喷射混凝土用聚丙烯纤维：提高隧道衬砌的韧性和耐火性

聚丙烯（PP）纤维 已成为隧道喷射混凝土中不可或缺的添加剂，可解决两种关键的破坏模式：

1. 塑性收缩裂纹 喷洒后的最初24小时内
2. 受火攻影响下的爆炸性剥落 — 一种可能危及生命并导致衬里完全坍塌的灾难性失效模式

本技术指南阐述了聚丙烯（PP）纤维在喷射混凝土中的作用原理，对比了微纤维与大纤维的应用情况，并提供了符合 EN 14488、ACI 506 及 EFNARC 指南要求的隧道衬砌配比数据。.

1. 为什么隧道喷混凝土需要纤维加固

1.1 新浇喷射混凝土中的塑性收缩

喷射混凝土施作于岩石或现有混凝土表面后，会立即因以下原因而失水：

• 薄层的比表面积与体积比很高
• 隧道掘进段的风速和温度
• 吸水性岩石基质

如果没有纤维，1至6小时内就会形成塑料收缩裂纹（通常宽0.1–0.5毫米）。这些裂纹：

• 导致地下水渗入和钢筋腐蚀
• 降低衬里的长期完整性
• 需要进行成本高昂的裂缝注浆修复

0.6–1.0 kg/m³ 的 PP 超细纤维 通过在裂纹萌生阶段弥合微裂纹，有效消除塑性收缩裂纹。.

1.2 受火攻时产生的爆炸性剥落

在交通隧道（公路、铁路、地铁）中，火灾情况会导致：

• 5–10分钟内温度升至300°C（HC曲线）
• 持续燃烧时的核心温度为800–1,200°C

大约在 200–300°C, 混凝土中的游离水转化为水蒸气的速度快于其通过孔隙网络逸出的速度。水蒸气压力不断增大，直到保护层混凝土 发生爆裂剥落 — 这种剧烈的分裂：

• 使钢筋直接暴露在明火中
• 几分钟内便会破坏结构承载能力
• 给疏散工作带来飞溅碎片带来的危险

PP超细纤维在160–165°C时熔化, ，形成了一个相互连通的孔隙网络，使蒸汽得以逸出——即使在持续温度超过1,000°C的情况下，也能彻底消除爆炸性剥落。这一PP纤维特有的现象，如今 强制规定的 在全球大多数隧道消防安全规范中。.

2. 喷射混凝土应用中的PP纤维类型

TenaBrix PP 喷射混凝土用纤维等级：

3. 抗剥落性能数据

性能测试依据 EN 1363-2（耐火性能） 和 EFNARC 剥落试验规程:

基层：C35/45喷射混凝土，水灰比（w/c）= 0.42，52.5R普通硅酸盐水泥，23°C养护，龄期90天。.

当TenaBrix PF-12M的密度为0.9 kg/m³时，可彻底消除爆裂剥落现象 符合 ISO 834 标准和 RABT 火灾曲线。.

4. 含聚丙烯纤维的喷射混凝土配方

4.1 标准NATM隧道衬砌喷混凝土（C25/30）

w/c = 0.40–0.45 | 坍落度：200–250 毫米（湿拌） | 1 天抗压强度：≥ 12 MPa | 28 天抗压强度：≥ 35 MPa

4.2 高风险隧道（地铁、铁路）用耐火喷射混凝土

设计符合 EN 1992-1-2 标准中的 EI120 级耐火性能要求 | 残余强度等级：EN 14487-1 标准中的 B500 级

4.3 PP纤维与钢纤维混合系统

许多现代隧道工程采用一种 混合光纤系统 在保持结构韧性的同时降低钢纤维含量：

这种混合方法减少了 反弹损失 （钢纤维具有回弹性；PP纤维的回弹性几乎为零），并将材料总成本降低20–30%。.

5. 喷射混凝土施工注意事项

5.1 混合与泵送性

• PP超细纤维在湿喷混凝土混合料中易于分散；可将干混搅拌筒的旋转时间延长90秒
• 对于纤维状产品，请先将其加入拌合水中，以防止结块
• PF-12M 单丝：在密度高达 2.0 kg/m³ 时，泵送性能不会降低

5.2 反弹

聚丙烯纤维相对于钢纤维的一大关键优势：

• PP纤维回弹率： 2–8%（类似于骨料细粒分级）
• 钢纤维回弹率： 15–35%（严重的成本浪费）

5.3 喷嘴距离与压力

• 湿法工艺：喷嘴距基材的距离为 0.8–1.2 米；气压为 5–7 巴
• 如果PP纤维长度≤19毫米且骨料最大粒径≤10毫米，则不会堵塞喷嘴
• 对于 PF-48MC 长纤维，应使用喷嘴直径 ≥ 50 毫米

5.4 层厚

• 在50–300毫米的层厚范围内，PP纤维分布均匀
• 为确保防剥落功能，需采用厚度不小于80毫米、密度≥0.9 kg/m³的PF-12M混凝土保护层

6. 合规与标准

7. 市场应用：聚丙烯纤维喷射混凝土的应用领域

• 地铁隧道（印度、海湾合作委员会）： 德里地铁四期工程、利雅得地铁扩建项目——必须采取防剥落措施
• 水力发电隧道（巴西）： 亚马逊河流域的水电项目；极端地下水环境
• 公路隧道（中东）： 沙特阿拉伯NEOM项目、阿布扎比沿海高速公路隧道
• 矿井顶板支护（印度）： 采用喷射混凝土支护的煤矿、铁矿
• 挡土墙： 明挖回填段、地下停车楼