王 雷，莫奕新

安徽理工大學 土木建筑學院，安徽 淮南 232001

礦用編織網(wǎng)多用由多根橫向金屬條和縱向金屬條交錯編織焊接連接成的金屬網(wǎng)格，其優(yōu)點在于受力均勻、整體穩(wěn)定性號，強度較高，且連接時不會被撕裂，可有效降低二次支護的概率，從而提高作業(yè)效率［1-3］。但其質(zhì)量較重，網(wǎng)孔較大，遮擋面積較小，且容易受酸堿腐蝕，不便鋪設，容易存在施工安全隱患，而聚丙烯的特性可以很好地彌補這些不足，但在強度等方面又存在缺陷［4-7］。目前以鋼絲和聚丙烯為材料的礦用復合材料網(wǎng)因其支護效果理想，價格經(jīng)濟，得到越來越多的關(guān)注運用，但是聚丙烯含量不同的復合材料網(wǎng)對混凝土力學性能的影響也明顯存在差異［8-10］。

本文根據(jù)實際工程的需要，對淮南某公司生產(chǎn)的兩種聚丙烯復合材料網(wǎng)進行了力學實驗，選擇力學性能更優(yōu)越的復合材料網(wǎng)作為混凝土襯砌材料。

1 模型試驗

綜合試驗條件，模型以襯砌結(jié)構(gòu)拱頂部分為原型，幾何相似比為C=2。模型所用的材料與原型相同。

1.1 模型制作

試驗所用混凝土強度C20，配合比為：水泥：砂子：石子：水=1:2:2:0.45，鋼筋網(wǎng)由直徑為Ф6mm的Q235A鋼筋構(gòu)成，復合材料網(wǎng)由鋼絲和聚丙烯經(jīng)特殊工藝連接構(gòu)成，其中復合材料網(wǎng)A含10%聚丙烯，復合材料網(wǎng)B含20%聚丙烯，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖1所示。按照長0.1m，厚0.1m，高0.3m，分別制成鋼筋網(wǎng)襯砌模型、復合材料網(wǎng)A襯砌模型、復合材料網(wǎng)B襯砌模型。

圖1 復合材料網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖

1.2 試驗方法

在混凝土襯砌模型周邊設置3臺最大壓力為1000kN的千斤頂，模擬均布圍壓；在支座處設置涂有黃油的厚鋼板，做好固定，保證模型受力時徑向的約束；為了模擬荷載均勻分布，在千斤頂與模型間設置鋼板，用砂漿填實之間的縫隙。

根據(jù)內(nèi)部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)尺寸，在網(wǎng)架的左右上端部、中間端部對應設置環(huán)向應變測點和徑向應變測點，并對應變測點進行編號，其中奇數(shù)編號為環(huán)向應變測點，偶數(shù)編號為徑向應變測點，應變測點具體布置如圖2所示。

圖2 測點布置圖

試驗荷載從1MPa開始進行加載，以0.5MPa每步遞增，直到模型破壞。測量設備采用YE2539高速靜態(tài)電阻應變儀和計算機。測量電路采用半橋連法。

2 試驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

如圖3所示，分別對復合材料網(wǎng)A襯砌、復合材料網(wǎng)B襯砌和鋼筋網(wǎng)襯砌三組模型進行試驗，試驗模擬荷載只考慮垂直于襯砌結(jié)構(gòu)接觸面的徑向壓力，從而得到內(nèi)部網(wǎng)架整體相應的應變變化曲線圖，三組變化曲線圖如圖4～6所示。其中鋼筋網(wǎng)襯砌模型試驗作為參照試驗，為兩種復合材料網(wǎng)襯砌的比較提供依據(jù)，得到更準確的分析結(jié)果。

圖3 試驗示意圖

圖4 鋼筋網(wǎng)架應變荷載曲線圖

圖5 復合材料網(wǎng)A應變荷載曲線圖

圖6 復合材料網(wǎng)B應變荷載曲線圖

對試驗數(shù)據(jù)進行比較分析可得到以下結(jié)果：

（1）由圖4～6可知，當鋼筋網(wǎng)架襯砌達到屈服時，兩種復合材料網(wǎng)架襯砌整體上仍處于受拉狀態(tài)，抗拉性能比鋼筋網(wǎng)架襯砌更好。但鋼筋網(wǎng)架襯砌和復合材料網(wǎng)B襯砌最大承載力為34kN，復合材料網(wǎng)A襯砌可承受大約35kN的荷載，可見復合材料網(wǎng)A襯砌較復合材料網(wǎng)B襯砌具有更好的承載性。

（2）由圖5～6可知，兩種復合材料網(wǎng)襯砌從施加荷載直至模型破壞過程中，位于拱頂處的環(huán)向1號測點應變值隨荷載變化最為明顯，復合材料網(wǎng)A比復合材料網(wǎng)B的應變曲線整體上更平緩，其中前者的單位荷載下應變最大變化量達到3.4×10-4m，后者的單位荷載下應變最大變化量達到4.6×10-4m，可見復合材料網(wǎng)A相對于復合材料網(wǎng)B變形發(fā)展較為緩慢，更不容易因為荷載瞬間的增大而發(fā)生破壞。同時，復合材料網(wǎng)A中曲線的不夠光滑是由于加載的局限性，使變形不均勻?qū)е碌摹?/p>

（3）由圖5～6可知，兩種復合材料網(wǎng)徑向的應變變化較為穩(wěn)定，其中復合材料網(wǎng)A徑向最大應變差達到1.7×10-3m，復合材料網(wǎng)B徑向最大應變差達到0.11×10-3m，后者明顯小于前者，可見直至破壞前復合材料網(wǎng)B網(wǎng)架中徑向構(gòu)件較好的力學性能沒有得到充分發(fā)揮。

3 結(jié)論

（1）含10%聚丙烯的復合材料網(wǎng)A相對含20%聚丙烯的復合材料網(wǎng)B內(nèi)部有足夠數(shù)量和強度的鋼絲，之間相對交錯牢固鉸接形成整體，使每根網(wǎng)帶的抗拉強度得到提高，從而在保證一定柔韌性的同時有效地增強了混凝土襯砌的承載力。

（2）含10%聚丙烯的復合材料網(wǎng)A相較含20%聚丙烯的復合材料網(wǎng)B的變形更為緩和，抗拉性能更優(yōu)越，可對混凝土襯砌起到更好的基礎支護作用，且質(zhì)量更輕，價格更經(jīng)濟，是更理想的巷道支護材料。

（3）通過試驗發(fā)現(xiàn)復合材料網(wǎng)中聚丙烯能夠優(yōu)化混凝土襯砌力學性能，但最佳含量還需進一步試驗研究。