本发明涉及盾构管片制造，具体为一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺。
背景技术：
1、盾构管片是盾构施工中的主要装配构件，也是隧道的最内层屏障，它承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用，盾构管片通常采用高强抗渗混凝土制成，在盾构施工过程中，盾构机依靠千斤顶顶着管片前进，同时管片起到支护作用，安装完成后即形成成型的隧道，盾构管片的设计和施工是隧道建设的关键环节之一，其结构设计的质量直接关系到隧道的稳定性、安全性和使用寿命。
2、现有技术中盾构管片制造存在的缺陷是：
3、1、专利文件jp5650017b2公开了盾构隧道管片，该盾构管片的抗压、抗拉强度不佳，盾构管片在承受压力时的承载能力弱，增加了开裂的风险，不能有效地抵抗破坏。
4、2、专利文件cn117776633b公开了一种盾构管片混凝土制备方法，该混凝土制备的盾构管片的抗压、抗拉强度不佳，盾构管片在承受压力时的承载能力弱，增加了开裂的风险，不能有效地抵抗破坏。
5、3、专利文件cn116480368a公开了一种定向纤维增强的uhpc盾构管片及制备方法，该盾构管片方法制备时不能控制混凝土的浇筑温度，易因水分蒸发速度加快导致的坍落度降低和气泡增多，气泡在混凝土硬化后会形成孔隙，降低了盾构管片的密实性和强度。
6、4、专利文件cn218324880u公开了一种抗腐蚀防腐混凝土盾构管片，该盾构管片裂缝处的剪力导致盾构管片的抗剪强度、韧性以及抗拉强度不佳，降低了盾构管片的耐久性，混凝土内部的应力集中现象无法保证盾构管片的整体稳定性。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺，包括如下步骤；s1、原料准备；s2、模具设计与制作；s3、钢筋笼制作与安装；s4、混凝土浇筑与振捣；s5、养护脱模；
3、所述原料准备包括如下步骤：一、选材准备；二、混合配制。
4、优选的，所述原料准备步骤如下：步骤1选材准备：按重量份数计，准备120份石子、65～70份中砂、25～30份水泥、18～20份低温水、14～30份波浪形钢纤维、10～18份端钩形钢纤维、1～5份聚羧酸系减水剂和1～5份改性硅聚醚类消泡剂；步骤2混合配制：将石子、中砂、水泥、低温水、波浪形钢纤维、端钩形钢纤维、聚羧酸系减水剂和改性硅聚醚类消泡剂按照比例投入搅拌机中进行均匀混合，机械混合搅拌15～20min，转速为500r/min，形成钢纤维混凝土料浆。
5、优选的，所述波浪形钢纤维尺寸为0.4mm×20mm，所述端钩形钢纤维尺寸为0.3mm×20mm。
6、优选的，所述低温水温度为5℃～20℃。
7、优选的，所述模具设计与制作步骤如下：根据盾构管片的形状和规格图纸，设计合理的玻璃钢模具结构，确保模具易于拆卸和清洗，玻璃钢模具收缩率控制在1％～3％。
8、优选的，所述钢筋笼制作与安装步骤如下：步骤1钢筋加工与组装：严格按照设计图纸要求对热轧螺纹钢筋进行断料、弯曲和焊接，严格控制加工尺寸精度和焊接质量，将加工好的钢筋部件组装成钢筋笼，并进行实测检查，合格后放置在存放区；步骤2钢筋笼入模：将钢筋笼平稳吊入玻璃钢模具中，保证起吊过程平稳，严禁钢筋笼与模具发生碰撞。
9、优选的，所述混凝土浇筑与振捣步骤如下：步骤1分层填筑：将配制好的钢纤维混凝土料浆倒入玻璃钢模具中，确保混凝土均匀分布，避免出现局部堆积或空缺，底层钢纤维混凝土料浆分层厚度为60～80cm；步骤2初步振捣：在底层钢纤维混凝土填筑完成后使用平板振动器对混凝土表面进行初步振捣，确保混凝土充实，减少气孔；步骤3辅助振捣：在模具上的钢筋密集区和边角处设定辅助振捣点，使用高频插入式振动棒在辅助振捣点进行振捣，振捣时应保持振动棒垂直插入混凝土中并上下抽动，以确保混凝土能够充分密实，振捣时间为10～30s；步骤4二次填筑与抹面：底层振捣完成后进行下一层的填筑和振捣，振捣完成后对顶层钢纤维混凝土表面进行粗、中、精三个工序的抹面处理，以消除表面的不平整和浮浆，使管片表面平整光滑。
