства и точности монтажа.
Что такое сегмент из армированного волокном бетона?
A сегмент из фибробетона является сегмент сборной облицовки туннеля изготовлен из бетона с добавлением коротких волокон. Волокна добавляются в бетон перед заливкой. После затвердевания волокна становятся частью бетонной матрицы.
Стальное волокно часто применяется в тех случаях, когда сегменту требуется повышенная вязкость, улучшенная способность перекрывать трещины и более прочное поведение после появления трещин. Полипропиленовое волокно часто используется, когда сегменту требуется контроль микротрещин или защита от отколов при высоких температурах. Гибридная система волокон также может применяться, когда проекту требуется как механическое армирование, так и контроль микротрещин.
Главное заключается в том, что волокна распределены по всему объему бетона. Они не укладываются так, как арматурная корзина. Они действуют по множеству мелких трещин. Когда трещины начинают раскрываться, волокна могут перекрывать их и препятствовать дальнейшему расширению.
Это особенно полезно для туннельных сегментов. В процессе производства, транспортировки, подъема, монтажа и эксплуатации сегмент может подвергаться локальным нагрузкам и повреждениям кромок. Армирование волокном помогает снизить риск хрупкого разрушения.
Основные преимущества сегментов из фибробетона
Компания «Шандун Цзяньбан» выяснила, что фиброармированный бетон Эти сегменты обладают рядом важных преимуществ по сравнению с обычными бетонными сегментами.
Повышенная стойкость к усталости
В процессе эксплуатации сегменты туннелей подвергаются постоянным нагрузкам. Железнодорожные, метрополитеновые, автомобильные и инженерные туннели подвержены воздействию вибрации и повторяющихся нагрузок. Устойчивость к усталостной нагрузке имеет большое значение, поскольку небольшие повторяющиеся нагрузки со временем могут привести к повреждениям.
При достаточно высокой доле волокон и стабильном составе смеси волокноармированный бетон может демонстрировать более высокую усталостную прочность, чем обычный бетон. Это означает, что сегмент способен более эффективно противостоять многократным нагрузкам.
Для заказчиков проектов повышенная усталостная прочность означает более длительный срок службы и меньшую нагрузку на техническое обслуживание.
Повышенная коррозионная стойкость
Условия в туннелях могут быть влажными, агрессивными или химически активными. Некоторые туннели подвергаются воздействию грунтовых вод. Некоторые — воздействию хлоридов. Некоторые — химическому воздействию. Обычный бетон может растрескиваться, и через трещины могут проникать вредные вещества. В этом случае риск коррозии стальной арматуры может возрасти.
Армированный волокном бетон может способствовать замедлению образования трещин. Более эффективный контроль за трещинами позволяет ограничить проникновение воды и вредных ионов. Некоторые синтетические волокна, такие как полипропиленовое волокно или макро синтетическое волокно, а также обладают коррозионно-стойкими свойствами.
Компания «Шандун Цзяньбан» пришла к выводу, что фибробетон обладает повышенной устойчивостью к водной и воздушной эрозии, химической коррозии, а также связанным с этим проблемам долговечности.
Повышенная прочность и улучшенная вязкость
Стальное волокно способно улучшить ряд механических свойств бетона. При правильном подборе дозировки стального волокна бетон может демонстрировать более высокую прочность на растяжение, изгиб, сдвиг, а иногда и на сжатие.
Для сегментов туннеля это имеет важное значение, поскольку сегмент должен выдерживать изгиб, сжатие, локальное давление домкратов и нагрузки, возникающие при погрузочно-разгрузочных работах.
Но прочность — это не единственная цель. Важна также вязкость. Вязкий материал не разрушается мгновенно после появления трещины. Он способен продолжать выдерживать нагрузку даже после появления первой трещины. Это поведение после трещины является одной из основных причин использования бетона, армированного стальным волокном.
Проектирование стальных армирующих элементов для туннельных сегментов
Выбор стального волокна является одним из важнейших этапов проектирования сегментов из волокнистого бетона. Компания «Шандун Цзяньбан» выяснила, что высокопрочное стальное волокно является подходящим направлением для бетонирования туннельных сегментов.
