鋼纖維混凝土的配置與施工

　　摘要：本文結(jié)合一個工程實例廣東某大橋介紹了鋼纖維混凝土的配置和施工。包括鋼纖維混凝土的選材：鋼纖維、水泥、粗骨料、水和外加劑；鋼纖維混凝土的配置：鋼纖維的配合比、水灰比和施工中的配合比的確定；鋼纖維混凝土的施工：供料、拌和、運輸、振搗和澆筑、找平修整、養(yǎng)護以及在施工過程中的質(zhì)量控制。同時本文也指出了纖維混凝土施工對比與普通混凝土施工的優(yōu)點，特別是相對普通混凝土的質(zhì)量的改進。

　　關(guān)鍵詞：鋼纖維，配合比，施工，水灰比，質(zhì)量控制

　　1 引言

　　鋼纖維混凝土簡稱SFRC，是在普通骨料混凝土中均勻摻入一定量短而細的鋼纖維組成的一種復(fù)合材料。它不僅可以增強混凝土的抗拉強度，而且能增強混凝土結(jié)構(gòu)的抗剪強度，提亮其抗裂性能、耐久性，能使臉性混凝土具有較好的延性特征；另外，鋼纖維棍凝上具有較好的能量吸收能力及良好的抗沖擊能力，對結(jié)構(gòu)的抗震性能有極大改善。而且由于鋼纖維在混凝土中均勻且亂向分布，在受載過程中，限制或滯后了混凝土基體的裂縫發(fā)展，使脆性的混凝土變?yōu)榫哂辛己庙g性的水泥基復(fù)合材料，從而使混凝土具有較高抗震、抗裂、抗沖擊性能和韌性，改善混凝土抗拉、抗壓、抗剪和耐磨性能。鋼纖維破一般用于工程的重要部位，其施工質(zhì)量要求高，在施工各環(huán)節(jié)控側(cè)上與普通混凝土既有相同之處也有不同之處。目前鋼纖維混凝土在國內(nèi)主要應(yīng)用于公路路面、橋梁等工程中，在房屋建筑工程中的應(yīng)用僅限于地面、防水屋面、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件等局部位置，該文結(jié)合一些實際工程，對鋼纖維混凝土配制施工作一介紹。

　　2 鋼纖維混凝土配置和施工

　　2.1 工程概況

　　廣東某大橋橋頭為軟弱地基，經(jīng)粉噴樁處理，在橋臺連結(jié)處，路基與橋臺剛度差異較大，預(yù)計路基下沉量比橋臺下沉量要大，設(shè)計采用橋臺與路基連接處設(shè)置搭板枕梁，同時橋面和搭板枕梁采用鋼纖維混凝土，防止橋頭跳車。鋼纖維混凝土設(shè)計強度等級C40，抗折強度7.2MPa，稠度30－50mm，水泥用量不超過450kg/m3。

　　2.2 鋼纖維混凝土的原材料選擇

　　2.2.1 鋼纖維

　　和普通混凝土一樣，鋼纖維在水泥砂漿的凝結(jié)下，局部形成類似鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，形成受力端點，起到增強抗折強度效應(yīng)。鋼纖維力學(xué)性能要求不低于一級碳素鋼的要求；鋼纖維的長度、直徑、表面形狀和長徑比等也影響鋼纖維的抗拔力，太長，影響砼質(zhì)量，太短，起不到增強作用；直徑太細，在拌和過程中易被彎折，太粗，則同體積含量時其增強效果差。根據(jù)已有經(jīng)驗，結(jié)合設(shè)計要求，經(jīng)過多次試驗，大橋用鋼纖維選用揚州揚中化纖廠生產(chǎn)的剪切型鋼纖維，長度3cm，抗拉強度400Mpa，等效直徑0.5mm。

　　2.2.2 水泥

　　選擇水泥主要為防止水泥中氯鹽含量過高腐蝕鋼纖維，優(yōu)先選用硅酸鹽水泥，水泥標號大于425#，質(zhì)量符合(GB175—92)。本工程選用“萬年青”牌普通硅酸鹽水泥。同時，選用了粉煤灰作為水泥的礦物活性材料，也就是外摻料，粉煤灰按國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596—79)檢驗。細骨料砂除了各項技術(shù)指標符合《普通混凝土用砂質(zhì)量標準》(JGJ52—92)外，尚要求不含氯鹽成份，細度模數(shù)范圍2.3～3.0，我們選用福建青口產(chǎn)的淡水河砂，無貝殼，無氯鹽成份，細度模數(shù)3.0，中砂，表觀密度2680kg/m3。

