纤维混凝土是近年来迅速发展的一种新兴工程材料,该材料能有效抑制混凝土裂缝的产生,提高混凝土的耐久性,有效改善混凝土的力学性能。将混杂纤维混凝土应用于城市地铁工程,需要对其服役性能进行研究。服役性能包括安全性能和耐久性能两个方面。本文针对纤维素纤维(CTF-960)、聚乙烯醇纤维(PF-2000)和微筋纤维(VS-3000)三种纤维的自身特点及地铁盾构隧道环境对混凝土性能的需求,进行了以下方面的研究:1.根据《纤维混凝土试验方法标准》进行轴心抗压试验和残余弯拉强度试验,研究不同纤维类型、不同纤维掺量以及不同纤维混杂方式,对混凝土轴心抗压强度和残余弯拉强度的影响。试验结果表明:对于混凝土轴心抗压试验,CTF纤维起明显的正向影响,PF纤维则明显减小轴心抗压强度,VS纤维对轴心抗压强度的影响不明显。对于残余弯拉强度试验,CTF纤维和PF纤维的掺入无法提高混凝土的韧性,但CTF纤维能提高初裂强度,PF纤维则会降低初裂强度。VS纤维能显著提高混凝土韧性,使得混凝土开裂后仍具有一定的承载能力。2.对不同纤维类型、不同纤维掺量以及不同纤维混杂方式下的混杂纤维混凝土抗碳化性能和抗氯离子渗透能力进行了试验研究。试验结果表明:对于碳化试验,CTF和PF纤维能有效减小混凝土在各个龄期的碳化深度。而VS纤维的作用与掺量有关,当VS纤维掺量为2.0 kg/m~3时,对碳化深度无明显影响;当VS纤维掺量为3.5、4.5kg/m~3时,混凝土碳化深度显著减小。当CTF和PF纤维双掺时,出现纤维正混杂效应,碳化深度进一步减小。对于电通量试验,CTF纤维能有效降低电通量,且随CTF纤维掺量的增加,电通量随之减小。随着PF纤维掺量的增大,混凝土电通量呈先增大、后减小最后再增大的趋势。VS纤维总体上能降低混凝土电通量。当混杂掺入CTF纤维和PF纤维时,出现纤维正混杂效应,电通量进一步降低。3.基于轴心抗压试验和残余弯拉强度试验结果,从承载能力极限状态和正常使用极限状态两个方面,对钢筋混杂纤维混凝土应用于地铁盾构隧道中的安全性进行了研究。参考Model Code 2010,考虑VS纤维对混凝土裂后承载力的贡献,利用试验所得的残余弯拉强度,求得不同掺量混杂纤维混凝土在正截面计算中的抗拉强度,建立了钢筋混杂纤维混凝土管片承载能力极限状态的计算简图和相应的承载力公式。结合工程实例进行计算,求出了不同掺量混杂纤维混凝土管片在承载能力极限状态下的最大承载力。参考《纤维混凝土结构技术规程》,引入混杂纤维对裂缝宽度的影响系数,并根据残余弯强度试验结果求得了相应的系数,最后计算出钢筋混杂纤维混凝土管片在正常使用极限状态下的最大裂缝宽度。综合最大承载力和最大裂缝宽度的计算结果,混杂纤维混凝土在地铁盾构隧道中服役的安全性最优掺量为VS4.5。4.基于混凝土碳化试验和抗氯离子渗透试验结果,分别对钢筋混杂纤维混凝土管片在碳化环境和氯盐环境下的耐久性进行了研究。基于Fick第一、第二定律,分别建立了在碳化和氯盐环境下的耐久性评价模型。将碳化试验结果代入碳化深度模型,求解出不同工况下混杂纤维混凝土的二氧化碳扩散系数、单位体积混凝土二氧化碳吸收量。结合工程实际和可靠度理论,对碳化环境下的耐久性进行了评价。利用电通量试验结果,求出不同掺量的混杂纤维混凝土的氯离子扩散系数,代入氯离子扩散模型中,结合工程实际和可靠度理论,对氯盐环境下的耐久性进行了评价。综合碳化环境和氯盐环境的耐久性评价结果,钢筋混杂纤维混凝土管片的服役寿命由氯盐环境控制,相应的耐久性最优掺量为VS4.5。