淺談纖維混凝土的質量控制

繆 菁

（山西省交通建設工程監理總公司，山西 太原 030012）

0 引言

混凝土由于是一種多相復合材料，受各組成材料性質的差異以及施工和養護等方面的影響，導致普通混凝土存在如構件自重大、易塑性干縮開裂、抗疲勞性差、韌性差、抗拉強度低（一般僅為抗壓強度的7%～14%）、抗沖擊性差等缺陷，隨著我國基礎設施建設的飛速發展和建筑工程技術的不斷革新，公路、鐵路、房建、市政、水利等建設項目都對混凝土的性能提出了更高的要求（高性能化和高功能化），這些缺陷極大地限制了其在工程中的使用范圍。

上述缺陷是本質性的，不可能通過本身材質的改良來解決，只有采取“復合化”的技術途徑，而纖維混凝土由于纖維和混凝土的共同作用，其顯著改善了混凝土的力學性能和耐久性能。近年來，我國開始逐步應用纖維混凝土這種新技術來解決工程中日益發生的許多新問題。本文將對纖維混凝土的質量控制談一些看法。

1 纖維混凝土概述

纖維混凝土是纖維增強混凝土的簡稱，是一種以傳統素混凝土為基體開發出來的新型復合材料，它是將短而細、具有抗拉強度高、極限延伸率大、抗堿性好等良好性能的纖維均勻地分散在混凝土基體中形成的一種新型建筑材料。在纖維混凝土中纖維主要起到阻裂、增強以及增韌等3個方面的作用。一般來說，纖維在混凝土中限制了混凝土早期裂縫的產生以及在外力作用下裂縫的進一步擴展。在纖維混凝土受力初期，纖維與混凝土共同受力，此時混凝土是外力的主要承擔者，隨著外力的不斷增加或者外力持續一定時間，當裂縫擴展到一定程度之后，纖維成為外力的主要承擔者，橫跨裂縫的纖維極大地限制了混凝土裂縫的進一步擴展。因此，纖維混凝土有效地克服了普通混凝土抗拉強度低、易開裂、抗疲勞性能差等固有缺陷[1]。

與普通混凝土相比，FRC具有較高的抗拉、抗彎拉、抗沖擊、抗裂、抗爆和韌性、延性等性能，同時對混凝土的抗滲、防水、抗凍、護筋性等性能也有較大的貢獻。

常用的纖維混凝土主要有鋼纖維混凝土和合成纖維混凝土。鋼纖維混凝土適用于對抗拉、抗剪、彎拉強度和抗裂、抗沖擊、抗疲勞、抗震、抗爆等性能要求較高的工程或局部部位；合成纖維混凝土適用于非結構性裂縫控制，以及對彎曲韌性和抗沖擊性能有一定要求的工程或其局部部位[2]。

2 原材料和配合比質量控制

2.1 原材料

纖維混凝土的原材料應通過優選確定，并嚴格對原材料的各項性能指標進行試驗檢驗，嚴把質量關，剔除掉不合格因素。

a）鋼纖維可采用碳鋼纖維、低合金鋼纖維或不銹鋼纖維等，鋼纖維的形狀可為平直形或異形，其種類、規格、質量應符合設計要求。

b）合成纖維可采用聚丙烯晴纖維、聚丙烯纖維、聚酰胺纖維或聚乙烯醇纖維等，合成纖維可為單絲纖維、束狀纖維、膜裂纖維和粗纖維等，合成纖維應為無毒材料，其種類、規格、質量應符合設計要求。

c）鋼纖維混凝土宜采用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥。

d）宜采用5～25 mm連續級配的粗集料以及級配Ⅱ區中砂。鋼纖維混凝土宜選用質地堅硬、級配良好的河砂，不得使用海砂；粗集料應選用質地堅硬、級配良好的石灰巖、花崗巖、輝綠巖等碎石或碎卵石，最大粒徑不宜大于鋼纖維長度的2/3，鋼纖維噴射混凝土的集料最大粒徑不宜大于10 mm，粗集料顆粒中針、片狀顆粒含量不宜大于5%。

e）宜選用高效減水劑，對抗凍性有要求時宜選用引氣型減水劑或同時加引氣劑和減水劑；鋼纖維噴射混凝土宜采用低堿速凝劑。

f）原材料的其他技術要求大致與普通混凝土相同，應滿足現行國家及行業標準中相關規定。

2.2 配合比

纖維混凝土的配合比設計應按《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55—2011）標準進行，并應分別滿足以下要求。

