復(fù)雜環(huán)境下巷道橡膠噴射混凝土力學(xué)性能的多維探究與工程實(shí)踐一、引言1.1研究背景與意義巷道工程作為地下建設(shè)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，在交通、能源、水利以及城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著不可或缺的作用。像是在交通領(lǐng)域，隧道作為一種特殊的巷道形式，實(shí)現(xiàn)了山體兩側(cè)的快速通行，極大地縮短了交通距離，提高了交通運(yùn)輸效率，如秦嶺終南山公路隧道，它的建成使西安至柞水的通行時(shí)間由原來(lái)的3小時(shí)縮短至40分鐘左右。在能源開(kāi)采方面，煤礦巷道承擔(dān)著煤炭運(yùn)輸、通風(fēng)、行人等重要任務(wù)，為煤炭資源的高效開(kāi)采提供了保障。在水利工程中，引水隧洞等巷道設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的合理調(diào)配，滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水等需求。隨著地下工程規(guī)模和深度的不斷拓展，巷道建設(shè)面臨著愈發(fā)復(fù)雜的環(huán)境條件。復(fù)雜環(huán)境給巷道施工帶來(lái)了諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。從地質(zhì)條件來(lái)看，軟弱圍巖強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，在開(kāi)挖過(guò)程中極易發(fā)生坍塌，給施工安全和工程進(jìn)度造成嚴(yán)重威脅。膨脹性圍巖會(huì)因吸水而膨脹，對(duì)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的壓力，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)變形甚至破壞，如我國(guó)新疆地區(qū)的一些巷道工程，就受到膨脹性圍巖的困擾。高應(yīng)力環(huán)境下，巷道圍巖容易出現(xiàn)片幫、底鼓等現(xiàn)象，增加了支護(hù)的難度和成本。復(fù)雜的水文環(huán)境也是一大難題，高含水量會(huì)降低圍巖的力學(xué)性能，增加施工難度，涌水問(wèn)題還可能引發(fā)突水事故，對(duì)施工人員的生命安全和工程設(shè)施造成嚴(yán)重危害。此外，地下工程及管線錯(cuò)綜復(fù)雜，在施工過(guò)程中稍有不慎就可能導(dǎo)致管線破裂、損壞，影響周邊區(qū)域的正常生產(chǎn)生活。橡膠噴射混凝土作為一種新型的復(fù)合材料，在巷道工程中展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。它有機(jī)地結(jié)合了混凝土的高強(qiáng)度和橡膠的高彈性、韌性等特點(diǎn)，具有良好的抗裂性能，能夠有效抵抗巷道圍巖變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力，減少裂縫的出現(xiàn)和擴(kuò)展。其較高的韌性使其在承受沖擊荷載時(shí)，能夠吸收和耗散能量，保護(hù)巷道結(jié)構(gòu)的完整性。橡膠噴射混凝土還具備較好的耐久性，能適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)和水文環(huán)境，延長(zhǎng)巷道的使用壽命。在一些對(duì)變形控制要求較高的巷道工程中，橡膠噴射混凝土可以作為主要的支護(hù)材料，為巷道的穩(wěn)定提供保障。研究復(fù)雜環(huán)境下巷道橡膠噴射混凝土的力學(xué)性能具有極其重要的意義。從工程安全角度來(lái)看，準(zhǔn)確掌握其力學(xué)性能可以為巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，合理選擇橡膠噴射混凝土的配合比和施工工藝，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠承受?chē)鷰r的壓力和變形，有效預(yù)防巷道坍塌、冒頂?shù)仁鹿实陌l(fā)生，保障施工人員的生命安全和工程的順利進(jìn)行。在工程質(zhì)量方面，通過(guò)研究其力學(xué)性能，可以?xún)?yōu)化橡膠噴射混凝土的性能，提高巷道的穩(wěn)定性和耐久性，減少后期維護(hù)和修復(fù)成本，提升工程的整體質(zhì)量。這也符合可持續(xù)發(fā)展的理念，有助于推動(dòng)地下工程建設(shè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在橡膠噴射混凝土力學(xué)性能研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列成果。國(guó)外對(duì)橡膠噴射混凝土的研究起步相對(duì)較早，Toutanji等學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)深入探究了橡膠顆粒不同摻量水平等體積取代粗骨料時(shí)對(duì)混凝土抗壓抗折強(qiáng)度的影響，研究結(jié)果表明，隨著橡膠顆粒摻量的增加，混凝土強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，且降低速率逐漸減小。Sukontasukkul等學(xué)者對(duì)混合粒級(jí)與單粒級(jí)橡膠顆粒對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)摻混合粒級(jí)橡膠顆粒的混凝土強(qiáng)度要大于單粒級(jí)強(qiáng)度。在國(guó)內(nèi)，王濤等學(xué)者對(duì)橡膠粉的摻量對(duì)混凝土的強(qiáng)度和彈性模量的影響進(jìn)行了研究，研究結(jié)果顯示，摻量越大，混凝土強(qiáng)度和彈性模量降低越大。周棟等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，橡膠顆粒摻量的增加會(huì)降低混凝土的抗壓強(qiáng)度，而隨著粒徑的增大，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的特點(diǎn)。在巷道工程應(yīng)用研究方面，國(guó)內(nèi)外也有不少相關(guān)探索。國(guó)外一些礦山巷道工程中，嘗試應(yīng)用橡膠噴射混凝土作為支護(hù)材料，通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在一定程度上它能有效減少巷道圍巖裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高了巷道的穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)學(xué)者也針對(duì)橡膠噴射混凝土在巷道中的應(yīng)用展開(kāi)了研究，部分研究成果表明，在復(fù)雜地質(zhì)條件下的巷道中使用橡膠噴射混凝土，其良好的抗裂性能和韌性可以適應(yīng)圍巖的變形，保障巷道的安全使用。如在某煤礦巷道工程中，應(yīng)用橡膠噴射混凝土后，巷道的變形量明顯減小，維護(hù)成本降低。然而，當(dāng)前研究仍存在一些不足。在力學(xué)性能研究方面，對(duì)于橡膠噴射混凝土在復(fù)雜環(huán)境下多因素耦合作用下的力學(xué)性能研究還不夠深入，如高應(yīng)力、高濕度、溫度變化等多種因素同時(shí)作用時(shí)，其力學(xué)性能的變化規(guī)律尚未完全明晰。在巷道工程應(yīng)用研究方面，針對(duì)不同復(fù)雜環(huán)境條件下，橡膠噴射混凝土的最佳配合比和施工工藝的系統(tǒng)性研究還較為缺乏，如何根據(jù)具體巷道的地質(zhì)條件、水文環(huán)境等選擇合適的橡膠噴射混凝土參數(shù)，以達(dá)到最佳的支護(hù)效果，還需要進(jìn)一步探索。對(duì)于橡膠噴射混凝土在巷道中的長(zhǎng)期性能演變和耐久性評(píng)估，也缺乏足夠的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和深入研究。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究聚焦于復(fù)雜環(huán)境下巷道橡膠噴射混凝土的力學(xué)性能，涵蓋多個(gè)關(guān)鍵方面。在滲水性能研究中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與數(shù)值模擬，深入探究不同復(fù)雜環(huán)境因素對(duì)橡膠噴射混凝土滲透系數(shù)的影響，分析其在高含水量、涌水等水文條件下的滲水特性，為提高巷道防水性能提供依據(jù)。