補償收縮鋼纖維混凝土用于加固工程的研究現狀與發展

薛學濤 崔朋勃

河南省建筑科學研究院有限公司（450053）

0 前言

在工程加固施工中，經常會遇到二階段成型的混凝土疊合構件，由于新舊混凝土不能有效的協同工作、混凝土的干縮常常導致加固構件裂縫的產生等問題，使得加固工程達不到理想的效果，經濟效益和社會效益都受到很大的影響。考慮在混凝土中同時加入膨脹劑和鋼纖維,配制出協調性能較好、長期性能穩定的具有防水和抗裂功能的補償收縮鋼纖維混凝土，用于解決混凝土補強加固工程中疊合構件的關鍵技術問題有著重要的意義，其應用前景非常廣闊。

1 補償收縮混凝土

補償收縮混凝土是指由膨脹劑或膨脹水泥配制的自應力為0.2～0.7MPa的混凝土[1]。補償收縮混凝土在限制條件下,在混凝土中建立一定的預應力，改善了混凝土的內部應力狀態，抑制或減少了裂縫的出現，吳中偉院士稱之為“少裂或不裂混凝土”。

趙順增、游寶坤等[2]系統研究了補償收縮混凝土在硬化前后的基本性能。結果表明，無論摻何種膨脹劑，都會使混凝土的凝結時間提前。宋春香[3]研究了補償收縮混凝土的渠道防滲工程中的應用，結果表明，粉煤灰摻量對混凝土膨脹率的影響比較顯著。樊華、汪慶玲研究了微膨脹噴射混凝土在結構加固中的應用，結果表明，一定量的膨脹劑加入混凝土中不但可以抵消混凝土收縮和徐變的影響，而且可以使新舊兩部分混凝土協同工作，提高了加固的質量。

目前補償收縮混凝土依然存在著許多問題，比如需要較長時間的水養護和較好的約束條件等，這些都需要在工程實踐中進一步的研究。

2 鋼纖維混凝土

纖維增強混凝土，是當代迅速發展的新興復合建筑材料之一，是發展最快、應用最廣的是鋼纖維混凝土[4]。

鋼纖維混凝土是用一定量亂向分布的鋼纖維增強的以水泥為粘結料的混凝土，屬于一種新型的復合材料。20世紀70年代瑞典將Ekebro纖維噴射混凝土技術應用于巖石穩定和結構加固工程中。日本也在隧道中使用鋼纖維混凝土支護和修補不良地層和圍巖[4]。

近年來，鋼纖維混凝土在加固工程中的應用也比較普遍，與鋼板和碳纖維不同的是，鋼纖維混凝土的抗拉強度、溫度線膨脹系數和剛度等均與被加固的混凝土材料相接近，能夠更好的粘結，協調一致共同受力。合肥工業大學陳送財[5]在分析佛子嶺水庫大壩存在問題的基礎上,通過對大壩的兩端拱、墻垛原結構設計的分析，提出多種加固方案，對方案進行技術與經濟比較，最后采用噴射鋼纖維混凝土對大壩壩面、垛內局部進行加固處理。

3 補償收縮鋼纖維混凝土

3.1 研究現狀

近年來，許多學者對鋼纖維和膨脹劑兩種材料的復合使用做了大量的研究。

李國新[6]等對膨脹劑與鋼纖維協同增強輕骨料混凝土進行了研究，實驗表明:摻入膨脹劑后，混凝土基體會產生一定量的膨脹，而帶模養護和鋼纖維的摻入約束了這種膨脹,致使混凝土更加密實，使水泥石與粗骨料界面、鋼纖維與基體界面的強度都可能得到增強，因此表現出明顯的協同增強效果。

羅成立等[7]對膨脹劑和鋼纖維不同的摻量進行了對比試驗研究。結果表明，雙摻法補償收縮鋼纖維混凝土的抗壓、抗折、劈裂抗拉強度及抗滲、抗收縮能力有了顯著的提高，達到了1+1＞2的效果。

崔朋勃[8]研究表明，相比素混凝土，噴射補償收縮鋼纖維混凝土養護28 d后的劈裂抗拉強度最大可提高53.2%，鋼纖維和膨脹劑對混凝土的聯合增強效果依次為∶劈裂抗拉強度、抗折強度和抗壓強度。

