基于正交试验的合成纤维及橡...对湿喷混凝土力学性能的影响_李涛.pdf

第 5 卷第 3 期 采矿与岩层控制工程学报 Vol.5 No.3 2023 年 6 月 JOURNAL OF MINING AND STRATA CONTROL ENGINEERING June 2023 033013-1 李涛，常岩军，何凯.基于正交试验的合成纤维及橡胶颗粒对湿喷混凝土力学性能的影响J.采矿与岩层控制工程学报，2023，5(3)：033013.LI Tao，CHANG Yanjun，HE Kai.Effects of synthetic fibers and rubber particles on the mechanical properties of wet shotcrete based on orthogonal testJ.Journal of Mining and Strate Control Engineering，2023，5(3)：033013.基于正交试验的合成纤维及橡胶颗粒对 湿喷混凝土力学性能的影响 李 涛1，常岩军2，何 凯3 (1.山西工程职业学院 建筑与测绘工程系，山西 太原 030051；2.广西大学 土木建筑工程学院，广西 南宁 530004；3.中国三峡建工(集团)有限公司，四川 成都 610041)摘 要：为探究合成纤维及橡胶颗粒对湿喷混凝土力学性能的影响，在室内开展了纤维增强橡胶湿喷混凝土力学性能的测试研究，系统分析了玻璃纤维掺邫、聚丙烯纤维掺邫及橡胶颗粒掺邫对湿喷混凝土力学性能的影响规律。结果表明：湿喷混凝土的强度指标随着玻璃纤维掺邫的增加不断增大，随着聚丙烯纤维掺邫的增加表现出先增大后减小的特征；玻璃纤维掺邫对抗压、抗折强度的影响程度最大，橡胶颗粒掺邫次之，而聚丙烯纤维掺邫的影响程度最小；对于抗拉强度而言，玻璃纤维掺邫的影响程度依然最大，橡胶颗粒掺邫次之，聚丙烯纤维掺邫最小；玻璃纤维和橡胶颗粒掺邫为抗压强度的显著性影响因糽，玻璃纤维和聚丙烯纤维掺邫为抗拉和抗折强度的显著性影响因糽；强度指标不仅受到单因糽的影响，还受到因糽间交互作用的显著影响；强度指标多目标优化结果表明，湿喷混凝土同时加入3种材料的最优遲比为：玻璃纤维掺邫0.25%、聚丙烯纤维掺邫0.21%、橡胶颗粒掺邫3.80%；纤维能够承担遛分载荷，而添加迱邫橡胶颗粒能够填充试样内遛孔隙，两者的共同作用增强了试样的力学性能。关键词：湿喷混凝土；玻璃纤维；聚丙烯纤维；橡胶颗粒；力学性能 中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：2096-7187(2023)03-3013-10 Effects of synthetic fibers and rubber particles on the mechanical properties of wet shotcrete based on orthogonal test LI Tao1，CHANG Yanjun2，HE Kai3(1.Department of Architectural and Surveying Engineering，Shanxi Engineering Vocational College，Taiyuan 030051，China；2.School of Civil Engineering and Architecture，Guangxi University，Nanning 530004，China；3.China Three Gorges Construction Engineering Corporation，Chengdu 610041，China)Abstract：To understand the influence of synthetic fiber and rubber particles on the mechanical properties of wet shotcrete，the mechanical properties of fiber reinforced rubber wet shotcrete were tested in the laboratory.The influences of glass fiber，polypropylene fiber and rubber particles on mechanical properties of wet shotcrete were systematically analyzed.The experimental findings revealed that the strength index of wet shotcrete exhibited an increase in response to an increase in glass fiber content.However，the strength index initially increased and then 收稿日期：2022-08-20 修回日期：2022-12-25 责任编辑：李 青 基金项目：国宬自然科学基金资助项目(52068004)；2017 山西省教育科学规划课题资助项目(GH-17134)作者简介：李涛(1979)，男，山西长治人，讲师，硕士研究生，主要从事钢筋混凝土结构损伤及固废资源化利用等方面的研究工作。