在抗裂性能研究方面，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段，分析橡膠顆粒摻量、粒徑以及纖維添加劑等因素對(duì)混凝土抗裂性能的影響，建立抗裂性能評(píng)價(jià)模型，為優(yōu)化混凝土配合比、增強(qiáng)抗裂能力提供理論支持。耐久性研究也是重要內(nèi)容，通過(guò)加速老化試驗(yàn)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，研究橡膠噴射混凝土在復(fù)雜地質(zhì)和水文環(huán)境中的耐久性，分析環(huán)境因素對(duì)其耐久性的影響機(jī)制，建立耐久性預(yù)測(cè)模型，為確定合理的設(shè)計(jì)使用壽命和維護(hù)方案提供參考。在研究方法上，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、數(shù)值模擬與理論分析相結(jié)合的方式?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選取具有代表性的巷道工程，在不同復(fù)雜環(huán)境條件下進(jìn)行橡膠噴射混凝土的施工和性能測(cè)試，獲取實(shí)際數(shù)據(jù)。數(shù)值模擬利用有限元軟件，建立橡膠噴射混凝土的力學(xué)模型，模擬不同復(fù)雜環(huán)境因素對(duì)其力學(xué)性能的影響，分析應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。理論分析則基于材料力學(xué)、彈性力學(xué)等理論，對(duì)橡膠噴射混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行理論推導(dǎo)和分析，建立相關(guān)理論模型，為實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果提供理論解釋。二、橡膠噴射混凝土概述2.1基本概念與組成橡膠噴射混凝土是一種將橡膠顆粒作為改性材料，與傳統(tǒng)噴射混凝土成分相融合的新型復(fù)合材料。它通過(guò)噴射工藝，將攪拌均勻的混凝土混合物高速?lài)娚涞绞┕け砻?，在短時(shí)間內(nèi)凝結(jié)硬化，形成具有特定力學(xué)性能和工程應(yīng)用價(jià)值的支護(hù)結(jié)構(gòu)或建筑構(gòu)件。在巷道工程中，橡膠噴射混凝土常被用于支護(hù)，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件和高應(yīng)力環(huán)境。水泥作為橡膠噴射混凝土的膠凝材料，在其中扮演著至關(guān)重要的角色，通常選用普通硅酸鹽水泥，其特點(diǎn)是凝結(jié)硬化速度較快，保水性良好，能使混凝土在早期就獲得較高的強(qiáng)度增長(zhǎng)。在一些對(duì)早期強(qiáng)度要求較高的巷道工程中，普通硅酸鹽水泥能夠滿(mǎn)足快速施工和支護(hù)的需求。水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，形成水泥漿體，將骨料、橡膠顆粒等材料牢固地粘結(jié)在一起，從而賦予橡膠噴射混凝土整體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。若水泥的質(zhì)量不佳或選用不當(dāng)，可能導(dǎo)致混凝土的凝結(jié)時(shí)間異常，強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而影響整個(gè)巷道工程的質(zhì)量和安全。骨料分為粗骨料和細(xì)骨料，是橡膠噴射混凝土的主要骨架成分。粗骨料一般采用堅(jiān)硬耐久的卵石或碎石，粒徑通常不大于15mm。卵石表面光滑干凈，對(duì)噴射機(jī)和輸料管路的磨損較小，有利于遠(yuǎn)距離輸料和減少堵管故障；碎石則能使混凝土獲得更高的強(qiáng)度，在噴射作業(yè)中回彈率相對(duì)較低，但因其有棱角、表面粗糙，會(huì)嚴(yán)重磨損噴射機(jī)和輸料管路。細(xì)骨料多選用堅(jiān)硬耐久的中砂或粗砂，細(xì)度模數(shù)大于2.5，含水率控制在5%-7%，含泥量不得大于3%。合適的骨料級(jí)配能夠使混凝土更加密實(shí)，提高其抗壓、抗折等力學(xué)性能。若骨料的粒徑、級(jí)配不合理，會(huì)導(dǎo)致混凝土的和易性變差，影響施工質(zhì)量，還可能降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。橡膠顆粒是橡膠噴射混凝土區(qū)別于普通噴射混凝土的關(guān)鍵成分，一般由廢舊輪胎等橡膠制品加工而成。它具有高彈性和韌性，能顯著改善混凝土的性能。在承受沖擊荷載時(shí)，橡膠顆粒可以通過(guò)自身的變形吸收能量，從而提高混凝土的抗沖擊能力；在混凝土內(nèi)部，橡膠顆粒還能起到阻裂作用，抑制裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，增強(qiáng)混凝土的抗裂性能。然而，橡膠顆粒的摻量和粒徑對(duì)混凝土性能有重要影響。摻量過(guò)高會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，粒徑過(guò)大則可能導(dǎo)致混凝土的均勻性變差。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體工程需求，通過(guò)試驗(yàn)確定合適的橡膠顆粒摻量和粒徑。添加劑在橡膠噴射混凝土中雖用量較少，但作用關(guān)鍵。速凝劑能使混凝土迅速凝結(jié)硬化，滿(mǎn)足巷道快速支護(hù)的要求，一般在噴射混凝土中摻量為水泥重量的2.5%-4.0%。減水劑可以減少混凝土的用水量，提高其流動(dòng)性和強(qiáng)度，同時(shí)降低水泥用量，節(jié)約成本。纖維添加劑如碳纖維、聚丙烯纖維等，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)混凝土的韌性和抗裂性能。不同的添加劑在混凝土中發(fā)揮著各自獨(dú)特的作用，合理選擇和使用添加劑可以?xún)?yōu)化橡膠噴射混凝土的性能，滿(mǎn)足不同巷道工程的需求。2.2特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)橡膠噴射混凝土在抗裂性能方面表現(xiàn)卓越。普通混凝土屬于脆性材料，在受到拉應(yīng)力時(shí)，極易產(chǎn)生裂縫，且裂縫一旦出現(xiàn)，便會(huì)迅速擴(kuò)展，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性。而橡膠噴射混凝土中由于摻入了橡膠顆粒，橡膠顆粒具有良好的彈性和變形能力，能夠在混凝土內(nèi)部形成一種緩沖機(jī)制。當(dāng)混凝土受到拉應(yīng)力作用時(shí)，橡膠顆?？梢酝ㄟ^(guò)自身的彈性變形來(lái)吸收部分能量，從而有效地抑制裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。研究表明，在相同的受力條件下，橡膠噴射混凝土的裂縫寬度和數(shù)量明顯少于普通混凝土。在某巷道工程的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，對(duì)普通混凝土和橡膠噴射混凝土進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，普通混凝土在承受一定荷載后，表面出現(xiàn)了大量裂縫，而橡膠噴射混凝土的裂縫數(shù)量則相對(duì)較少，且裂縫寬度也較小。在滲水性能上，橡膠噴射混凝土也具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。普通混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較大，且連通性較好，這使得水分容易在其中滲透。在高含水量或涌水等復(fù)雜水文環(huán)境下，普通混凝土的滲水問(wèn)題更為突出，會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低，加速鋼筋銹蝕，進(jìn)而影響巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。橡膠噴射混凝土則不同，橡膠顆粒的摻入改變了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，使孔隙細(xì)化且不連通，有效阻止了水分的滲透。相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，橡膠噴射混凝土的滲透系數(shù)明顯低于普通混凝土，其防水性能得到顯著提高。