10、优选的，所述养护脱模步骤如下：步骤1常压蒸汽养护：在盾构管片浇筑完成后静停10h让钢纤维混凝土初步凝结，达到一定的强度基础；步骤2养护罩安装：当混凝土表面初凝，手指按压无明显凹痕时对帆布养护罩进行安装，将管片连同模具整体覆盖形成一个密闭的空间，帆布与盾构管片之间距离保持在5～10cm；步骤3蒸汽加热：从模具底部通入蒸汽，开始加热过程，升温速率控制在每小时10～15℃，防止因温度升高过快导致混凝土膨胀损害内部结构，升温阶段持续3小时；步骤4恒温硬化：达到55℃后进入恒温阶段，恒温阶段控制在1～1.5h，确保混凝土在稳定的温度下充分硬化；步骤5降温阶段：恒温阶段结束后开始降温，降温速率每小时不超过20℃，以避免因内外温差过大导致混凝土产生收缩裂缝，降温时间为2h，降温过程中先部分掀开帆布让模具和混凝土自然冷却后再完全揭走；步骤6脱模与后续养护：待混凝土强度达到规定要求后进行脱模操作，松开固定螺杆、打开模具侧模板和端板后将管片吊出模具，对常压蒸汽养护后的盾构管片进行洒水养护。
11、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
12、1、本发明通过使用水泥、石子、中砂、端钩形钢纤维和波浪形钢纤维制备盾构管片，端钩形钢纤维由于其独特的端勾形状能够提供更强的锚固力和抗拔力，显著提升了盾构管片的抗压、抗拉强度，而波浪形钢纤维表面通过压痕处理增加与混凝土的粘结，能够更好的分散应力，端钩形和波浪形钢纤维的加入显著提高了混凝土的抗拉强度、弯曲强度和剪切强度，使得盾构管片在承受压力时能够表现出更高的承载能力，减少开裂的风险，钢纤维的约束裂纹扩展能力使得盾构管片具有更强的抗裂性能，使盾构管片能够更有效地抵抗破坏，保持结构的完整性，钢纤维混凝土的碳化深度比素混凝土小，减少了因钢筋锈蚀导致的混凝土开裂和破坏。
13、2、本发明通过控制混凝土的浇筑温度并添加外加剂，减水剂降低混凝土的水灰比，提高混凝土的流动性和坍落度，而消泡剂则有助于减少混凝土中的气泡数量，保持适当的坍落度有助于减少混凝土中的气泡和空洞，控制混凝土的温度防止因水分蒸发速度加快导致的坍落度降低和气泡增多，气泡在混凝土硬化后会形成孔隙，降低了盾构管片的密实性和强度，水分蒸发过快引起的坍落度降低和气泡增多还可能增加混凝土产生早期裂缝的风险，裂缝的产生会破坏混凝土的完整性，降低其力学性能和使用寿命，控制混凝土的浇筑温度可以促进混凝土的水化反应，加速混凝土的早期凝结和硬化过程，进一步提高了混凝土的密实度和抗裂性能。
14、3、本发明在混凝土浇筑过程中采用分层填筑，分层填筑使得混凝土在不同阶段能够发挥不同的作用，增强了结构强度，两层混凝土传递并承担裂缝处的剪力，显著提高盾构管片的抗剪强度、韧性以及抗拉强度，分层填筑使得施工过程更加有序和可控，减少了施工过程中的复杂性和不确定性，分层填筑可以针对不同的使用需求和环境条件优化每一层混凝土的材料配比，进一步增强了盾构管片的耐久性，分层填筑还有助于减少混凝土内部的应力集中现象，提高盾构管片的整体稳定性。
1.一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺，其特征在于：包括如下步骤；s1、原料准备；s2、模具设计与制作；s3、钢筋笼制作与安装；s4、混凝土浇筑与振捣；s5、养护脱模；