Стальное волокно может поставляться в различных формах. Некоторые стальные волокна поставляются в виде связанных в пучки. Другие — в рассыпном виде. Форма волокон влияет на процесс смешивания, диспергирования и риск образования комков.
Если стальное волокно изготовлено из стальных проволок, скрепленных в ряды, необходимо контролировать его дозировку, чтобы снизить риск образования комков. Если стальное волокно изготовлено из свободно соединенных стальных проволок, его дозировку также следует тщательно контролировать.
В бетоне туннельного сегмента, слишком высокая доза может привести к образованию комков. Образование комков волокон может снизить однородность. Это может привести к появлению слабых зон. Кроме того, это может затруднить укладку бетона в опалубку.
Именно поэтому при определении оптимальной дозировки стального волокна необходимо учитывать три фактора: механические характеристики, технологичность и стабильность производства.
Правильный подбор сегментов туннеля должен обеспечивать пропускную способность волокон равномерно распределить. Бетон должен плотно заполнить сегментную форму. Он не должен подвергаться сегрегации. Он должен обеспечивать требуемое качество поверхности и точность размеров.
Конструкция из полипропиленовых волокон для туннельных сегментов
Полипропиленовое волокно также может использоваться в бетоне для туннельных сегментов. Его роль отличается от роли стального волокна.
Компания «Шандун Цзяньбан» обнаружила, что полипропиленовое волокно можно использовать для улучшения стойкость к отколу при высоких температурах. При пожаре в туннеле бетон может подвергаться быстрому повышению температуры. Давление водяного пара внутри бетона может возрасти. Это может привести к взрывному отколу в некоторых системах из плотного бетона.
Полипропиленовое волокно может плавиться при высоких температурах. В результате внутри бетона могут образовываться мелкие каналы. Эти каналы способствуют отводу пара. Это может снизить риск отколов.
Полипропиленовое волокно также может помочь в контроль микротрещин. Он лёгкий, устойчив к коррозии и легко распределяется при правильном составе смеси.
При проектировании сегментов туннелей дозировка полипропиленового волокна должна выбираться с учетом требований по предотвращению отколов и типа бетона. Не следует слепо увеличивать дозировку. Чрезмерное количество полипропиленового волокна может ухудшить удобоукладываемость бетона и, в отличие от стального волокна, не всегда приводит к повышению несущей способности конструкции.
Распространенный практический подход заключается в использовании стальное волокно для механического армирования и полипропиленовое волокно для защиты от отколов при воздействии огня. Это позволяет создать более полноценную систему волокон.
Соотношение «вода-вяжущее» и расчет прочности
Соотношение «вода-вяжущее» оказывает значительное влияние на прочность, долговечность, усадку и технологичность бетона. Компания Shandong Jianbang установила, что для бетона класса C50, используемого в строительстве туннельных сегментов, в качестве практического ориентира можно применять соотношение «вода-вяжущее» в диапазоне от 0,31 до 0,33.
Снижение соотношения «вода-вяжущее» может повысить прочность и долговечность. Однако это также может ухудшить технологичность. Поскольку волокна увеличивают внутреннее трение, в смеси необходимо использовать подходящую систему добавок.
Бетон с добавлением стального волокна часто требует немного более высокой дозировка добавки чем обычный бетон. Цель состоит в том, чтобы обеспечить стабильную удобоукладываемость без добавления излишнего количества воды.
Смесь должна не только соответствовать требованиям по прочности. Она также должна подходить для использования на заводе по производству сборных железобетонных изделий. Она должна легко заливаться в форму. Она должна хорошо уплотняться. В ней волокна должны распределяться равномерно. В ней не должно образовываться сотовых дефектов, дефектов кромок или сегрегации.
Именно поэтому перед запуском в серийное производство необходимо провести испытания волоконного бетона для туннельных сегментов.
Соотношение песка и контроль сегрегации
У армированного волокном бетона риск сегрегации может быть несколько выше, чем у обычного бетона. При добавлении волокон изменяется внутренняя структура бетона. Смесь может стать менее текучей. Песок и заполнитель могут вести себя по-разному. Кроме того, при недостаточной стабильности смеси волокна могут скапливаться в отдельных зонах.