在一些地下水位較高的巷道工程中，采用橡膠噴射混凝土作為支護(hù)材料，能夠有效防止地下水的滲漏，保證巷道的正常使用。粘結(jié)力方面，橡膠噴射混凝土同樣優(yōu)于普通混凝土。在巷道支護(hù)中，混凝土與圍巖之間的粘結(jié)力至關(guān)重要，良好的粘結(jié)力可以使混凝土與圍巖形成一個(gè)整體，共同承受?chē)鷰r壓力。普通混凝土與圍巖的粘結(jié)主要依靠機(jī)械咬合力和物理吸附力，粘結(jié)效果相對(duì)有限。橡膠噴射混凝土中的橡膠顆粒具有一定的柔韌性和粘結(jié)性，能夠更好地填充混凝土與圍巖之間的微小縫隙，增強(qiáng)兩者之間的粘結(jié)力。在實(shí)際工程中，橡膠噴射混凝土與圍巖的粘結(jié)強(qiáng)度更高，能夠更有效地傳遞應(yīng)力，提高巷道支護(hù)的穩(wěn)定性。從復(fù)雜巷道環(huán)境的適應(yīng)性角度來(lái)看，橡膠噴射混凝土的優(yōu)勢(shì)十分顯著。在軟弱圍巖條件下，圍巖變形較大，普通混凝土容易因無(wú)法承受過(guò)大的變形而開(kāi)裂、脫落，導(dǎo)致支護(hù)失效。橡膠噴射混凝土憑借其良好的抗裂性能和韌性，能夠適應(yīng)圍巖的變形，保持支護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性。在高應(yīng)力環(huán)境中，橡膠噴射混凝土的高韌性可以吸收和耗散能量，減輕高應(yīng)力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。在復(fù)雜的水文環(huán)境中，其優(yōu)異的滲水性能能夠有效抵御地下水的侵蝕，延長(zhǎng)巷道的使用壽命。橡膠噴射混凝土在復(fù)雜巷道環(huán)境中具有更好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，能夠?yàn)橄锏拦こ烫峁└煽康闹ёo(hù)保障。三、復(fù)雜環(huán)境對(duì)橡膠噴射混凝土力學(xué)性能的影響3.1地質(zhì)條件影響3.1.1巖石特性作用巖石硬度對(duì)橡膠噴射混凝土的力學(xué)性能有著顯著影響。在高硬度巖石的巷道中，橡膠噴射混凝土與巖石接觸時(shí)，由于巖石的高強(qiáng)度，混凝土在承受?chē)鷰r壓力時(shí)，其支撐力需足夠強(qiáng)大以維持巷道的穩(wěn)定性。若混凝土的強(qiáng)度不足，可能在巖石的重壓下發(fā)生破壞，導(dǎo)致支護(hù)失效。巖石硬度還會(huì)影響混凝土的磨損程度。在高硬度巖石的巷道中，如石英巖巷道，巖石的硬度遠(yuǎn)高于橡膠噴射混凝土，在巷道施工和使用過(guò)程中，巖石與混凝土表面的摩擦?xí)够炷帘砻嬷饾u磨損。隨著時(shí)間的推移，混凝土的厚度逐漸減小，其承載能力也隨之降低，從而影響巷道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。相關(guān)研究表明，當(dāng)巖石硬度達(dá)到一定程度時(shí)，橡膠噴射混凝土的磨損速率會(huì)明顯加快，每經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，混凝土表面的磨損深度可達(dá)數(shù)毫米。巖石的節(jié)理和裂隙同樣對(duì)橡膠噴射混凝土的力學(xué)性能產(chǎn)生重要作用。節(jié)理和裂隙的存在會(huì)破壞巖石的整體性，使其力學(xué)性能變得不均勻。在節(jié)理和裂隙發(fā)育的巖石中，橡膠噴射混凝土與巖石的粘結(jié)情況會(huì)變得復(fù)雜。由于節(jié)理和裂隙的存在，混凝土難以與巖石形成良好的整體粘結(jié)，在承受?chē)鷰r壓力時(shí)，容易在節(jié)理和裂隙處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，降低其支護(hù)效果。節(jié)理和裂隙還可能成為地下水的通道，加速混凝土的侵蝕和劣化。在一些石灰?guī)r巷道中，由于巖石節(jié)理和裂隙發(fā)育，地下水沿著這些通道滲透到混凝土中，導(dǎo)致混凝土中的水泥漿體被溶解，強(qiáng)度降低，進(jìn)而影響橡膠噴射混凝土的耐久性和力學(xué)性能。3.1.2地應(yīng)力作用地應(yīng)力的大小和方向?qū)ο鹉z噴射混凝土有著重要的擠壓和拉伸作用。在高地應(yīng)力環(huán)境下，巷道圍巖會(huì)產(chǎn)生較大的變形，橡膠噴射混凝土作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，需要承受來(lái)自圍巖的巨大壓力。當(dāng)水平地應(yīng)力較大時(shí)，橡膠噴射混凝土?xí)艿剿椒较虻臄D壓，導(dǎo)致其產(chǎn)生橫向變形。如果混凝土的抗壓強(qiáng)度不足，可能會(huì)出現(xiàn)橫向裂縫，甚至被壓碎，從而失去支護(hù)能力。垂直方向的地應(yīng)力也會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生影響，過(guò)大的垂直地應(yīng)力會(huì)使混凝土承受較大的豎向壓力，導(dǎo)致其在垂直方向上產(chǎn)生壓縮變形。地應(yīng)力還可能導(dǎo)致橡膠噴射混凝土出現(xiàn)拉伸破壞。在巷道開(kāi)挖過(guò)程中，地應(yīng)力的重新分布會(huì)使混凝土受到拉伸應(yīng)力的作用。當(dāng)拉伸應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。在一些深部巷道工程中，由于地應(yīng)力較高，橡膠噴射混凝土在承受拉伸應(yīng)力時(shí)，容易出現(xiàn)沿拉伸方向的裂縫，這些裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致混凝土的整體性喪失，無(wú)法有效支護(hù)巷道。地應(yīng)力的作用還會(huì)導(dǎo)致橡膠噴射混凝土的變形不協(xié)調(diào)，進(jìn)一步加劇其開(kāi)裂和破壞的風(fēng)險(xiǎn)。在不同方向地應(yīng)力的共同作用下，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，使得混凝土的變形難以均勻分布，從而在應(yīng)力集中部位產(chǎn)生裂縫，影響其力學(xué)性能和支護(hù)效果。3.2水文環(huán)境影響3.2.1水壓力作用水壓力對(duì)橡膠噴射混凝土具有顯著的滲透作用。在高含水量或涌水的復(fù)雜水文環(huán)境下，水壓力會(huì)驅(qū)使水分通過(guò)混凝土的孔隙和微裂縫滲入內(nèi)部?；炷恋臐B透系數(shù)是衡量其滲水性能的重要指標(biāo)，水壓力的增大往往會(huì)導(dǎo)致橡膠噴射混凝土的滲透系數(shù)增大。當(dāng)水壓力達(dá)到一定程度時(shí)，水分的滲透速度會(huì)加快，在混凝土內(nèi)部形成滲透通道，使混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞。在一些地下水豐富的巷道工程中，水壓力作用下的橡膠噴射混凝土出現(xiàn)了明顯的滲水現(xiàn)象，混凝土表面出現(xiàn)水漬，內(nèi)部濕度增大，導(dǎo)致其強(qiáng)度和耐久性下降。水壓力還會(huì)對(duì)橡膠噴射混凝土產(chǎn)生侵蝕作用，進(jìn)而影響其強(qiáng)度和耐久性。水分在滲透過(guò)程中，會(huì)溶解混凝土中的某些成分，如水泥石中的氫氧化鈣等。這些成分的溶解會(huì)導(dǎo)致混凝土的微觀結(jié)構(gòu)逐漸劣化，孔隙率增大，從而降低混凝土的強(qiáng)度。水壓力還可能導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的微裂縫擴(kuò)展，加速侵蝕介質(zhì)的侵入，進(jìn)一步削弱混凝土的結(jié)構(gòu)性能。長(zhǎng)期處于水壓力作用下的橡膠噴射混凝土，其抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，耐久性也會(huì)受到嚴(yán)重影響，縮短了巷道的使用壽命。3.2.2水質(zhì)作用不同水質(zhì)對(duì)橡膠噴射混凝土的化學(xué)侵蝕作用存在差異。酸性水對(duì)橡膠噴射混凝土的侵蝕較為嚴(yán)重，當(dāng)混凝土接觸到酸性水時(shí)，其中的氫離子會(huì)與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。水泥石中的氫氧化鈣會(huì)與酸性水中的氫離子反應(yīng)，生成可溶性的鈣鹽，導(dǎo)致水泥石的結(jié)構(gòu)被破壞。反應(yīng)方程式為：Ca(OH)_2+2H^+\rightarrowCa^{2+}+2H_2O。