聚丙烯纤维混凝土在井下巷道支护中的应用

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摘要：在井下巷道的支护过程当中，混凝土作为基体材料，对于形成支护主体具有至关重要的作用。聚丙烯纤维混凝土是基于混凝土的性能，在混凝土中加入一定比例的聚丙烯纤维，从而达到强化混凝土性能的目的。本文研究了聚丙烯纤维混凝土在井下巷道支护中的应用，阐述了聚丙烯纤维混凝土的性能，具有一定的工程指导意义。

关键词：聚丙烯纤维；混凝土；巷道支护；应用

混凝土是工程施工过程当中应用非常广泛的材料，利用其凝固固化以后良好的力学性能可以承受较大的力，而且具有较长的生命周期，在各类工程建筑当中都充当着重要的角色。但是现在随着一些高强度、高刚度结构的出现，单纯的混凝土结构已经不能够满足力学性能上的要求。所以，寻求一种更高强度的材料就成为工程当中面临的首要问题。

聚丙烯纤维的化学性能稳定，具有非常好的耐酸性和耐碱性；而且掺杂工艺简单、价格低廉。如果将两者进行混合，混合后的结构具有更为优良的抗拉性能、抗压性呢过、抗裂性能以及防渗性能。

潘超[1]等人利用聚丙烯纤维对混凝土的影响，选用了对防渗墙、路基等有利的低弹性模量混凝土配合比，并同时兼顾混凝土弹性模量、强度以及抗裂抗渗性能，建立了本构模型并且利用实验设备对其进行了力学性能的分析研究。经过对结构进行分析表明，在混凝土中掺入一定比例的聚丙烯纤维，能够大大的强化混凝土结构的延性和力学性能，并且能够改善混凝土的变形特性。

一、聚丙烯纤维混凝土的应用现状

1.1聚丙烯纤维的特点

1.1.1 力学性能好，抗拉抗压强度高

在水灰比为0.6、聚丙烯纤维掺量为 1.2%时的聚丙烯纤维混凝土，其抗压强度可以达到10MPa以上，而且，随着聚丙烯纤维掺量的增加呈上升的趋势[2]。因为聚丙烯纤维的存在，使得混凝土中的结构变得更为的紧密，聚丙烯纤维正好发挥了其优秀的抗拉性能。

1.1.2 抗裂性能

聚丙烯纤维的存在对于混凝土的阻裂性能影响非常的明显，不同水灰比条件下，随着聚丙烯纤维掺量的增加，聚丙烯混凝土的抗裂强度呈直线水平上升，并且在聚丙烯纤维的含量为0.9%时达到最大值，之后便缓慢下降。

1.1.3防渗性能

常规的混凝土结构，由于在浇筑的过程当中，会产生很多的小孔，而且混凝土本身易产生一些很小的间隙和裂纹，所以，防渗透能力较差。而聚丙烯纤维混凝土就具有较好的防渗性能，在堤坝的建设当中应用较广，而且也取得了一定的效果。

1.2聚丙烯纤维的在井下巷道支护中的应用现状

聚丙烯纤维混凝土具有很好的力学性能、抗裂性能和防渗性能，而且跟常规的混凝土相比较，具有凝固速度快、抗变形能力强、使用寿命长等优点，所以，在工程中的到了较为广泛的应用。

所以，聚丙烯纤维虽然得到了一定的应用。但是其技术和手段尚不够成熟，尤其是在井下巷道支护中，聚丙烯纤维混凝土的应用要考虑到各个方向的应力变化和应力方向的变化，需要针对不同的角度铺设不同的纤维，施工难度较大。

二、聚丙烯纤维在井下巷道支护中的应用

2.1 井下巷道支护的机理

巷道在没有挖掘之前，处于最原始的应力状态。随着挖掘深度的增加，周围的岩体就会出现应力的集中现象，导致巷道周围的岩层松动并且应力朝向巷道中心。在冲击和挖掘的过程当中，会产生更大的应力集中和波动现象，如果这个力大于巷道岩体的承受极限，岩体就会失去平衡，导致巷道围岩的瞬间破坏。