Компания «Шандун Цзяньбан» пришла к выводу, что для повышения стабильности смеси необходимо соответствующим образом увеличить долю песка. Для бетона марки C50 в качестве практического ориентира можно использовать долю песка в диапазоне от 40,1 % до 42,1 %.
Увеличение доли песка может способствовать улучшению когезии. Кроме того, это может способствовать рассеиванию волокон. Однако избыток песка может привести к увеличению потребности в пасте и снижению эффективности прочности. Оптимальное соотношение песка следует определять путем пробного смешивания.
Контроль за распределением компонентов имеет большое значение при изготовлении сборных туннельных сегментов. Сегмент является конструктивным элементом. Неравномерность бетона может привести к появлению слабых зон. Неравномерное распределение волокон может снизить эффективность защиты от растрескивания. Качественная смесь должна обеспечивать устойчив к воздействию волокон, заполнителей и пасты от смешивания до литья.
Выбор добавок для сегментов из волокнистого бетона
При выборе добавок необходимо учитывать совместимость материалов, стоимость, усадка, технологичность и конечные эксплуатационные характеристики.
Сегменты туннелей, как правило, представляют собой сборные конструкции. Они должны иметь точные размеры и низкий риск ранней усадки. Если усадка в ранний период слишком велика, трещины могут образоваться ещё до ввода сегмента в эксплуатацию.
Компания Shandong Jianbang пришла к выводу, что добавки должны способствовать снижению ранней усадки и сохранению удобоукладываемости. В зависимости от особенностей проекта и используемого сырья можно рассмотреть возможность применения модифицированного меламинового водоредуктора, поликарбоксилатного водоредуктора и высокоэффективного нафталенового водоредуктора.
Оптимальную добавку следует подбирать путем экспериментального смешивания. На эффективность добавки влияют такие факторы, как тип цемента, минеральная добавка, песок, заполнитель, тип волокон и соотношение «вода-вяжущее».
Водоредуктор, который хорошо работает в обычном бетоне, может не давать такого же эффекта в бетоне со стальным волокном. Волокно изменяет текучесть смеси. Возможно, потребуется изменить дозировку или использовать другую систему добавок.
Проектирование конструкций из армированного волокном бетона
Конструкция механизма должна зависеть от положения и состояния напряжений в данном сегменте. Компания Shandong Jianbang пришла к выводу, что разные условия нагрузки требуют различной логики проектирования.
Небольшие эксцентриковые компрессионные сегменты
Для небольших эксцентриковых сжимаемых деталей, фиброармированный бетон может продемонстрировать небольшое, но полезное повышение несущей способности. В качестве ориентира можно привести соотношение несущей способности фибробетона и обычного бетона, которое составляет около 1,019.
Это означает, что проектировщики могут предусмотреть небольшую поправку на параметр несущей способности, если это допускается проектными нормами.
Сегменты осевого сжатия
В случае элементов, подверженных осевому сжатию, положительный эффект от применения стальных и полипропиленовых волокон может быть не столь очевиден. В таком случае конструкцию элемента можно проектировать в основном в соответствии с общепринятыми правилами проектирования бетонных конструкций.
Это полезное напоминание. Арматура — это не волшебное средство. Она не одинаково влияет на все свойства конструкции. Ее ценность особенно высока в тех случаях, когда важны такие характеристики, как сопротивление растрескиванию, поведение при растяжении, поведение при изгибе и вязкость разрушения после появления трещины.
Крупные эксцентриковые компрессионные сегменты
В случае крупных элементов, подвергающихся эксцентрическому сжатию, армированный волокном бетон может продемонстрировать более очевидные преимущества. Это связано с тем, что растягивающие напряжения приобретают все большее значение. Волокно способно улучшить растяжимые характеристики и предотвратить появление трещин.
В таких условиях проектировщики должны не только руководствоваться стандартными параметрами расчета бетона, но и учитывать повышенную прочность на растяжение фибробетона.