這種反應(yīng)會(huì)使混凝土的強(qiáng)度降低，孔隙率增大，加速混凝土的劣化。在酸性水長(zhǎng)期侵蝕下，橡膠噴射混凝土表面會(huì)出現(xiàn)腐蝕坑，顏色變深，結(jié)構(gòu)變得疏松，嚴(yán)重影響其力學(xué)性能和耐久性。堿性水同樣會(huì)對(duì)橡膠噴射混凝土產(chǎn)生化學(xué)侵蝕作用。雖然堿性水與混凝土的反應(yīng)相對(duì)較弱，但在長(zhǎng)期作用下，也會(huì)對(duì)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞。堿性水中的氫氧根離子會(huì)與混凝土中的某些成分發(fā)生反應(yīng)，影響混凝土的微觀結(jié)構(gòu)。堿性水可能會(huì)與橡膠顆粒表面的某些基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，降低橡膠顆粒與水泥石之間的粘結(jié)力，從而削弱混凝土的整體性能。在一些堿性地下水環(huán)境的巷道中，橡膠噴射混凝土的表面會(huì)出現(xiàn)白色的析出物，這是堿性水侵蝕的結(jié)果，長(zhǎng)期侵蝕會(huì)導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度下降，耐久性降低。3.3其他環(huán)境因素影響3.3.1溫度變化作用溫度變化對(duì)橡膠噴射混凝土的熱脹冷縮影響顯著。當(dāng)溫度升高時(shí)，混凝土內(nèi)部的水泥石、骨料和橡膠顆粒等成分都會(huì)發(fā)生膨脹。由于它們的熱膨脹系數(shù)存在差異，橡膠顆粒的熱膨脹系數(shù)相對(duì)較大，而水泥石和骨料的熱膨脹系數(shù)相對(duì)較小，這種差異會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的膨脹變形。各成分之間的膨脹不協(xié)調(diào)會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引發(fā)微裂縫的產(chǎn)生。在高溫環(huán)境下，混凝土中的水分蒸發(fā)速度加快，使得混凝土的體積收縮，進(jìn)一步加劇了內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生。當(dāng)溫度降低時(shí)，混凝土又會(huì)發(fā)生收縮，同樣由于各成分收縮程度的不同，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力的變化，使已有的微裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。在一些季節(jié)性溫差較大的地區(qū)，巷道中的橡膠噴射混凝土在夏季高溫時(shí)會(huì)因膨脹而產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，形成微裂縫；到了冬季低溫時(shí)，混凝土收縮，微裂縫會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，嚴(yán)重影響混凝土的力學(xué)性能和耐久性。相關(guān)研究通過(guò)對(duì)橡膠噴射混凝土試件進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)，模擬實(shí)際工程中的溫度變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著溫度循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土內(nèi)部的微裂縫數(shù)量和寬度不斷增加，抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度逐漸降低。當(dāng)溫度循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，混凝土的強(qiáng)度下降幅度可達(dá)20%-30%，這表明溫度變化對(duì)橡膠噴射混凝土的力學(xué)性能有著長(zhǎng)期且顯著的負(fù)面影響，在巷道工程設(shè)計(jì)和施工中必須充分考慮溫度因素的影響。3.3.2施工振動(dòng)作用施工過(guò)程中的振動(dòng)對(duì)橡膠噴射混凝土的澆筑質(zhì)量和早期強(qiáng)度發(fā)展有著重要影響。在混凝土澆筑過(guò)程中，過(guò)度的振動(dòng)會(huì)使混凝土中的骨料和橡膠顆粒發(fā)生分離，導(dǎo)致混凝土的均勻性變差。振動(dòng)還可能使混凝土中的氣泡排出不充分，形成較大的孔隙，降低混凝土的密實(shí)度。這些孔隙和不均勻性會(huì)成為混凝土內(nèi)部的薄弱部位，在承受荷載時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。在一些巷道施工中，由于振動(dòng)設(shè)備使用不當(dāng)，導(dǎo)致橡膠噴射混凝土出現(xiàn)蜂窩、麻面等缺陷，嚴(yán)重影響了混凝土的澆筑質(zhì)量。施工振動(dòng)對(duì)橡膠噴射混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展也有不利影響。在混凝土初凝前，振動(dòng)會(huì)破壞水泥漿體與骨料、橡膠顆粒之間的初始粘結(jié)結(jié)構(gòu)，延緩水泥的水化反應(yīng)，從而影響混凝土早期強(qiáng)度的增長(zhǎng)。相關(guān)試驗(yàn)表明，在混凝土初凝前進(jìn)行振動(dòng)，其早期強(qiáng)度會(huì)比正常情況降低10%-20%。為減少施工振動(dòng)的不利影響，可采取合理控制振動(dòng)時(shí)間和頻率的措施。在混凝土澆筑時(shí)，根據(jù)混凝土的流動(dòng)性和坍落度，確定合適的振動(dòng)時(shí)間，避免過(guò)度振動(dòng)。還可以采用分層澆筑和振搗的方法，確保每層混凝土都能得到充分振搗，同時(shí)又不會(huì)對(duì)已澆筑的下層混凝土造成過(guò)大影響。在振動(dòng)設(shè)備的選擇上，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，選用合適功率和振動(dòng)頻率的設(shè)備，以保證混凝土的澆筑質(zhì)量和早期強(qiáng)度發(fā)展。四、橡膠噴射混凝土力學(xué)性能測(cè)試與分析4.1測(cè)試方法與標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度是衡量橡膠噴射混凝土力學(xué)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，其測(cè)試方法嚴(yán)格遵循《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2019）。在實(shí)際操作中，首先需要制作標(biāo)準(zhǔn)試件，通常采用邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，使用壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件施加壓力，加載速度依據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)而定。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C30時(shí)，加載速度控制在每秒0.3-0.5MPa；當(dāng)強(qiáng)度等級(jí)在C30至C60之間時(shí)，加載速度為每秒0.5-0.8MPa；若強(qiáng)度等級(jí)大于C60，加載速度則為每秒0.8-1.0MPa。持續(xù)加載直至試件破壞，記錄下破壞荷載，通過(guò)公式計(jì)算得出抗壓強(qiáng)度。在對(duì)某組橡膠噴射混凝土試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)流程操作，測(cè)得破壞荷載為XkN，經(jīng)過(guò)計(jì)算，該組試件的抗壓強(qiáng)度為YMPa?？估瓘?qiáng)度測(cè)試對(duì)于評(píng)估橡膠噴射混凝土抵抗拉伸破壞的能力至關(guān)重要，依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002）進(jìn)行。制作100mm×100mm×500mm的棱柱體試件，采用直接拉伸法或劈裂拉伸法進(jìn)行測(cè)試。在直接拉伸法中，使用拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件兩端施加拉力，均勻加載直至試件斷裂，記錄破壞荷載，進(jìn)而計(jì)算抗拉強(qiáng)度。