¿Análisis de viabilidad de segmentos de protección de hormigón y fibra de acero?
En el siglo XXI, mi país ha llevado a cabo la construcción de metros a gran escala en las principales ciudades como Beijing, Shanghai, Guangzhou y Nanjing, y un número considerable de secciones han adoptado el método del escudo. Dado que la tecnología de construcción de túneles de protección puede minimizar el impacto en otras instalaciones urbanas, gradualmente se está convirtiendo en una tecnología principal en la construcción de túneles de metro.
Actualmente, los segmentos de escudo son principalmente segmentos de hormigón armado, pero en la práctica se ha descubierto que generalmente los segmentos de hormigón armado tipo A de 1,2 m de ancho pesan alrededor de 4 toneladas y se dañan y agrietan fácilmente durante el transporte y la instalación. Los daños y grietas en los segmentos tienen efectos adversos sobre la seguridad y durabilidad de los túneles, y son un problema espinoso pero que debe resolverse en la construcción de túneles de protección. Las investigaciones y pruebas han demostrado que el hormigón con fibras de acero tiene buenas propiedades mecánicas y puede resolver los problemas anteriores. Hay ejemplos de segmentos de escudos de hormigón y fibra de acero en el extranjero. Sin embargo, el alto precio de los materiales de fibra de acero es el principal factor que limita su aplicación. Este artículo analiza brevemente su viabilidad.
1 Propiedades mecánicas del hormigón con fibras de acero
El hormigón armado con fibras de acero (SFRC) es un material de construcción compuesto multidireccional. En comparación con el hormigón ordinario, el hormigón con fibra de acero tiene las siguientes ventajas principales:
①Alta resistencia a la tracción, resistencia a la flexión y resistencia al corte;
②Buena tenacidad y resistencia al impacto.
(3) Gran capacidad para inhibir la expansión de grietas y la gran energía de deformación;
④Excelente resistencia al desgaste, buena resistencia al congelamiento y descongelamiento y resistencia al calor;
⑤ Hay menos astillas en el Bordes y esquinas y no es fácil de reventar.
2 Ventajas de los segmentos de escudo de hormigón con fibra de acero
2.1 Mayor capacidad portante.
(1) El hormigón en la zona de tensión del componente de hormigón armado pierde su función después del agrietamiento, pero el hormigón de fibra de acero agrietado aún puede soportar una cierta fuerza de tracción
(2; ) Por lo general, el diseño estructural El principio es diseñar de acuerdo con el método del estado límite de capacidad de carga y verificar y calcular de acuerdo con el método del estado límite de uso normal. La fórmula de verificación para el ancho máximo de fisura de las estructuras de hormigón con fibra de acero [1] es:
Entre ellos:
wf max——componentes de hormigón con fibra de acero reforzado calculados según el efecto de la carga combinación estándar y considerando el efecto a largo plazo El ancho máximo de fisura;
WMAX - el ancho máximo de fisura de elementos de hormigón armado del mismo grado, calculado de acuerdo con el "Código de diseño de estructuras de hormigón" actual;
βCW - las grietas de los componentes de fibra de acero El coeficiente de influencia del ancho. Para la estructura de compresión excéntrica, βCW = 0,35;
λ f es un parámetro característico de la fibra de acero, que está relacionado con la relación de aspecto (L/D) y la relación de volumen (ρf) de la fibra de acero. Para segmentos de escudo, ρf es generalmente 0,4~0,6.
Por lo tanto, bajo las mismas condiciones de fuerza interna, el contenido de acero requerido para el cálculo se reducirá significativamente (como se puede ver en la Tabla 1), es decir, bajo las mismas condiciones de refuerzo, el hormigón con fibras de acero. La capacidad de la estructura mejorará significativamente.
2.2 Seguridad y durabilidad
Para las estructuras subterráneas, la carbonización de la estructura y la corrosión de medios agresivos son factores importantes que afectan su durabilidad. La electroquímica de las corrientes parásitas en los túneles del metro es la corrosión. también un factor importante.
La corrosión de la corriente parásita se produce principalmente a través de una reacción electroquímica, que produce silicatos o aluminatos alcalinos solubles en la interfaz entre las barras de acero y el hormigón, lo que reduce significativamente la fuerza de unión. Cuando la corriente sale de la barra de refuerzo y regresa al concreto, la barra de refuerzo es el ánodo y se corroe. La acumulación de productos de corrosión en el ánodo produce fuerzas de expansión mecánica que agrietan el hormigón. Este es el mismo mecanismo que hace que el hormigón se agriete debido a la fuerza de expansión provocada por la corrosión de las barras de acero en el entorno natural.
Por lo tanto, la corrosión de las barras de acero en el hormigón es el factor más importante que provoca daños por durabilidad de las estructuras de hormigón.
La investigación experimental encontró [2] que cuando la edad de carbonización rápida es 28d (en condiciones atmosféricas normales, la profundidad de carbonatación natural del hormigón con una edad de almacenamiento natural de 50 años es equivalente a la carbonización 28d calculada según el método estándar nacional Profundidad), la profundidad de carbonatación del hormigón con fibra es menor que la del hormigón simple, reducida en aproximadamente 50 cuando el contenido de fibra de acero es de 30 kg/m3, el tiempo de agrietamiento del hormigón con fibra de acero es aproximadamente 65438 ± 0,5 veces mayor; de concreto simple. Cuando el espesor de la capa protectora y el diámetro de la barra de acero permanecen sin cambios, cuando el contenido de fibra de acero alcanza los 60 kg/m3, el tiempo de agrietamiento de la capa protectora es 1,7 veces mayor que el del contenido cero. Por lo tanto, agregar fibra puede extender el servicio. vida del hormigón armado.
