覃杰 胡濤 唐明英 全成 鄒飛 張金秋

（貴州省公路工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550008）

0 引言

因?yàn)楝F(xiàn)代隧道車流量日益增加，需要通行運(yùn)輸危險(xiǎn)材料的車輛也不斷增多，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的可能性不斷增加，又因?yàn)楝F(xiàn)代隧道的長度日益增長，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，排煙、逃生、救援難度加大，導(dǎo)致火災(zāi)的時(shí)間延長，對(duì)建筑物的損壞很大，所以對(duì)于長隧道結(jié)構(gòu)物使用的材料有必要考慮耐火性能的高低問題。

1 工程概況

桐梓隧道位于重遵高速第七和第八合同段，為貴州第一長高速公路隧道，左洞長10497m,右洞長10485m。該隧道離地面垂直深度最高可達(dá)630米，由于其穿過煤系地層，存在高瓦斯段落。為了防止?fàn)I運(yùn)過程中火災(zāi)對(duì)混凝土的損害，引發(fā)混凝土后面的瓦斯，發(fā)生更嚴(yán)重的連鎖反應(yīng)災(zāi)害，所以對(duì)聚丙烯纖維混凝土和玄武巖纖維混凝土的抗燃燒性進(jìn)行試驗(yàn)研究，為工程材料選用提供參考。

2 燃燒試驗(yàn)方法

1）纖維明火燃燒直觀試驗(yàn)：在兩種纖維中加入煤油，點(diǎn)明火燃燒，聚丙烯纖維見火就卷，玄武巖纖維燃燒后不變形。

2）用于燃燒試驗(yàn)的配合比和材料：采用相同的配合比（水泥∶砂：碎石∶減水劑∶速凝劑∶水：纖維=450∶890∶789∶3.6∶27.0∶171∶1.5），聚丙烯纖維和玄武巖纖維，碎石粒徑5～12mm。

3）試件：使用兩種不同規(guī)格的試件，一種為100*100*100mm的立方體試件，另一種為40*40*160mm的膠砂試件。

4）設(shè)備：使用2000℃高溫爐。

5）試驗(yàn)方法：先把常溫的試件放入高溫爐，燃燒到所需的溫度后，繼續(xù)燃燒兩小時(shí)，冷到室溫再進(jìn)行抗壓和抗折試驗(yàn)。燃燒的溫度分別是100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃。

3 試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析

3.1 40＊40＊160mm的試件燃燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

圖1 不同溫度下玄武巖纖維混凝土抗折抗壓強(qiáng)度損失曲線（40＊40＊160試件）

圖2 不同溫度下聚丙烯纖維混凝土抗折抗壓強(qiáng)度損失曲線（40＊40＊160試件）

1）在相同溫度情況下，玄武巖纖維混凝土抗折強(qiáng)度損失大于抗壓強(qiáng)度損失15%～40%（圖1），聚丙烯纖維混凝土抗折強(qiáng)度損失大于抗壓強(qiáng)度損失15%～56%（圖2）。

2）燃燒到500℃以下時(shí)，聚丙烯纖維混凝土抗折強(qiáng)度損失大于玄武巖纖維混凝土抗折強(qiáng)度損失（圖3）。

3）隨著溫度增加，混凝土抗壓強(qiáng)度損失在變化。燃燒到300℃時(shí)以下時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度損失小于10%（圖4）。

4）燃燒到400℃時(shí)，聚丙纖維混凝抗折強(qiáng)度損失67%，玄武巖纖維混凝土抗折強(qiáng)度損失40%（圖3）。

5）抗壓強(qiáng)度損失比較，聚丙纖維混凝抗壓強(qiáng)度損失大于玄武巖纖維混凝土抗壓強(qiáng)度損失（圖4）。

圖3 不同溫度下玄武巖纖維混凝土與聚丙烯纖維混凝土抗折強(qiáng)度損失（40＊40＊160試件）

圖4 不同溫度下玄武巖纖維混凝土與聚丙烯纖維混凝土抗壓強(qiáng)度損失（40＊40＊160試件）

3.2 10＊10＊10的混凝土試件燃燒試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

1）燃燒試驗(yàn)后觀察，玄武巖纖維混凝土燃燒到800℃，試件破壞后還能看見纖維，聚丙烯纖維混凝土燃燒到300℃，試件破壞后就看不到纖維。說明玄武巖纖維耐高溫性能好。

2）抗壓強(qiáng)度損失隨溫度增加而增加，在相同溫度條件下聚丙烯纖維混凝土損失大于玄武巖纖維混凝土（圖4）。

3）在同等溫度下，試件越小，燃燒后強(qiáng)度損失越大（圖5）。

圖5 兩種規(guī)格的試件（40＊40＊160與10＊10＊10）燃燒到不同溫度下的強(qiáng)度損失情況

4 特長隧道結(jié)構(gòu)物燃燒極限規(guī)定

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016-2018規(guī)定，隧道應(yīng)按其封閉段長度和交通情況分為一、二、三、四類，并應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 單孔和雙孔隧道分類

對(duì)于一、二類隧道，其承重結(jié)構(gòu)體耐火極限不應(yīng)低于2.00h。受火后，當(dāng)距離混凝土底表面25mm處鋼筋的溫度超過250℃，或者混凝土表面的溫度超過380℃時(shí)，則判定為達(dá)到耐火極限。

5 分析

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，兩種纖維混凝土達(dá)到耐火極限的溫度（380℃）時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度損失小于15%（圖5），不影響受壓結(jié)構(gòu)物的使用功能。從圖3看出，溫度為380℃燃燒2h時(shí)，聚丙纖維混凝土抗折強(qiáng)度損失60%，玄武巖纖維混凝土抗折強(qiáng)度損失40%，嚴(yán)重影響彎拉構(gòu)件的受力，但玄武巖纖維混凝土抗折強(qiáng)度損失相對(duì)較小。

6 總結(jié)

玄武巖纖維混凝土與聚丙纖維混凝土燃燒后性能比較，有以下優(yōu)點(diǎn)：1）相同溫度下，抗壓強(qiáng)度損失?。?）抗折強(qiáng)度損失最大時(shí)小于50%；3）玄武巖纖維屬于無機(jī)材料，不易燃燒；4）在彎拉構(gòu)件中耐火性能高，能提高50%的抗風(fēng)險(xiǎn)能力；5）又因桐梓隧道10.4km,出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)救援時(shí)間可能延長，為了提高瓦斯地段的安全系數(shù)，建議采用玄武巖纖維來增強(qiáng)混凝土抗折、抗裂性能。