2.2.1 鋼纖維混凝土

鋼纖維混凝土配制應符合下列規定：

a）強度等級不應低于CF20，并應滿足結構設計對強度等級和抗拉強度（或彎拉強度、彎曲韌度比）的要求。

b）鋼纖維體積率應根據設計要求確定，且不應小于0.35%；對高強度（抗拉強度不低于1 000 MPa）的異形鋼纖維不應小于0.25%；鋼纖維預應力混凝土中鋼纖維用量宜為（80±5）kg/m3。

c）水膠比不宜大于0.50，對耐久性有要求的不得大于0.45，水泥用量（或膠凝材料總用量）不宜小于360 kg/m3。

d）稠度可參照同類工程對普通混凝土所要求的稠度確定，其坍落度值可比相應普通混凝土要求值小20 mm，其維勃稠度值與相應的普通混凝土要求值相同。

2.2.2 合成纖維混凝土

合成纖維混凝土配制應符合下列規定：

a）合成纖維混凝土試配時，可不考慮纖維對混凝土抗壓強度的影響，按同條件的普通混凝土根據有關規范的規定確定配合比。

b）合成纖維的體積率宜為0.05%～0.3%的范圍內選取，也可根據工程要求通過試驗和已有工程經驗確定摻量，對于橋梁混凝土橋面防水層結構中的保護層纖維混凝土，如設計無規定時，聚丙烯纖維的摻量宜為1.8 kg/m3，聚丙烯晴纖維的摻量宜為1.0 kg/m3。

c）合成纖維混凝土的坍落度可比普通混凝土相應要求降低，當坍落度不滿足要求時，可通過改變外加劑摻量或在保持水膠比不變的條件下適當增加用水量來調整。

根據以上理論和規定，先后應用于忻保高速公路、太佳高速公路及和榆高速公路的橋面鋪裝，所用水泥為普通硅酸鹽52.5級水泥；鋼纖維采用河北衡水橋閘有限公司鋼纖維、上海貝卡爾特一二鋼有限公司鋼纖維、太原福乾物貿有限公司鋼纖維；外加劑主要為山西黃河新型化工高效減水劑、北京中建宏業科技有限公司減水劑。部分試驗結果見表1。

表1 每立方米混凝土各材料單位用量 kg

3 施工質量控制

3.1 攪拌

a）應采用強制式攪拌機攪拌，并應配備纖維專用計量和投料設備；投料次序和方法應以攪拌過程中纖維不產生結團，在拌合物中分散均勻，不因攪拌機超負荷而停止運轉，出料口不堵塞為原則，宜先將纖維和粗、細集料投入攪拌機干拌，然后再加水泥、礦物摻合料、水和外加劑進行攪拌。

b）攪拌時間應通過現場攪拌試驗確定，并應比普通混凝土規定的攪拌時間適當延長1～2 min，采用先干拌后濕拌的攪拌方法時，干拌時間不宜小于1.5 min。

3.2 運輸、澆筑

a）應盡量縮短混凝土的運輸時間，運輸過程中應避免拌合物產生離析。

b）鋼纖維混凝土的澆筑方法應保證鋼纖維的分布均勻性和結構的連續性；用于泵送鋼纖維混凝土的泵的功率，應比泵送普通混凝土的泵的功率大20%；鋼纖維噴射混凝土宜采用濕噴工藝。

c）拌合物澆筑傾落的自由高度不應超過1.5 m。當傾落高度大于1.5 m時，應加串筒、斜槽、溜管等輔助工具。澆筑應保證纖維分布的均勻性和結構的連續性，在澆筑過程中不得加水。

d）應采用機械振搗，不得采用人工插搗，在保證其振搗密實的同時，應避免分層和離析。

e）鋼纖維混凝土的澆筑應避免鋼纖維露出混凝土表面。對于豎向結構，宜將模板角修成圓角，可采用模板附著式振動器進行振動；對于上表面積較大的平面結構，宜采用平板式振搗器進行振搗，再用表面帶凸棱的金屬圓輥將豎起的鋼纖維壓下，然后用金屬圓輥將表面滾壓平整，待鋼纖維混凝土表面無泌水時，可用金屬抹刀抹平，經修整的表面不得裸露鋼纖維。

f）當采用三輥軸機組鋪筑鋼纖維混凝土路面時，應在三輥軸機前方使用表面帶凸棱的金屬圓輥將鋼纖維壓下，再用三輥軸機整平施工；當采用滑模攤鋪機鋪筑鋼纖維混凝土路面時，應在擠壓底板前方配備機械夯實桿裝置，將鋼纖維和大顆粒集料壓下。

3.3 養護

a）混凝土澆筑成型后，應及時用塑料薄膜等覆蓋和養護，可采用與普通混凝土相同的養護方法。

b）預應力鋼纖維混凝土軌枕的成型、振搗與養護，除應符合同條件混凝土軌枕的工藝要求外，尚應滿足下列要求：

（a）普振時間應為3 min，加壓振動時間應為2 min；

（b）蒸汽養護溫度為（60±3）℃。