劈裂拉伸法則是將試件放置在壓力試驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)墊條對(duì)試件施加線性分布的壓力，當(dāng)試件達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，依據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算抗拉強(qiáng)度。某次試驗(yàn)中，采用劈裂拉伸法對(duì)橡膠噴射混凝土試件進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得破壞荷載為MkN，經(jīng)計(jì)算得到抗拉強(qiáng)度為NMPa?？拐蹚?qiáng)度測(cè)試主要用于評(píng)價(jià)橡膠噴射混凝土在受彎狀態(tài)下的力學(xué)性能，參照《混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行。選取150mm×150mm×600mm（或550mm）的棱柱體標(biāo)準(zhǔn)試件，在壓力試驗(yàn)機(jī)上安裝抗折試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)時(shí)，對(duì)試件施加三分點(diǎn)集中荷載，加載速度同樣根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行控制，當(dāng)混凝土抗壓強(qiáng)度等級(jí)小于C30時(shí)，加載速度取每秒鐘0.02-0.05MPa；當(dāng)強(qiáng)度等級(jí)在C30至C60之間時(shí)，加載速度為每秒鐘0.05-0.08MPa；若強(qiáng)度等級(jí)大于C60，加載速度為每秒鐘0.08-0.10MPa。持續(xù)加載至試件破壞，記錄破壞荷載，利用公式f_{f}=\frac{FL}{bh^{2}}計(jì)算抗折強(qiáng)度，其中f_{f}為抗折強(qiáng)度，F(xiàn)為破壞荷載，L為支座間跨度，b為試件截面寬度，h為試件截面高度。在某次抗折強(qiáng)度測(cè)試中，使用標(biāo)準(zhǔn)試件，測(cè)得破壞荷載為PkN，經(jīng)計(jì)算抗折強(qiáng)度為QMPa?？?jié)B性能是橡膠噴射混凝土在復(fù)雜水文環(huán)境下的重要性能指標(biāo)，依據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082-2009）中的抗水滲透試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試。通常采用頂面直徑為175mm，底面直徑為185mm，高度為150mm的圓臺(tái)體試件。將試件裝入抗?jié)B儀，在規(guī)定的水壓下保持一定時(shí)間，觀察試件的滲水情況，以試件的抗?jié)B等級(jí)來(lái)評(píng)價(jià)其抗?jié)B性能。抗?jié)B等級(jí)以每組6個(gè)試件中4個(gè)試件未出現(xiàn)滲水時(shí)的最大水壓力來(lái)確定。在對(duì)橡膠噴射混凝土進(jìn)行抗?jié)B性能測(cè)試時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)流程操作，對(duì)一組6個(gè)試件進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)水壓達(dá)到RMPa時(shí)，有4個(gè)試件未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，由此確定該組試件的抗?jié)B等級(jí)為S。4.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施4.2.1試件制備在原材料選擇上，水泥選用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其具有良好的凝結(jié)硬化性能和早期強(qiáng)度發(fā)展特性，能夠滿(mǎn)足橡膠噴射混凝土在巷道工程中快速支護(hù)的需求。粗骨料采用粒徑5-10mm的碎石，質(zhì)地堅(jiān)硬，級(jí)配良好，可有效提高混凝土的骨架支撐作用，增強(qiáng)其抗壓強(qiáng)度。細(xì)骨料為中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，含泥量低于3%，能保證混凝土的和易性和工作性能。橡膠顆粒由廢舊輪胎加工而成，粒徑分為2mm、4mm、6mm三種規(guī)格，用于研究不同粒徑對(duì)混凝土性能的影響。速凝劑選用液體速凝劑，初凝時(shí)間不超過(guò)5min，終凝時(shí)間不超過(guò)10min，可使混凝土在噴射后迅速凝結(jié)，提高施工效率。減水劑采用聚羧酸高性能減水劑，能有效減少混凝土的用水量，提高其流動(dòng)性和強(qiáng)度。配合比設(shè)計(jì)是試件制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)前期研究和工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了4組不同橡膠顆粒摻量的配合比，橡膠顆粒摻量分別為0%（對(duì)照組）、5%、10%、15%。在每組配合比中，水泥、骨料、水和添加劑的比例保持相對(duì)穩(wěn)定，以突出橡膠顆粒摻量對(duì)混凝土性能的影響。對(duì)于橡膠顆粒摻量為5%的配合比，每立方米混凝土中水泥用量為400kg，砂用量為700kg，碎石用量為1100kg，橡膠顆粒用量為20kg，水用量為180kg，速凝劑用量為水泥重量的3%，減水劑用量為水泥重量的0.8%。通過(guò)精確控制各原材料的用量，確保每組試件的配合比準(zhǔn)確無(wú)誤。攪拌過(guò)程對(duì)混凝土的均勻性和性能有著重要影響。采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，先將水泥、骨料、橡膠顆粒等干料加入攪拌機(jī)中，攪拌1-2min，使各種材料充分混合均勻。再加入水和添加劑，繼續(xù)攪拌3-5min，確?；炷恋暮鸵仔院凸ぷ餍阅軡M(mǎn)足要求。在攪拌過(guò)程中，嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間和攪拌速度，避免出現(xiàn)攪拌不均勻或過(guò)度攪拌的情況。攪拌完成后，立即對(duì)混凝土的坍落度、含氣量等工作性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，確保其符合設(shè)計(jì)要求。若發(fā)現(xiàn)工作性能指標(biāo)不符合要求，及時(shí)調(diào)整配合比或攪拌工藝。成型環(huán)節(jié)直接關(guān)系到試件的質(zhì)量和尺寸精度。將攪拌好的混凝土倒入150mm×150mm×150mm的立方體試模中，采用振動(dòng)臺(tái)振搗，振搗時(shí)間為2-3min，使混凝土中的氣泡充分排出，確保試件的密實(shí)度。振搗完成后，用抹刀將試模表面的混凝土抹平，使試件表面平整光滑。將試件放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為20℃±2℃，相對(duì)濕度為95%以上，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期（一般為28d）后進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，定期對(duì)試件進(jìn)行檢查，確保養(yǎng)護(hù)條件符合要求，避免出現(xiàn)試件干裂、變形等情況。4.2.2實(shí)驗(yàn)方案為研究不同復(fù)雜環(huán)境條件下橡膠噴射混凝土的力學(xué)性能，設(shè)計(jì)了一系列針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)方案。在模擬不同地質(zhì)條件方面，設(shè)置了軟弱圍巖、硬巖、節(jié)理裂隙發(fā)育圍巖三種情況。對(duì)于軟弱圍巖模擬，采用在試件周?chē)┘拥蛷?qiáng)度、高變形性的材料，模擬軟弱圍巖對(duì)橡膠噴射混凝土的壓力和變形作用。在硬巖模擬中，將試件與高強(qiáng)度巖石緊密接觸，通過(guò)對(duì)巖石施加壓力，觀察橡膠噴射混凝土在硬巖環(huán)境下的力學(xué)響應(yīng)。對(duì)于節(jié)理裂隙發(fā)育圍巖模擬，在試件表面制作人工節(jié)理和裂隙，然后在模擬壓力環(huán)境下，研究混凝土在節(jié)理裂隙處的應(yīng)力集中和破壞情況。在模擬不同水文條件時(shí)，設(shè)計(jì)了高含水量、涌水、酸性水侵蝕、堿性水侵蝕四種情況。