Это важно для туннельных сегментов, расположенных под изгиб и эксцентрическое сжатие. Улучшенные характеристики прочности на разрыв способствуют предотвращению образования трещин и обеспечению безопасности конструкции.
Применение сегментов из армированного волокном бетона в строительстве
Компания «Шандун Цзяньбан» пришла к выводу, что сегменты из фибробетона демонстрируют высокую эффективность в сложных условиях строительства туннелей.
В одном Пример проекта метрополитена, ... туннель, проложенный методом щитового проходки, проходил вблизи опор моста. Минимальное расстояние до опоры моста составляло около 3,62 м, а длина зоны воздействия — около 20 м. Это создало сложные условия для проектирования сегментов.
В проекте использовались два типа сегментов из фибробетона. Один из типов Бетон марки G56 с содержанием стального волокна около 36 кг/м³. В другом варианте использовался бетон марки G80 с добавлением стального волокна в количестве около 30 кг/м³.
Эффективность применения оценивалась по трем параметрам: напряжение в сегменте, усилие в соединительном болте и окружное смещение.
Напряжения в сегментах проверялись на различных этапах строительства. К этим этапам относились состояние собранного кольца, рабочее состояние проходного щита и состояние после выхода сегмента из хвостовой части щита.
Усилие в болтах проверяли путем размещения точек измерения вокруг болтов. Регистрировали окружное и продольное деформации болтов.
Окружное смещение проверяли путем измерения изменения соединения между соседними сегментами в одном и том же кольце.
Компания «Шандун Цзяньбан» установила, что при давлении местного домкрата внутренние напряжения и деформации сегментов оставались на низком уровне. Это означает, что сегменты из фибробетона способны выдерживать нагрузки в подобных инженерных условиях.
Почему точность монтажа по-прежнему имеет значение
Армированный волокном бетон может повысить эксплуатационные характеристики сегментов, но он не способен решить все проблемы, возникающие при строительстве. Качество монтажа сегментов по-прежнему играет очень важную роль.
Компания «Шандун Цзяньбан» выяснила, что если качество соединения сегментов если она низкая, при нагрузке могут возникнуть повреждения соединений. Это означает, что проектная группа должна контролировать точность сборки.
Сегменты туннеля образуют кольцо. Все кольцо должно правильно передавать нагрузку. Если один из сегментов смещен, в месте соединения может возникнуть локальная концентрация напряжений. Если усилие болтов не регулируется должным образом, кольцо может работать не так, как предусмотрено проектом.
Именно поэтому при возведении сегментных конструкций из фибробетона необходимо уделять внимание как качеству материалов, так и точности монтажа.
Даже качественный материал при некачественном монтаже может вызвать проблемы. Качественный монтаж при некачественной смеси также может вызвать проблемы. Наилучший результат достигается при слаженной работе обеих сторон.
Контрольный список для составления рецептуры смеси
Перед изготовлением туннельных сегментов из фибробетона заказчики и предприятия по производству сборных конструкций должны согласовать следующие детали.
| Элемент дизайна | Практическая проверка |
|---|---|
| Тип волокна | Стальное волокно, полипропиленовое волокно, макросинтетическое волокно или гибридная система |
| Дозировка стального волокна | Необходимо найти баланс между прочностью, технологичностью и риском образования комков |
| Дозировка полипропиленового волокна | Должно соответствовать требованиям по предотвращению отколов и микротрещин |
| Соотношение «вода-вяжущее» | Должны быть достигнуты показатели прочности и долговечности |
| Содержание песка | Должно способствовать укреплению связей и распределению волокон |
| Тип примеси | Должно способствовать удобству в работе и снижать риск усадки |
| Процесс смешивания | Необходимо предотвратить комкование волокон |
| Заполнение формы | Необходимо обеспечить плотную заливку сегмента |
| Конструкция механических узлов | Должно соответствовать условиям сжатия, изгиба и эксцентрической нагрузки |
| Точность сборки | Необходимо снизить риск повреждения суставов |
Этот контрольный список помогает снизить технические риски перед запуском в производство.