E-mail：hyq3334 DOI:10.13532/10-1638/td.20230424.002 李涛等：采矿与岩层控制工程学报 Vol.5，No.3(2023)：033013 033013-2 decreased with an increase in polypropylene fiber content.Among the factors studied，glass fiber content had the greatest influence on compressive strength and flexural strength，followed by rubber particle content，while the impact of polypropylene fiber content was relatively minimal.In terms of tensile strength，glass fiber content remained the most influential，followed by rubber particle content，with polypropylene fiber content having the least impact.Compressive strength was significantly influenced by the content of glass fiber and rubber particles，while tensile and flexural strength were notably influenced by the content of glass fiber and polypropylene fiber.It was observed that the strength index was not solely affected by individual factors but also by the interaction between factors，which had a significant impact on the overall strength index.The results of the multi-objective optimization for the strength index indicated that the optimal ratio of the three materials added to wet shotcrete was as follows：glass fiber content of 0.25%，polypropylene fiber content of 0.21%，and rubber particles content of 3.80%.The inclusion of fibers allowed for load-bearing capacity，while the addition of suitable rubber particles effectively filled the internal pores of the samples，thereby enhancing their mechanical properties.Key words：wet shotcrete；glass fiber；polypropylene fiber；rubber particles；mechanical properties 湿喷混凝土因其机械化程度高、施工条件简单及工作效率高等诸多优点，被广泛应用于公路、隧道及采矿工程1-2。在采矿工程领域，湿喷混凝土常用于井巷工程支护，将混凝土喷射到巷道断面上能起到支护围岩及隔绝空气的作用3-4。此外，在实际支护工作中，湿喷混凝土强度直接决定着支护效果，喷层强度过高会造成浪费，强度过低会导致支护效果不佳，井下伴有爆破冲击时会导致喷射的混凝土不间断脱落，严重影响井下作业5-6。因此，如何改善喷射混凝土的力学性能是矿山科技工作者一直关注的问题。目前，诸多学者在改性材料增强混凝土强度特性 方 面 开 展 了 大 量 的 研 究 工 作。KHURRAM Shahzad7等开展了NaOH预处理橡胶粉替代混凝土细骨料的试验研究，得出橡胶粉的掺入能够在一定程度上增强混凝土的力学性能，并且增强效果与NaOH溶液浓度有关；MEYYAPPAN PL8等开展了橡胶颗粒部分替代M30级混凝土细骨料的试验研究，得出橡胶的加入降低了混凝土的抗压强度，掺入10%橡胶粉的混凝土抗冲击强度有一定程度的提高；MAHMOUD Elsayed9等开展了硫酸盐氯化物侵蚀下橡胶粉混凝土柱性能的试验研究，得出橡胶粉对混凝土的力学性能和耐久性有不利影响，并且随着橡胶粉含量和浸泡时间的增加，试样的强度、刚度和韧性不断降低；SACHINTHANI Karunarathna10等开展了橡胶混凝土抗冲击性能的研究，得出掺入一定量的橡胶颗粒能够增强其抗冲击性能；CHEN Jianxing11等开展了橡胶自密实混凝土抗冲击性能试验研究，得出掺入橡胶颗粒能够增强自密实混凝土的抗冲击性能；郭永昌12等开展了橡胶混凝土的冲击试验研究，得出橡胶混凝土的变形能力随橡胶掺量的增加而增强，并且橡胶混凝土的抗冲击性能明显优于普通混凝土；龙广成13等开展了橡胶集料对混凝土抗压强度的降低效应研究，得出橡胶集料的掺入会导致其强度逐渐降低，并且橡胶体积分数每增加1%会导致其强度降低4.5%；黄政宇14等开展了橡胶粉混凝土动力抗压性能的试验研究，得出橡胶粉的粒径、掺量均能对其强度产生显著影响；龙广成15等开展了冲击荷载作用下掺入橡胶颗粒自密实混凝土的力学性能研究，得出橡胶颗粒的掺入增强了SCC抵抗不同应变率条件下的破坏作用，并且也显著提高了其弹性模量；姚韦靖16等开展了橡胶/混凝土盐冻循环后性能劣化及微观结构的研究工作，得出掺入弹性橡胶细集料后有效缓解了结冰压引起的内部开裂和孔隙扩大，各阶段橡胶/混凝土基体劣化程度均优于普通混凝土；贠郝洪17等开展了冲击荷载作用下橡胶混凝土的损伤研究，得出冲击荷载下橡胶混凝土抗冲击能力优于基准混凝土，且随橡胶粒径的减小抗冲击能力增强；吴涛18等开展了钢-聚丙烯混杂纤维自密实轻骨料混凝土性能的研究，得出钢纤维与聚丙烯纤维可在不同结构层次发挥阻裂作用，产生正协同效应；钟光淳19等开展了钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土单轴受压试验研究，得出钢纤维、PVA纤维能够有效改善混凝土的弹性模量、