3.2 在加固工程中的應用

河南信陽某六層框架結構,已建成近六年，目前一、二層已投入使用，三層及以上正處于裝修階段，裝修時發現第三層現澆板有比較明顯的顫抖現象，委托相關檢測機構對該建筑進行鑒定性檢測。

現場調查發現，第三層頂樓板上部（第四層）堆放大量裝修材料,樓板有十分明顯的顫抖現象，現樓板最大撓度為24mm，檢測該現澆板板底受力鋼筋間距滿足設計要求，未見樓板開裂。但現澆板厚度嚴重不滿足設計要求，設計為130mm厚的現澆板，平均板厚在90mm左右，樓板跨高比較大致使樓板剛度不足，導致樓板受到活荷載時有明顯的顫抖現象。另外，由于樓板厚度不足，而板上又放置大量的裝修材料，使得樓板下撓變形。

加固設計時,考慮在原有現澆板的基礎上，上部復澆一疊合層，使得樓板厚度滿足設計及承載力要求?；炷翝仓?，現澆板為二階段成型的水平疊合受彎構件,疊合受彎構件的難點是協同工作問題，施工中容易出現“兩層皮”的狀況，因此，可在澆筑疊合層的混凝土中加入適量的鋼纖維和膨脹劑，一方面抵消混凝土收縮和徐變的影響，另一方面可以為膨脹提供可靠的三維約束，使新舊兩部分混凝土協同工作，有效提高加固的質量。

3.3 研究意義

加固質量是一個加固工程能否達到預期目的的關鍵所在。目前，工程中常見的加固材料是混凝土、碳纖維布和鋼板。對于混凝土構件截面不滿足設計要求、剛度不足的情況，常常采用混凝土進行二次澆注，采用混凝土對構件或結構進行加固的難點在于新舊混凝土的有效結合、協同工作；尋求一種速凝、快硬、早強、高強、抗滲防裂、提高混凝土的和易性、增加粘著力和新舊混凝土協同工作等性能于一體的復合混凝土加固材料，是提高和發展混凝土加固技術的重要途徑。

二次成型的疊合式構件，主要存在于二次受力的情況，其極限承載力不是簡單的與整體構件極限承載力相當，只有新舊混凝土有效粘結、協同受力，才能達到理想的效果。將補償收縮鋼纖維混凝土用于加固工程中，充分利用鋼纖維在混凝土中的三維亂向分布，給混凝土提供均勻的內部約束，更好地發揮膨脹劑的性能；膨脹劑的反應物能夠填充鋼纖維周圍的孔隙,增加了鋼纖維與混凝土的粘結力，有利于改善結構的性能。鋼纖維和膨脹劑的復合使用，能夠相互取長補短，更好地發揮各自的優勢。

4 結語

補償收縮鋼纖維混凝土在加固工程中的應用是一種新技術的實施和新材料的應用。加固工程中，一方面抵消混凝土收縮和徐變的影響，另一方面為膨脹提供可靠地三維約束，使新舊兩部分混凝土協同工作，有效提高混凝土加固工程的質量。目前這方面的研究還比較少，且不夠深入和系統。因此，深入開展補償收縮鋼纖維混凝土在加固工程中的技術研究，以便更好地應用于工程實踐有著重要的意義。

[1]JGJ/T 178—2009,補償收縮混凝土應用技術規程[S].

[2]趙順增,游寶坤.補償收縮混凝土應用技術規程實施指南[M].北京:中國建筑工業出版社,2009.

[3]宋春香.補償收縮混凝土在渠道防滲工程中的應用[D].咸陽:西北農林科技大學,2007.

[4]程慶國,高路彬.鋼纖維混凝土理論及應用[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[5]陳送財.鋼纖維混凝土在佛子嶺水庫大壩加固（設計）中的應用[D].合肥:合肥工業大學,2005.

[6]李國新,李勤,楊俊芬,等.膨脹劑與鋼纖維協同增強高強輕骨料混凝土研究[J].混凝土,2006(5):35～37.

[7]羅成立,王碩太,崔浩.補償收縮鋼纖維混凝土試驗研究[J].四川建筑科學研究,2008,34(6):168～170.

[8]崔朋勃,馬芹永.膨脹劑對噴射補償收縮鋼纖維混凝土力學性能的影響[J].混凝土與水泥制品,2010(5):45～47.