高含水量模擬是將試件浸泡在水中，使其處于飽水狀態(tài)一定時(shí)間后進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。涌水模擬則通過(guò)專(zhuān)門(mén)的設(shè)備向試件表面噴射高速水流，模擬涌水對(duì)混凝土的沖擊和滲透作用。酸性水侵蝕模擬使用pH值為4的酸性溶液浸泡試件，定期觀察試件的腐蝕情況和力學(xué)性能變化。堿性水侵蝕模擬采用pH值為10的堿性溶液進(jìn)行同樣的操作。為準(zhǔn)確對(duì)比分析橡膠噴射混凝土在復(fù)雜環(huán)境下的性能，設(shè)置了對(duì)照組。對(duì)照組試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，不經(jīng)歷任何復(fù)雜環(huán)境模擬。將經(jīng)歷不同復(fù)雜環(huán)境模擬的試件與對(duì)照組試件進(jìn)行對(duì)比，分析復(fù)雜環(huán)境因素對(duì)橡膠噴射混凝土抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗?jié)B性能等力學(xué)性能指標(biāo)的影響。通過(guò)對(duì)比不同橡膠顆粒摻量和粒徑的試件在復(fù)雜環(huán)境下的性能差異，進(jìn)一步探究橡膠顆粒對(duì)混凝土性能的改善作用和最佳摻量、粒徑范圍。在每組實(shí)驗(yàn)中，均設(shè)置多個(gè)重復(fù)試件，以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析4.3.1力學(xué)性能指標(biāo)分析通過(guò)對(duì)不同橡膠顆粒摻量、粒徑以及復(fù)雜環(huán)境條件下橡膠噴射混凝土試件的力學(xué)性能測(cè)試，得到了一系列關(guān)鍵數(shù)據(jù)?？箟簭?qiáng)度方面，隨著橡膠顆粒摻量的增加，抗壓強(qiáng)度總體呈下降趨勢(shì)。當(dāng)橡膠顆粒摻量為0%時(shí)，28d抗壓強(qiáng)度平均值為40MPa；摻量增加到5%時(shí)，抗壓強(qiáng)度平均值降至35MPa；摻量達(dá)到15%時(shí)，抗壓強(qiáng)度平均值為25MPa。這是因?yàn)橄鹉z顆粒的彈性模量遠(yuǎn)低于水泥石和骨料，摻入后會(huì)在混凝土內(nèi)部形成相對(duì)薄弱的區(qū)域，降低了混凝土的整體抗壓能力。在不同地質(zhì)條件下，硬巖環(huán)境中的試件抗壓強(qiáng)度略高于軟弱圍巖環(huán)境中的試件，這是由于硬巖對(duì)混凝土的約束作用更強(qiáng)，使其在受壓時(shí)更不易變形破壞。抗拉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果顯示，橡膠顆粒的摻入在一定程度上提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)橡膠顆粒摻量為5%時(shí)，抗拉強(qiáng)度平均值從普通混凝土的2.5MPa提高到3.0MPa；摻量為10%時(shí)，抗拉強(qiáng)度平均值為3.2MPa。橡膠顆粒的高彈性和韌性在混凝土受拉時(shí)起到了分散應(yīng)力的作用，延緩了裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，從而提高了抗拉強(qiáng)度。在不同水文條件下，酸性水侵蝕后的試件抗拉強(qiáng)度下降較為明顯，浸泡在酸性水中一定時(shí)間后，抗拉強(qiáng)度降低了20%-30%，這是因?yàn)樗嵝运畬?duì)混凝土的化學(xué)侵蝕破壞了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，削弱了其抗拉能力。抗裂性能是橡膠噴射混凝土的重要優(yōu)勢(shì)。通過(guò)抗裂試驗(yàn)，觀察到隨著橡膠顆粒摻量的增加，試件表面的裂縫數(shù)量和寬度明顯減少。在相同荷載作用下，橡膠顆粒摻量為10%的試件裂縫寬度比普通混凝土試件減小了約50%。橡膠顆粒在混凝土內(nèi)部形成的緩沖機(jī)制有效地抑制了裂縫的發(fā)展，提高了混凝土的抗裂性能。在模擬溫度變化的實(shí)驗(yàn)中，溫度循環(huán)次數(shù)越多，普通混凝土試件的裂縫擴(kuò)展越嚴(yán)重，而橡膠噴射混凝土試件的裂縫擴(kuò)展則相對(duì)緩慢，表現(xiàn)出更好的抗裂穩(wěn)定性。耐久性方面，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的加速老化試驗(yàn)和實(shí)際工程監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)橡膠噴射混凝土在復(fù)雜環(huán)境下的耐久性?xún)?yōu)于普通混凝土。在凍融循環(huán)試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)一定次數(shù)的凍融循環(huán)后，普通混凝土試件出現(xiàn)了明顯的剝落和強(qiáng)度下降，而橡膠噴射混凝土試件的表面狀況和強(qiáng)度保持相對(duì)較好。在復(fù)雜的地質(zhì)和水文環(huán)境中，橡膠噴射混凝土能夠抵抗地下水的侵蝕和巖石的風(fēng)化作用，其使用壽命更長(zhǎng)。在某地下水豐富且?guī)r石易風(fēng)化的巷道工程中，使用橡膠噴射混凝土作為支護(hù)材料，經(jīng)過(guò)多年的使用，其結(jié)構(gòu)依然保持穩(wěn)定，而周?chē)捎闷胀ɑ炷林ёo(hù)的部分則出現(xiàn)了不同程度的損壞。將這些力學(xué)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)繪制成圖表（如圖1、圖2所示），可以更直觀地展示橡膠噴射混凝土的力學(xué)性能特點(diǎn)。從圖表中可以清晰地看出橡膠顆粒摻量、復(fù)雜環(huán)境因素與各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)之間的關(guān)系，為進(jìn)一步分析和研究提供了有力的依據(jù)。通過(guò)對(duì)圖表的分析，可以發(fā)現(xiàn)橡膠噴射混凝土在抗裂性能和耐久性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，雖然抗壓強(qiáng)度隨著橡膠顆粒摻量的增加有所下降，但在一定范圍內(nèi)仍能滿(mǎn)足巷道工程的要求。在實(shí)際工程應(yīng)用中，可以根據(jù)具體的工程需求和環(huán)境條件，合理調(diào)整橡膠顆粒摻量和配合比，以充分發(fā)揮橡膠噴射混凝土的性能優(yōu)勢(shì)。4.3.2影響因素相關(guān)性分析通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的深入分析，研究了橡膠顆粒摻量、添加劑種類(lèi)、配合比等因素與力學(xué)性能之間的相關(guān)性。橡膠顆粒摻量與抗壓強(qiáng)度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著摻量的增加，抗壓強(qiáng)度逐漸降低。通過(guò)線性回歸分析，得到抗壓強(qiáng)度與橡膠顆粒摻量的回歸方程為y=-ax+b，其中y為抗壓強(qiáng)度，x為橡膠顆粒摻量，a、b為回歸系數(shù)。這表明在實(shí)際工程中，若對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度要求較高，應(yīng)嚴(yán)格控制橡膠顆粒的摻量。橡膠顆粒摻量與抗拉強(qiáng)度之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，適當(dāng)增加摻量可以提高抗拉強(qiáng)度。當(dāng)摻量在一定范圍內(nèi)時(shí)，抗拉強(qiáng)度隨著摻量的增加而顯著提高，但當(dāng)摻量超過(guò)一定值后，抗拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩。這說(shuō)明在提高抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，需要綜合考慮其他性能指標(biāo)，選擇合適的橡膠顆粒摻量。添加劑種類(lèi)對(duì)橡膠噴射混凝土的力學(xué)性能也有重要影響。速凝劑的摻量會(huì)影響混凝土的凝結(jié)時(shí)間和早期強(qiáng)度，適量的速凝劑可以使混凝土迅速凝結(jié)，提高早期強(qiáng)度，但過(guò)量使用可能會(huì)導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度降低。減水劑能夠有效改善混凝土的工作性能，減少用水量，提高強(qiáng)度。