钢纤维混凝土盾构管片可行性研究

贡怡新 黄金生

（1.南京广兰建材科技有限公司，江苏 南京 210000；2.江苏龙冠新型材料科技有限公司，江苏 南京 210000）

1 力学性能

钢纤维混凝土是复合多项建筑材料，相比于普通混凝土，其拥有如下优势，第一、具有较高的剪切强度、弯曲强度、拉伸强度；第二、具有较强的耐冲击性、韧性；第三、拥有极好的形变能力，裂纹约束扩展能力；第四、有较强的耐热性、抗冻性、耐磨性；第五、不容易出现爆裂，转角部位和边缘部位具有较强的坚固性能。

2 钢纤维混凝土盾构管片的特点

2.1 承载能力

钢纤维混凝土具有较强的承载能力，钢筋混凝土在受拉区构件出现开裂后，会迅速失去功效；而钢纤维混凝土在受拉区构件混凝土出现开裂后，仍能承担部分拉力。一般情况下，在设计结构时，会依照混凝土的极限承载能力开展设计。基于此，钢纤维混凝土结构依照长期作用影响，根据荷载效应标准，可计算出最大裂缝宽度。依照现行结构设计规范，对同等级钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度，钢纤维特征、参数，钢纤维对混凝土构件裂缝宽度的权重系数进行计算，能够得到最大的裂缝宽度。通过分析各项数据之间的关系，可以发现在相同的情况下，相比于钢筋混凝土结构，钢纤维混凝土结构具有更强的承载能力。

2.2 耐久性、安全性

侵蚀性腐蚀以及结构碳化是影响地下混凝土结构耐久性的重要因素，而电流电化学腐蚀也是影响地铁隧道耐久性、安全性的重要因素。结构碳化是指水泥混凝土中的碱性物质与空气中的二氧化碳发生反应，进而降低混凝土碱性；混凝土结构碳化会降低混凝土保护层厚度，使得混凝土无法有效保护内部钢筋，导致内部钢筋逐步暴露出来，降低钢筋碱性钝化膜的防护功效，加快钢筋锈蚀速度，进而降低钢筋混凝土的耐久性和安全性。

3 钢纤维混凝土盾构管片经济性

3.1 初期投资

假设盾构管片整环截面配筋数量相同，型号a钢筋混凝土的盾构管片宽度为1.2m，厚度为300mm，半径为2.7m，配筋率为1.1%，主要的设计方案分别为：第一、保持原有的钢纤维混凝土盾构管片的厚度，使用螺纹筋作为截面配筋，向其中加入30kg/m3的钢纤维；第二、将螺纹筋分布作为上、下截面配筋，向其中加入40kg/m3的钢纤维，并统计上述方案中混凝土、钢纤维、钢筋等各材料的实际费用，计算初期投资额［1]。

每环工程量需要耗费的混凝土钢纤维钢筋数量以及总价费用如下，方案一、需要耗费6.45m3的混凝土、0.569吨的钢筋、0吨钢纤维、总价为3849¥；方案二、需要耗费6.45m3混凝土、0.344吨钢筋、0.193吨钢纤维、总价共计4573¥；方案三、需要耗费6.45m3混凝土、0.2253吨钢筋、0.258吨钢纤维、总价共计4769¥。通过分析上述数据可以发现，使用钢纤维并未显著增加总投资额，相比于钢筋混凝土管片，加入钢纤维的方案分别需要追加7%、9%的投资款。

3.2 全寿命周期

尽管钢纤维的加入在一定程度上增加了初期投资成本，但含有钢纤维的钢筋混凝土具有更大的抗拉强度与抗冲击性，能够大幅降低由管片出现破损引发渗漏问题的概率，进而降低后续的维护费用、防水堵漏费用。与此同时，相比于钢筋混凝土，钢纤维混凝土具有较好的耐久性，能够延长工程项目的使用周期。从全生命周期角度进行考虑，使用钢纤维混凝土盾构管片，有助于保障地铁隧道的结构安全，降低运营维护费用，增强配套设备的使用周期，在经济角度具有较强的可行性［2]。

3.3 钢纤维价格趋势

当前限制钢纤维混凝土应用的主要原因在于钢纤维较高的价格，相比于钢筋混凝土，钢纤维混凝土价格较高。一般情况下，国内建筑施工单位将钢纤维混凝土应用于部分工程项目的核心区域以及少部分极为重要的工程项目中；相比于钢筋混凝土，钢纤维混凝土能提升工程项目的耐久性，延长工程项目的使用周期，降低后续的维护费用、防水堵漏费用。但是，当前国内各地区的工程项目对于钢纤维混凝土的需求量仍然较低，现存的厂家的产能即可满足光纤维需求；但长远来看，钢纤维的广泛应用是大势所趋，若国内各地区工程项目钢纤维的需求量增加，引入更多的资本投入，钢纤维生产行业中必然会大幅降低钢纤维价格。现阶段，国内钢纤维的平均价格为7000¥/kg-8000¥/kg，优质钢纤维价格在13000¥/kg-14000¥/kg，但是日韩及欧洲的报价却在8000¥/kg以下，这使得优质钢纤维具有较大的降价空间；若钢纤维价格下降，消除了人们对于价格的顾虑，会进一步提升钢纤维混凝土盾构管片的优势，提升其可行性。

4 结语

综上所述，相比于传统的钢筋混凝土，钢纤维混凝土具有优越性，将其用于制作管片，有助于增强工程项目的整体性能；从初期投资成本、钢纤维价格趋势以及全周期成本等角度进行考虑，钢纤维混凝土盾构管片具有较强的可行性，建筑施工单位在应用钢纤维混凝土时，不应片面地计算单次投资，而应将间接费用、维护费用考虑在内，进而考虑钢纤维混凝土盾构管片对于工程项目整体经济效益的影响，以此衡量该项技术的可行性。