　　2.2.3 粗骨料

　　粗骨料技術(shù)指標除了符合《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準》(JGJ53—92)外，尚要求最大粒徑不超過20mm或鋼纖維長度的2 3。本橋用玄武巖加工成的碎石，最大粒徑20mm，壓碎指標6.8%，表觀密度2730kg/m3。

　　2.2.4 水

　　地表飲用水，pH 值等于7。

　　2.2.5 外加劑

　　選用廣東湛江外加劑廠生產(chǎn)的FDN—100 高效減水劑。

　　2.3 鋼纖維混凝土的配制

　　對鋼纖維混凝土性能影響較大的因素有鋼纖維質(zhì)量、粗骨料的質(zhì)量與粒度、較大的砂率、鋼纖維摻量(Vf%)等，一旦選定鋼纖維、粗骨料，配合比設(shè)計中就應(yīng)特別關(guān)注砂率和鋼纖維摻量。

　　2.3.1 配合比設(shè)計

　　配合比設(shè)計流程圖見圖1：

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　　2.3.2 鋼纖維強度等級確定

　　鋼纖維混凝土特性主要表現(xiàn)在抗折和壓縮韌性上，而抗壓強度方面則由于鋼纖維的取向排列并不顯著，因此，配合比設(shè)計原則是抗壓強度按現(xiàn)行國家標準《混凝土強度檢驗評定標準》進行，抗折強度采用設(shè)計數(shù)據(jù)[3]。

　　2.3.3 水灰比設(shè)計

　　同普通混凝土一樣，鋼纖維混凝土抗壓強度主要由水灰比控制。和普通混凝土不同的是混合料在拌制過程中，由于鋼纖維的存在，容易結(jié)團離析，并且保水性能強，振搗時，沁水嚴重，減少水泥砂漿對鋼纖維的包裹，影響鋼纖維的抗折、抗拉強度和抗裂性及韌性，所以水灰比不能太大；水灰比太小時，水泥增多，混凝土收縮增強，對抗裂不利。水灰比按照下式計算[1]:

　　2.3.5 施工配合比確定

　　按同等級普通混凝土配合比計算材料用量，確定初步配合比；按初步配合比試拌，調(diào)整砂率、單位用水量，確定強度試驗用基準配合比。然后，調(diào)整水灰比和鋼纖維體積率，確定施工配合比[2]。我們選定的施工配合比為水泥:砂:碎石:粉煤灰:鋼纖維:水=1:1.54:2.77:0.01:0.21:0.4，水泥用量420kg/ m3，砂率35.7，坍落度40mm，28d 抗壓強度48.8MPa，抗折強度8.5MPa。

　　2.4 鋼纖維混凝土的施工 [Page]

　　2.4.1 供料

　　各種原材料計量允許誤差為:粗細骨料+3%，鋼纖維、水泥、和外加劑+2%，水+1%，采用自動計量裝置監(jiān)測供料。

　　2.4.2 拌合

　　鋼纖維混凝土拌合采用強制式攪拌機二次投料法拌合，拌合時間經(jīng)試驗比普通混凝土攪拌時間要延長2～3min；鋼纖維采用機械分散加入。

　　2.4.3 運輸

　　鋼纖維混凝土運輸與普通混凝土的運輸要求一樣，為保證混凝土在運輸過程中不產(chǎn)生離析，我們采用自卸車運輸[6]，運距100m，鋼纖維混凝土下落高度1.5m。

　　2.4.4 振搗與澆筑

　　用平板振搗器振搗，當(dāng)混凝土不再下沉，不再出現(xiàn)氣泡，表面開始泛漿時，即不再振搗，避免振動過度，影響鋼纖維的分布，不利于其抗折強度和壓縮韌性。振搗完畢后，表面用滾軸壓平。為保證鋼纖維的分布均勻和鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，避免裂縫出現(xiàn)，大橋橋面和搭板枕梁鋼纖維混凝土按計劃一次澆注完畢。鋼纖維混凝土流動性差，容易堆積、成團。