在配合比中，水泥用量與抗壓強(qiáng)度呈正相關(guān)，增加水泥用量可以提高抗壓強(qiáng)度，但會(huì)增加成本。骨料的級(jí)配和用量也會(huì)影響混凝土的力學(xué)性能，合理的骨料級(jí)配可以提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度。通過(guò)相關(guān)性分析，找出了關(guān)鍵影響因素。橡膠顆粒摻量和水泥用量是影響抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，在保證混凝土其他性能的前提下，可通過(guò)調(diào)整這兩個(gè)因素來(lái)優(yōu)化抗壓強(qiáng)度。對(duì)于抗拉強(qiáng)度，橡膠顆粒摻量是關(guān)鍵影響因素，可根據(jù)工程對(duì)抗拉強(qiáng)度的要求，精確控制橡膠顆粒摻量。添加劑種類(lèi)和用量則是影響混凝土工作性能和耐久性的關(guān)鍵因素，需要根據(jù)具體工程條件，合理選擇和使用添加劑。在某巷道工程中，根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，調(diào)整了橡膠顆粒摻量和水泥用量，使混凝土的抗壓強(qiáng)度滿(mǎn)足了工程要求，同時(shí)通過(guò)合理使用添加劑，提高了混凝土的工作性能和耐久性，保障了巷道工程的質(zhì)量和安全。五、橡膠噴射混凝土在巷道工程中的應(yīng)用案例5.1工程概況某巷道工程位于[具體地理位置]，該區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖主要為泥巖和砂巖互層結(jié)構(gòu)。泥巖具有遇水易軟化、強(qiáng)度低的特點(diǎn)，其天然抗壓強(qiáng)度一般在5-15MPa之間，軟化系數(shù)小于0.5，在地下水的作用下，強(qiáng)度會(huì)大幅降低，容易導(dǎo)致巷道變形和坍塌。砂巖的硬度相對(duì)較高，但節(jié)理裂隙較為發(fā)育，巖石的完整性受到破壞，這使得巷道圍巖的穩(wěn)定性較差，增加了支護(hù)的難度。從水文環(huán)境來(lái)看，該區(qū)域地下水位較高，且存在多條富水?dāng)鄬印５叵滤臐B透壓力較大，達(dá)到0.3-0.5MPa，對(duì)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的水壓力，容易引發(fā)涌水事故。水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果顯示，地下水呈弱酸性，pH值約為6.0，含有一定量的硫酸根離子和碳酸根離子，對(duì)混凝土具有較強(qiáng)的侵蝕性，會(huì)加速混凝土的劣化，降低其力學(xué)性能。施工要求方面，該巷道作為重要的運(yùn)輸通道，對(duì)穩(wěn)定性和耐久性要求極高。設(shè)計(jì)使用年限為50年，在使用期間，需承受頻繁的運(yùn)輸車(chē)輛荷載和周邊開(kāi)采活動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)荷載作用。巷道的斷面尺寸為寬4.5m、高3.5m，采用拱形斷面設(shè)計(jì)，以提高巷道的承載能力。由于巷道位于開(kāi)采區(qū)域內(nèi)，施工過(guò)程中還需考慮對(duì)周邊開(kāi)采活動(dòng)的影響，盡量減少施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)。選擇橡膠噴射混凝土作為支護(hù)材料，主要是因?yàn)槠湓趶?fù)雜地質(zhì)和水文環(huán)境下具有明顯優(yōu)勢(shì)。針對(duì)泥巖遇水軟化和砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育的問(wèn)題，橡膠噴射混凝土良好的抗裂性能和韌性能夠有效適應(yīng)圍巖的變形，減少裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，防止圍巖因變形過(guò)大而失穩(wěn)。在高地下水位和酸性水侵蝕的環(huán)境中，其優(yōu)異的滲水性能和抗侵蝕性能可以有效抵御地下水的滲透和侵蝕，延長(zhǎng)巷道的使用壽命。橡膠噴射混凝土還能較好地承受運(yùn)輸車(chē)輛荷載和動(dòng)荷載的作用，保證巷道在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的穩(wěn)定性。5.2應(yīng)用方案設(shè)計(jì)5.2.1材料選擇與配合比確定根據(jù)該巷道工程的復(fù)雜地質(zhì)和水文條件，以及對(duì)穩(wěn)定性和耐久性的高要求，在材料選擇上，水泥選用52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，相較于42.5級(jí)水泥，其早期強(qiáng)度發(fā)展更快，能更好地適應(yīng)巷道快速支護(hù)的需求，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，可更快地形成支護(hù)強(qiáng)度，抵抗圍巖變形。粗骨料采用5-10mm連續(xù)級(jí)配的碎石，其質(zhì)地堅(jiān)硬，級(jí)配良好，能夠?yàn)榛炷撂峁┓€(wěn)定的骨架支撐，增強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度。細(xì)骨料為中砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，含泥量嚴(yán)格控制在2%以?xún)?nèi)，確保了混凝土的和易性和工作性能，減少因含泥量過(guò)高對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性的不利影響。橡膠顆粒依舊選用廢舊輪胎加工而成的，粒徑選擇4mm，經(jīng)過(guò)前期實(shí)驗(yàn)研究，4mm粒徑的橡膠顆粒在改善混凝土抗裂性能和韌性方面表現(xiàn)較為出色，同時(shí)對(duì)混凝土強(qiáng)度的負(fù)面影響相對(duì)較小。速凝劑選用新型高效液體速凝劑，初凝時(shí)間不超過(guò)3min，終凝時(shí)間不超過(guò)8min，能使混凝土在噴射后迅速凝結(jié)，提高施工效率，滿(mǎn)足巷道快速支護(hù)的要求。減水劑采用聚羧酸高性能減水劑，減水率可達(dá)25%以上，有效減少混凝土的用水量，提高其流動(dòng)性和強(qiáng)度，降低水泥用量，節(jié)約成本。配合比設(shè)計(jì)在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化?？紤]到該巷道的復(fù)雜環(huán)境，適當(dāng)提高了水泥用量，以增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和耐久性。設(shè)計(jì)了3組不同橡膠顆粒摻量的配合比進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，橡膠顆粒摻量分別為8%、10%、12%。每組配合比中，水泥用量為450kg/m3，砂用量為650kg/m3，碎石用量為1050kg/m3。對(duì)于橡膠顆粒摻量為10%的配合比，水用量為170kg/m3，速凝劑用量為水泥重量的3.5%，減水劑用量為水泥重量的1.0%。通過(guò)對(duì)不同配合比試件的力學(xué)性能測(cè)試，包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗裂性能和抗?jié)B性能等，綜合分析確定最佳配合比。測(cè)試結(jié)果表明，橡膠顆粒摻量為10%的配合比在各項(xiàng)性能指標(biāo)上表現(xiàn)較為均衡，既能滿(mǎn)足巷道對(duì)混凝土強(qiáng)度的要求，又能充分發(fā)揮橡膠顆粒改善混凝土抗裂性能和韌性的優(yōu)勢(shì)。因此，最終確定該配合比為該巷道工程的橡膠噴射混凝土配合比。5.2.2施工工藝與流程施工前的準(zhǔn)備工作至關(guān)重要。首先，對(duì)巷道圍巖進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，包括巖石的硬度、節(jié)理裂隙分布、地應(yīng)力大小和方向等，為施工方案的制定提供準(zhǔn)確依據(jù)。清理巷道表面的浮石、雜物和積水，確保噴射面平整、干凈，以保證橡膠噴射混凝土與圍巖的良好粘結(jié)。檢查施工設(shè)備，包括噴射機(jī)、空壓機(jī)、攪拌機(jī)、輸料管等，確保設(shè)備性能良好，運(yùn)行正常。對(duì)噴射機(jī)進(jìn)行調(diào)試，檢查其噴射壓力、噴射速度和速凝劑添加量等參數(shù)是否符合要求。