2.根据权利要求1所述的一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺，其特征在于：所述原料准备步骤如下：步骤(1)选材准备：按重量份数计，准备120份石子、65～70份中砂、25～30份水泥、18～20份低温水、14～30份波浪形钢纤维、10～18份端钩形钢纤维、1～5份聚羧酸系减水剂和1～5份改性硅聚醚类消泡剂；步骤(2)混合配制：将石子、中砂、水泥、低温水、波浪形钢纤维、端钩形钢纤维、聚羧酸系减水剂和改性硅聚醚类消泡剂按照比例投入搅拌机中进行均匀混合，机械混合搅拌15～20min，转速为500r/min，形成钢纤维混凝土料浆。
3.根据权利要求2所述的一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺，其特征在于：所述波浪形钢纤维尺寸为0.4mm×20mm，所述端钩形钢纤维尺寸为0.3mm×20mm。
4.根据权利要求2所述的一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺，其特征在于：所述低温水温度为5℃～20℃。
5.根据权利要求1所述的一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺，其特征在于：所述模具设计与制作步骤如下：根据盾构管片的形状和规格图纸，设计合理的玻璃钢模具结构，确保模具易于拆卸和清洗，玻璃钢模具收缩率控制在1％～3％。
6.根据权利要求1所述的一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺，其特征在于：所述钢筋笼制作与安装步骤如下：步骤(1)钢筋加工与组装：严格按照设计图纸要求对热轧螺纹钢筋进行断料、弯曲和焊接，严格控制加工尺寸精度和焊接质量，将加工好的钢筋部件组装成钢筋笼，并进行实测检查，合格后放置在存放区；步骤(2)钢筋笼入模：将钢筋笼平稳吊入玻璃钢模具中，保证起吊过程平稳，严禁钢筋笼与模具发生碰撞。
7.根据权利要求1所述的一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺，其特征在于：所述混凝土浇筑与振捣步骤如下：步骤(1)分层填筑：将配制好的钢纤维混凝土料浆倒入玻璃钢模具中，确保混凝土均匀分布，避免出现局部堆积或空缺，底层钢纤维混凝土料浆分层厚度为60～80cm；步骤(2)初步振捣：在底层钢纤维混凝土填筑完成后使用平板振动器对混凝土表面进行初步振捣，确保混凝土充实，减少气孔；步骤(3)辅助振捣：在模具上的钢筋密集区和边角处设定辅助振捣点，使用高频插入式振动棒在辅助振捣点进行振捣，振捣时应保持振动棒垂直插入混凝土中并上下抽动，以确保混凝土能够充分密实，振捣时间为10～30s；步骤(4)二次填筑与抹面：底层振捣完成后进行下一层的填筑和振捣，振捣完成后对顶层钢纤维混凝土表面进行粗、中、精三个工序的抹面处理，以消除表面的不平整和浮浆，使管片表面平整光滑。
8.根据权利要求1所述的一种高承载钢纤维抗裂盾构管片的制造工艺，其特征在于：所述养护脱模步骤如下：步骤(1)常压蒸汽养护：在盾构管片浇筑完成后静停10h让钢纤维混凝土初步凝结，达到一定的强度基础；步骤(2)养护罩安装：当混凝土表面初凝，手指按压无明显凹痕时对帆布养护罩进行安装，将管片连同模具整体覆盖形成一个密闭的空间，帆布与盾构管片之间距离保持在5～10cm；步骤(3)蒸汽加热：从模具底部通入蒸汽，开始加热过程，升温速率控制在每小时10～15℃，防止因温度升高过快导致混凝土膨胀损害内部结构，升温阶段持续3小时；步骤(4)恒温硬化：达到55℃后进入恒温阶段，恒温阶段控制在1～1.5h，确保混凝土在稳定的温度下充分硬化；步骤(5)降温阶段：恒温阶段结束后开始降温，降温速率每小时不超过20℃，以避免因内外温差过大导致混凝土产生收缩裂缝，降温时间为2h，降温过程中先部分掀开帆布让模具和混凝土自然冷却后再完全揭走；步骤(6)脱模与后续养护：待混凝土强度达到规定要求后进行脱模操作，松开固定螺杆、打开模具侧模板和端板后将管片吊出模具，对常压蒸汽养护后的盾构管片进行洒水养护。