　　因此對鋼纖維混凝土澆筑應(yīng)采用多個點分散澆筑，禁止從一個方向或側(cè)面向另一方向澆筑。并應(yīng)注意連續(xù)澆注，不宜留施工縫。因為若中斷鋼纖維沿接縫的表面排列起不到增強作用，易產(chǎn)生裂縫。
　　2.4.5 找平修整

　　在鋼纖維混凝土初凝前要找平修整，要求面漿均勻，不顯露鋼纖維。找平用表面帶凸棱的金屬圓筒將振搗后豎起的鋼纖維、石子壓下去，然后用金屬圓筒滾壓平整，待鋼纖維混凝土表面無泌水時用金屬抹刀抹平。混凝土表面收光時，切不可撒水泥。必要時可使用少量干水泥砂灰，按水泥:砂﹦1:15 拌制[5]，并且水泥品種應(yīng)與混凝土的水泥品種相同。要保證混凝土表面平整、密實和光潔。

　　2.4.6 養(yǎng)護

　　鋼纖維混凝土因為鋼纖維的存在，用普通的掃把或布刷對橋面拉毛會破壞鋼纖維的分布均勻，所以橋面拉毛用壓紋器壓出。鋼纖維混凝土的養(yǎng)護和普通混凝土養(yǎng)護一樣，覆膜保濕養(yǎng)護。
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　　2.4.7 質(zhì)最控制

　　2.4.7.1 首先應(yīng)對原材料、塌落度、配合比等進行檢查保證各種材料的質(zhì)量合格，摻量準確。

　　2.4.7.2 在拌制過程中應(yīng)進行投料、塌落度、維勃稠度和鋼纖維體積率及均質(zhì)性的檢查控制。

　　2.4.7.3 還應(yīng)分別進行抗壓強度和抗折強度或抗拉強度等強度試驗，并應(yīng)檢測其內(nèi)部鋼纖維分布（可通過x 射線探測混凝土內(nèi)部），適時留置試件以備檢驗。

　　3 總結(jié)及展望

　　3.1 鋼纖維混凝土比普通混凝土抗壓、抗拉、抗折強度及彎曲韌性的性能都有很大的提高，同時斷裂韌性也較普通混凝土有較大改善。因此摻入鋼纖維的混凝土能充分發(fā)揮鋼纖維的優(yōu)點，相對于普通混凝土較好地改善了各項力學(xué)性能指標。

　　3.2 鋼纖維混凝土施工質(zhì)量，關(guān)鍵是控制好投料順序，攪拌方法和時間。

　　3.3 粗骨料量大粒徑對鋼纖維混凝土的抗彎強度有較大的影響。鋼纖維體積率在1.0%時，其影響較小。當(dāng)達到1.5%以上時則變得十分明顯，其最主要原因是由于鋼纖維混凝土抗彎強度和抗拉強度受到鋼纖維的平均間隔所支配。粗骨料粒徑較大，鋼纖維就不能均勻分散，引起局部混凝土中平均間隔加大，惻然導(dǎo)致抗彎強度降低[4]。

　　3.4 從鋼纖維混凝土的破壞試驗中發(fā)現(xiàn)鋼纖維不是被拉斷，而是被拔出。因此鋼纖維與混凝土的結(jié)合還有很大的潛力。如果適當(dāng)增加相互間的磨阻力和凝結(jié)力或增加鋼纖維含量，還可研制出更高強度的鋼纖維混凝土。從而為發(fā)展高強纖維混凝土的提供了一個有效途徑。

　　參考文獻

　　[1]鋼纖維砼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程（CECS38:92）[S]. 中國建筑工業(yè)出版社.1992.

　　[2]王璋水.鋼纖維混凝土抗剪強度及配合比設(shè)計.纖維混凝土的研究與應(yīng)用 [J].1992.

　　[3]鋼纖維砼試驗方法（CECS13:89）[S].1989.

　　[4]賈繼才.密筋梁鋼纖維混凝土施工質(zhì)量控制.工程質(zhì)量 [J].1999.

　　[5]嚴炯華.鋼纖維混凝土施工要點.廣州建筑 [J] 2002，（6）.

　　[6]王一飛等.鋼纖維混凝土與泵送技術(shù) [J].建筑技術(shù)2003,(1).