隧道“鐵布衫”——防爆噴射混凝土

  近日，布魯塞爾機場與地鐵發(fā)生了恐怖襲擊，引起了人們的廣泛關注。隨著全球各地對恐怖襲擊的防范級別提高，隧道內(nèi)的反恐安全問題亦是刻不容緩。

 比利時反恐士兵在首都布魯塞爾地鐵站執(zhí)勤

  針對隧道安全問題，一個來自德國隧道掘進與管理研究所的團隊在研究“防爆”噴射混凝土方面進行了研究。該團隊來自波鴻大學，此前在德國聯(lián)邦教育與研究部的資助下，已經(jīng)進行了多項隧道安全研究。

研究團隊

  長久以來，在炸彈的威脅面前，工程師們正在尋求方法，使隧道與橋梁的結(jié)構(gòu)盡可能穩(wěn)定。部分特殊材建筑材料——例如可以吸收部分爆炸沖擊的的高性能混凝土已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于其制造原理，只能以平板的形狀生產(chǎn)，在隧道內(nèi)出現(xiàn)復雜的幾何形狀時難以發(fā)揮作用。

傳統(tǒng)混凝土防爆墻

  因此，研究團隊認為，解決這一問題的方法是研發(fā)一種全新的噴射混凝土。為了做到這一點，他們將目前可接受的最大濃度70千克/立方米的噴射混凝土的濃度提高了一倍，達到140千克/立方米。

這種新型噴漿極大提高了合成纖維的含量

  需要高度固化的混凝土就需要填充盡可能多的鋼纖維，但是纖維會使整個混凝土變得僵硬，無法使用軟管泵送并噴射至隧道壁上，因此在過去，70千克/立方米的濃度被認為已經(jīng)是極限，但是在7年半的研究后，該研究團隊終于突破了限制。  

隧道內(nèi)噴漿

  如何突破限制？

  研究團隊在混凝土混合物中充入了20%的氣泡。這些氣泡在混凝土中產(chǎn)生了類似滾珠軸承的效應，使得合成纖維在混凝土中順著氣泡邊緣前進，這樣就使得該混凝土在如此高的纖維含量下仍然可以通過軟管與噴嘴進行運送與噴射。

  噴射過程中，為了不讓混凝土在到達規(guī)定厚度時從隧道壁上滑落，噴射至隧道壁上時加入了固化加速劑，并加入除泡劑，以防止氣泡影響其強度。實驗表明，除泡劑可以瞬間生效，在不到一秒鐘的時間內(nèi)去除混凝土內(nèi)的空氣。

  該混凝土的性能也在德國隧道掘進與管理研究所建筑材料技術研究所共同運營的混凝土試驗臺上進行了驗證，將這種厚度為幾厘米的噴射混凝土應用到傳統(tǒng)混凝土上，并且進行了爆炸實驗。

爆炸實驗

  爆炸實驗的結(jié)果顯示，使用新型噴漿處理后的混凝土板在受到爆炸沖擊后保持了60%的承載能力，而未處理的對照組混凝土板的承載能力只有20%。

混凝土中的合成纖維

  出于成本原因，這樣的噴射混凝土或許無法在整條隧道內(nèi)使用，但是這樣的防爆混凝土可以使用在隧道內(nèi)容易遭受攻擊或者較為脆弱的關鍵部位，不失為保護隧道安全的好方法！