2.3 Costo de los segmentos de hormigón con fibra de acero
2.3.1 Costo de inversión inicial
Tomando como ejemplo una determinada sección del Metro de Beijing, supongamos que toda la entorno El refuerzo transversal de los tramos es el mismo, y se realiza un breve análisis. El segmento de hormigón armado tipo A diseñado original tiene un diámetro interior Ri de 2,7 m, un espesor de 300 mm y un ancho de 1,2 m. Las secciones superior e inferior están equipadas con barras de acero roscadas de 8 φ 18 y la relación de refuerzo ρ. es 1,13. Hay dos opciones para diseñar utilizando segmentos de hormigón con fibra de acero: una es que el espesor de los segmentos permanece sin cambios, el refuerzo de la sección transversal es de barras de acero roscadas de 8 φ 14 y el contenido de fibra de acero es de 30 k g/m3; que las secciones superior e inferior estén equipadas con barra de acero roscada de 8 A φ 12 con un contenido de fibra de acero de 40 kg/m3. Recuerde que las tres opciones anteriores son ①, ② y ③ en orden. En la práctica, la relación precio unitario de los materiales es hormigón (m3): barras de acero (t): fibras de acero (t) = 1:8:20. Debido a que la cantidad de movimiento de tierras no es muy diferente, no se considera. Con base en el precio unitario del concreto de 350 yuanes/m3, aquí solo se calcula el costo del material y se supone que los demás costos son los mismos. La estimación preliminar de inversión se muestra en la Tabla 1 (cada anillo).
Como se puede observar en la tabla anterior, la inversión total en segmentos de hormigón con fibras de acero no ha aumentado significativamente. En comparación con las dovelas de hormigón armado, la inversión adicional requerida para las opciones ② y ③ es, respectivamente, 7,2 y 9,2 de la inversión original para las dovelas de hormigón armado.
2.3.2 Coste del ciclo de vida
Aunque el coste de inversión inicial del hormigón con fibras de acero ha aumentado, debido a la mejora de la resistencia al impacto y a la tracción del hormigón, los daños causados por Las fugas del segmento se reducirán considerablemente, lo que reducirá los costos de impermeabilización y taponamiento y los costos de mantenimiento a largo plazo. Al mismo tiempo, la durabilidad del concreto de fibra de acero es mejor que la del concreto reforzado, lo que puede extender la vida útil del proyecto; Teniendo en cuenta la seguridad de la estructura del túnel del metro, los costos de operación y mantenimiento y el costo del ciclo de vida de los equipos de soporte, es económicamente viable utilizar segmentos de hormigón con fibra de acero.
2.3.3 Previsión del precio de la fibra de acero
El principal factor que restringe la aplicación de la fibra de acero es su precio. Dado que la fibra de acero es actualmente costosa y solo se utiliza en algunos proyectos nacionales clave o en partes clave de algunos proyectos, la demanda de fibra de acero no es grande y los fabricantes de fibra de acero existentes pueden satisfacer la demanda. Sin embargo, el uso generalizado de fibra de acero en China es una tendencia. Si existe una competencia obvia en la fibra de acero nacional, el precio de la fibra de acero de alta calidad inevitablemente caerá.
Se informa que el precio de la mayoría de las excelentes fibras de acero nacionales es de 7.000 a 8.000 yuanes/tonelada, y el precio de la fibra de acero Beka es de 14.000 a 15.000 yuanes/tonelada, pero el precio de la fibra de acero Beka extranjera Es de 6.000 a 7.000 yuanes por tonelada. Alrededor de las toneladas, la elasticidad del precio es relativamente grande. Si se puede reducir el precio de la fibra de acero, las ventajas del segmento del hormigón con fibra de acero serán más obvias.
3 Conclusión
En resumen, como nuevo tipo de segmento de protección, el rendimiento del segmento de hormigón con fibra de acero es mejor que el del segmento de hormigón armado ordinario. Teniendo en cuenta la seguridad estructural, los costos de operación y mantenimiento de los túneles del metro y el costo del ciclo de vida de las instalaciones de soporte, es factible utilizar segmentos de hormigón con fibra de acero. Por otro lado, cuando el sector de la construcción considera la aplicación de hormigón con fibras de acero, es necesario calcular no sólo la inversión única, sino también el ahorro de costos indirectos, el excelente desempeño del hormigón con fibras de acero, los menores costos de mantenimiento y la Beneficios integrales obtenidos de la vida útil extendida. Beneficios económicos. Su valor potencial no puede subestimarse.
Para obtener más información sobre licitaciones de ingeniería/servicios/adquisiciones y para mejorar la tasa de adjudicación de ofertas, puede hacer clic en la parte inferior del sitio web oficial de servicio al cliente para realizar una consulta gratuita: /#/? fuente=bdzd