聂红宾　谭平

基金项目：陕西铁路工程职业技术学院教改课题（2018JG-28）陕西铁路工程职业技术学院科研课题（2014-44）。

渭南作为一个农业城市，在临渭区、大荔、富平，合阳等阳光充足、温度适宜的黄河流域地区种植棉花[1]，纺织工业曾经一度发达[2]，产生了大量的工业废水及织物纤维废丝，由于纺织技术落后，废物处理不当，对环境危害较大[3]，越来越多的纺织企业面临倒闭或者转为纺纱企业，最终沦为南方服装丝织品经济发达省份的原料供应商，为南方服装企业提供价格低廉的棉绒原料（这种棉绒原料生产也会产生纤维，但一般小作坊较隐蔽，污染很难查处），直接制约着我市棉花产业及纺织企业的壮大发展。而南方企业将棉绒服装织物再以高价倾售到西安、渭南等我省主要城市，以获得高额利润，这种利润模式对直接制约着我市、乃至我省的经济发展，同时废弃的衣物纤维对环境造成了二次污染。[4]

本着振兴我市棉花产业链、变废为宝，依托中煤科工集团西安煤炭研究院、西安科技大学的科研优势及全国纤维合成中心（浙江富阳特种材料研究所）产业优势，将棉花及纺织工业废料、废弃衣物废料加塑脂固化，形成再生化纤纤维，再经过提炼得到混杂碳纤维废丝，将碳纤维废丝加入到混凝土最终得到碳纤维废丝增强混凝土（waste carbon fiber reinforced concrete，简称：W-CFRC）。这种纤维与传统碳纤维相比，纤维长短不一、离散度大、长径比复杂，具有强度高、抗裂性强、抗冻抗渗耐高温等优点，且受力各向异性小。[5]与钢纤维、聚丙烯、玄武等纤维从力学性能、耐久性等方面相比较，高应力潮湿环境下钢纤维在混凝土中易生锈，耐久性差，严重影响混凝土受力性能[6-7];聚丙烯易老化[8]，玄武纤维硬而脆。因此，碳纤维废丝应用于隧道初期支护中喷射混凝土用于抵抗极低温、盐类腐蚀成为可能。

川藏铁路作为我国《十三五规划》重点项目的重要组成部分，李克强总理在考察时强调：川藏铁路对西藏的发展建设和生态保护意义重大，不仅是西藏人民的期盼，也是全国人民的心愿。川藏铁路对于提高西藏综合交通运输能力，推动西藏经济社会跨越式发展，增强民族团结，逐步完善进出西藏铁路通道，改善区域铁路路网布局，加快西藏改革开放步伐，加快西藏经济发展，提高沿线各族人民生活水平意义重大。[9]

川藏铁路线路从成都经雅安、林芝、山南到拉萨，依次穿越二郎山、沙鲁里山、芒康山、他念他翁山、色季拉山等8座高山，经过大渡河、金沙江、澜沧江、怒江、易贡藏布江、雅鲁藏布江等7大江河，全线建筑长度1 742.39 km，全线隧道共计198座，总长1223.451 km，占线路总长的70.2%[10];隧道面临的工程难题主要有高地应力岩爆、高地温和活动断裂、极低温季节性冻融土层以及以硫酸盐为主的地下水侵蚀[11]。高地温、季节低温的水-盐冻融耦合环境称为极温环境。

将工业废料（碳纤维废丝）掺入川藏铁路隧道喷射混凝土初期支护中，形成了一种塑性和韧性好、承载力高、施工方便的一种新型柔性支护模式-碳纤维废丝与大流动性的混凝土形成组合结构，用来抵抗川藏铁路隧道中极温环境（极低温冻融及硫酸盐冻耦合）作用对隧道进出口初期支护带来的影响。利用试验、理论计算及有限元模拟的方法，研究川藏铁路中碳纤维废丝喷射混凝土初期支护在-18℃至-40℃的冻融环境下地下水、硫酸盐冻耦合侵蚀环境下碳纤维废丝混凝土最佳理论掺量，确保隧道结构安全。

对于川藏铁路这种世界级工程而言，将碳纤维废丝应用于隧道出入口喷射混凝土中抵抗冻融产生的拉力，主要存在以下问题：

川藏铁路隧道占比70.2%，工程量巨大;极低温季节性冻融土层厚1.7米，隧道内围岩地温高达87℃，隧道进出口位置形成巨大的温度差（这种温度称为川藏极温环境），严重损伤隧道衬砌混凝土结构，同时活动地裂缝多，地下水丰富，部分有侵蚀，主要以硫酸盐为主，工程难度大。

川藏线处于极低温季节性冻融土层，外界温度平均可达到-40℃，地温最高可达87℃，喷射混凝土处于内高外低的极温环境中。目前，研究混凝土冻融最低温度是依据《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008规定，规范要求-18℃±2℃，因此，对-40℃超低温下混凝土早期强度研究较少。

我省作为棉花、丝麻大省，纺织企业现在仅仅能为南方服装提供棉纱原料，而我省又作为南方棉绒服装倾销市场，同时棉绒纤维、废旧衣物化纤都严重污染环境，将废料制作的纤维应用到喷射混凝土，力学性能有待研究。

以硫酸盐为冻融液的混凝土冻融损伤有一定的研究，但是对于损伤强度模型研究较少、温度限制有限，不适用川藏铁路工程应用。

传统的碳纤维混凝土作为隧道喷射混凝土一种材料，喷射时易结团，施工时会造成堵管，施工不便。

参考文献

[1]张永红.气候变化对陕西省棉花生产的影响[ D].南京气象学院，2003.

[2]劉鹏. 延续与革新：民国时期关中手工棉纺织业研究[D].陕西师范大学，2017.

[3]张辰，荆慧娟等.不同栽培措施对棉花产量及纤维品质的影响[ J].中国棉花，2019，46（06）：23-27