Почему стоит выбрать Ecocretefiber™ для бетона туннельных сегментов
Ecocretefiber™ марка бетонного волокна Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. Мы специализируемся на волоконных решениях для инфраструктурного бетона.
Наша продукция может использоваться для облицовки туннелей, изготовления сборных сегментов, нанесения торкрет-бетона, устройства дорожного покрытия, ремонта мостовых настилов, устройства промышленных полов и других видов работ с бетоном.
В рамках проектов по строительству туннельных сегментов мы можем предложить клиентам следующие услуги: стальное волокно, полипропиленовое волокно, макросинтетическое волокно, а также подбор волокон для конкретных проектов. Кроме того, мы можем оказать поддержку в вопросах упаковки для OEM-производителей и планирования ассортимента продукции дистрибьюторов.
Мы понимаем, что сегмент туннеля — это не просто бетонный блок. Это высокоточный сборный конструктивный элемент. Он должен обладать прочностью, вязкостью, устойчивостью к растрескиванию, усталостной прочностью, долговечностью и высоким качеством сборки.
Ecocretefiber™ помогает клиентам выбрать волокно с учетом реальных условий проекта. Мы учитываем марку бетона, метод производства, диапазон дозировки, распределение волокон, технологичность, конструктивные требования и долговечность.
Вопросы покупателей перед заказом арматурного волокна
Перед заказом арматуры для бетона туннельных сегментов покупателям следует уточнить несколько важных моментов.
| Вопрос | Почему это важно |
|---|---|
| Какова марка прочности бетона? | Класс прочности влияет на соотношение «вода-вяжущее» и на поведение волокон. |
| Подвергается ли этот участок сжатию, изгибу или эксцентрическому сжатию? | Стрессовое состояние влияет на показатели волокон. |
| Требуется ли устойчивость к отколу под воздействием огня? | Для конструкции, предотвращающей отколы, может потребоваться полипропиленовое волокно. |
| Какая дозировка стального волокна предполагается? | Дозировка влияет на производительность и технологичность. |
| Какое оборудование используется для смешивания? | Тип смесителя влияет на распределение волокон. |
| Каков запланированный производственный цикл? | Для производства сборных железобетонных изделий необходимы стабильная раннепрочность и технологичность. |
| Важно ли контролировать усадку? | Состав добавок и волокон необходимо тщательно подбирать. |
| Какие допуски на монтаж требуются? | Точность сборки сегментов влияет на рабочие характеристики соединения. |
Эти вопросы помогут поставщикам порекомендовать более подходящую волоконно-оптическую систему.
Заключение
Сегменты из фибробетона позволяют улучшить эксплуатационные характеристики облицовки туннелей по целому ряду показателей. Они способны повысить прочность, усталостную прочность, коррозионную стойкость, способность сдерживать растрескивание, а также несущую способность. Стальное волокно может улучшить механические характеристики и поведение конструкции после появления трещин. Полипропиленовое волокно способствует сдерживанию микротрещин и обеспечивает высокую стойкость к отколу при высоких температурах. Гибридная система армирования может обеспечить более комплексное решение для сложных туннельных проектов.
Компания «Шандун Цзяньбан» пришла к выводу, что проектирование сегментов из фибробетона необходимо рассматривать как единую систему. Важное значение имеют такие факторы, как тип волокон, их дозировка, соотношение «вода-вяжущее», доля песка, добавки, механическая конструкция, технологический процесс и точность монтажа.
При небольшом эксцентрическом сжатии фибробетон может обеспечить незначительное повышение несущей способности. При осевом сжатии это повышение может быть ограниченным. При сильном эксцентрическом сжатии преимущество становится более заметным, поскольку все большее значение приобретают растяжимые свойства материала и контроль трещинообразования.
Shandong Jianbang Chemical Fiber Co., Ltd. поставки Ecocretefiber™ решения на основе армированного бетона для сегменты туннелей, сборные облицовки, торкрет-бетон, дорожное и мостовое строительство, а также инфраструктурные проекты. Если вашему проекту требуется более эффективная защита от растрескивания, повышенная прочность или более надежная система бетона для туннельных сегментов, Ecocretefiber™ поможет вам выбрать подходящее волокнистое решение.