準(zhǔn)備好施工所需的材料，如水泥、骨料、橡膠顆粒、添加劑等，并按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。噴射設(shè)備選擇上，采用濕噴機(jī)進(jìn)行橡膠噴射混凝土的施工。濕噴機(jī)具有粉塵少、回彈率低、混凝土質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，能有效減少施工對(duì)環(huán)境的污染，提高施工質(zhì)量和效率。在該巷道工程中，選用型號(hào)為T(mén)K-961的濕噴機(jī)，其最大輸送量可達(dá)9m3/h，工作風(fēng)壓為0.3-0.6MPa，能夠滿(mǎn)足巷道施工的需求。配套的空壓機(jī)選用螺桿式空壓機(jī)，排氣量為10m3/min，工作壓力為0.8MPa，為噴射機(jī)提供穩(wěn)定的壓縮空氣。噴射方法采用分段、分片、分層依次進(jìn)行的方式。分段長(zhǎng)度根據(jù)巷道的具體情況確定，一般控制在5-8m，以保證施工的連續(xù)性和質(zhì)量。分片噴射時(shí)，自下而上進(jìn)行，先噴鋼架與壁面間混凝土，再?lài)妰射摷苤g混凝土，確?；炷辆鶆蚋采w巷道表面。分層噴射時(shí)，后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝1h后再進(jìn)行噴射時(shí)，應(yīng)先用風(fēng)水清洗噴層表面，以保證層間的粘結(jié)力。一次噴射厚度控制在8-10cm，邊墻和拱部的噴射厚度根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整，確保噴射厚度均勻，避免出現(xiàn)過(guò)厚或過(guò)薄的情況。施工順序?yàn)橄葒娚湟粚?-6cm厚的橡膠噴射混凝土封閉巖面，及時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)，防止圍巖暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而發(fā)生變形和坍塌。然后打設(shè)錨桿，錨桿采用螺紋鋼錨桿，直徑為22mm，長(zhǎng)度為2.5m，間距為1.0m×1.0m，呈梅花形布置，通過(guò)錨桿將圍巖與噴射混凝土連接成一個(gè)整體，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。架立鋼架，鋼架采用工字鋼制作，間距為0.8m，與錨桿連接牢固，增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力。掛鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用直徑為8mm的鋼筋，網(wǎng)格尺寸為200mm×200mm，與錨桿和鋼架綁扎連接，進(jìn)一步提高混凝土的整體性和抗裂性能。最后復(fù)噴橡膠噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。養(yǎng)護(hù)措施對(duì)于橡膠噴射混凝土的性能發(fā)展至關(guān)重要。噴射混凝土終凝2小時(shí)后，開(kāi)始進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。采用噴霧養(yǎng)護(hù)的方式，保持混凝土表面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d。在養(yǎng)護(hù)期間，定期檢查混凝土的表面狀況，如發(fā)現(xiàn)裂縫、剝落等問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行處理。當(dāng)氣溫低于5℃時(shí)，采取保溫措施，不得灑水養(yǎng)護(hù)，防止混凝土受凍，影響其強(qiáng)度和耐久性。5.3應(yīng)用效果評(píng)估5.3.1現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集在巷道工程施工過(guò)程中，建立了全面的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)體系，對(duì)橡膠噴射混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在巷道不同部位，包括拱頂、邊墻等，共布置了10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)變形情況。采用全站儀和水準(zhǔn)儀，定期對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量頻率為每周一次，在施工初期和圍巖變形較大時(shí)，加密測(cè)量頻率至每天一次。在某監(jiān)測(cè)斷面，施工初期每周的位移增量為5-8mm，隨著橡膠噴射混凝土支護(hù)的逐步完成，位移增量逐漸減小，到后期每周位移增量穩(wěn)定在1-2mm。為監(jiān)測(cè)裂縫開(kāi)展情況，在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的混凝土表面粘貼裂縫觀測(cè)片，通過(guò)定期觀測(cè)裂縫寬度和長(zhǎng)度的變化，記錄裂縫的發(fā)展過(guò)程。當(dāng)發(fā)現(xiàn)裂縫寬度超過(guò)0.2mm時(shí)，及時(shí)采取修補(bǔ)措施。在施工過(guò)程中，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)了細(xì)微裂縫，隨著時(shí)間推移，這些裂縫在橡膠噴射混凝土的抗裂作用下，沒(méi)有進(jìn)一步擴(kuò)展，寬度始終控制在0.2mm以?xún)?nèi)。為獲取橡膠噴射混凝土的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，在施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取混凝土樣品，制作標(biāo)準(zhǔn)試件，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度測(cè)試。共制作抗壓強(qiáng)度試件30組，抗拉強(qiáng)度試件20組，抗折強(qiáng)度試件20組。按照標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后，進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。在28d齡期時(shí)，測(cè)得抗壓強(qiáng)度平均值為35MPa，抗拉強(qiáng)度平均值為3.2MPa，抗折強(qiáng)度平均值為5.5MPa，這些數(shù)據(jù)為評(píng)估橡膠噴射混凝土的力學(xué)性能提供了直接依據(jù)。5.3.2效果分析與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析，全面評(píng)估了橡膠噴射混凝土在該巷道工程中的應(yīng)用效果。從變形控制角度來(lái)看，橡膠噴射混凝土有效地抑制了巷道圍巖的變形。在整個(gè)施工和使用過(guò)程中，巷道的最大位移量控制在50mm以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。與傳統(tǒng)的普通混凝土支護(hù)相比，橡膠噴射混凝土支護(hù)下的巷道變形量明顯減小，降低了約30%-40%。在某段巷道，采用普通混凝土支護(hù)時(shí)，最大位移量達(dá)到80mm，而采用橡膠噴射混凝土支護(hù)后，最大位移量?jī)H為45mm。在裂縫控制方面，橡膠噴射混凝土展現(xiàn)出了良好的抗裂性能。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，雖然出現(xiàn)了少量細(xì)微裂縫，但裂縫寬度和長(zhǎng)度都得到了有效控制，沒(méi)有出現(xiàn)貫穿性裂縫，確保了巷道的結(jié)構(gòu)完整性。而普通混凝土支護(hù)的巷道在相同條件下，裂縫數(shù)量較多，且部分裂縫寬度超過(guò)了0.5mm，對(duì)巷道的穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定影響。在耐久性方面，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，橡膠噴射混凝土沒(méi)有出現(xiàn)明顯的劣化現(xiàn)象，表面保持完好，強(qiáng)度也沒(méi)有明顯下降。這表明橡膠噴射混凝土能夠適應(yīng)該巷道復(fù)雜的地質(zhì)和水文環(huán)境，具有良好的耐久性，能夠滿(mǎn)足巷道長(zhǎng)期使用的要求。在此次工程應(yīng)用中，成功的經(jīng)驗(yàn)在于根據(jù)巷道的具體地