井下巷道的支护正是基于巷道发生坍塌的情况，利用混凝土等形成一定的支护墙体或者支护面，从而来预防和阻止巷道的坍塌。聚丙烯纤维混凝土是聚丙烯纤维和混凝土按照一定的比例混合而成的，其中纤维作为一种基体材料，能够承受较大的拉应力和骑到防渗的效果。

2.2 聚丙烯纤维混凝土支护模型及特点

井下巷道岩壁承受着由周边岩层的挤压应力，巷道的支护正是要用一定的手段来平衡或者抵消这个挤压应力。对于一个圆形的巷道壁，其周边的应力都是向着巷道的中心点位置，并且在巷道的顶端应力值达到最大。

2.2.1聚丙烯纤维混凝土支护模型

将聚丙烯纤维混凝土应用到巷道的支护过程中，先用支架等将岩壁支撑起来，然后在巷道的周边浇筑一定厚度的聚丙烯纤维混凝土，待其凝固后，便形成了具有一定刚度和强度的支护壁，用来承受巷道周围的挤压应力。聚丙烯纤维混凝土的支护结构不仅具有传统的支架支护结构吸能减震的效果，而且还能够根据不同巷道的孔径大小而实行动态的浇筑，成为一个整体的支护壁，从而具有更高的强度。因而能够吸收更高的冲击能，大幅度的降低冲击造成的振动，保护岩体和支护结构的完整性。

上图中，1为聚丙烯混凝土的壁面，2为聚丙烯纤维的主体，3为周围岩壁。由于聚丙烯纤维混凝土中纤维的排列方向是随即的，而纤维具有非常高的抗拉强度，所以，在支护壁面承受较大的压应力的情况下，对于支护壁面而言，压应力则分解成为径向的剪切应力和轴向的拉压应力，这种支护结构可以承受非常大的支护应力。

2.2.2 聚丙烯混凝土支护结构的特点

聚丙烯纤维混凝土支护与传统的支护技术相比较，具有可塑性强、支护成本低等优点。（1）可塑性强。由于聚丙烯纤维混凝土的初始状态为液态，可以随着所需要支护的巷道避免而任意的浇筑。（2）支护成本低。混凝土的来源广泛，且价格低廉。（3）安全系数高。由于聚丙烯纤维混凝土凝固后，具有非常大的刚度和硬度，能够承受非常大的拉压应力。（4）耐酸碱性能强。聚丙烯纤维混凝土凝固后为固体的实体结构，其主要的成为难于氧化或者腐蚀的材料，所以具有非常强的耐酸性和耐碱性，对于地表以下复杂的酸碱环境具有非常好的适应能力。（5）使用寿命长。

正是基于以上的特点，聚丙烯纤维混凝土在井下巷道支护中表现出了非常优异的力学性能和经济性能。按照不同的使用要求，可以视情况的加入不同比例的聚丙烯纤维，从而来应用到不同的应力环境下，达到了经济上和性能上的最优配置。

三、聚丙烯纤维混凝土的应用展望

喷浆支护巷道支护的研究正在一步步的被人们关注，为了提高巷道支护的质量和效率，近几年兴起的巷道喷浆支护机器人与大排量的喷湿机投入到了工程实际过程当中，不仅仅的大大的提高了工作效率，而且还减轻了人力的损耗和资源的浪费，随着机器人控制技术的成熟，机器人工作的精度和质量会大大的提升，这样就可以使得喷浆支护巷道的技术更加的趋于完美。

参考文献：

[1]潘超，冯仲齐，陈凯. 低弹模聚丙烯纤维混凝土本构模型及力学性能研究. [J]. 混凝土与水泥制品，2012， 5（5 ）：36-39 .

[2]李文林.塑性混凝土防渗墙技术综述. [J]. 水利水电工程设计，1995，（3）：：54-59.

[3]夏可风.我国水工混凝土防渗墙技术进展. [J].水利水电施工，2006（4）：4-8.

[4] 刘为，朱振强.聚丙烯纤维混凝土的性能研究. [J].低温建筑技术， 2009，131（5）：14-16.

[5]李清富，张鹏，张保雷.塑性混凝土弹性模量的试验研究. [J].水力发电，2005，31（3）：30-32.