鋼纖維高性能混凝土施工技術的研究

詹寶松（廣東省基礎工程集團有限公司）

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鋼纖維高性能混凝土施工技術的研究

詹寶松
（廣東省基礎工程集團有限公司）

【摘要】鋼纖維混凝土能夠充分滿足工程所要求的高拉應力、復雜受力、抗裂、增強和增韌等性能要求，因而具有良好的社會效益、經濟效益和廣闊的應用前景。但摻入鋼纖維后，混凝土易干澀、坍落度損失大，澆筑容易分層，既給施工帶來了極大的困擾，又影響結構質量。本文結合工程應用的例子，介紹鋼纖維混凝土“三次投料離散攪拌法”的方法，有效地解決了鋼纖維混凝土在生產和施工過程中的問題。

【關鍵詞】鋼纖維；高性能混凝土；工程應用

1　前言

纖維混凝土又稱纖維增強混凝土，是以普通混凝土作為基材，以非連續的短纖維或連續的長纖維作為增強材料，均勻地摻合在混凝土中而形成的一種新型水泥基復合材料的總稱。

與普通混凝土相比，加入一定量的鋼纖維后，不僅可以提高混凝土的抗拉強度、抗折強度和韌性，而且能夠明顯地提高混凝土的抗裂性能、抗收縮性能、極限拉應變、抗沖擊等性能［1～7］。在使用過程中，鋼纖維混凝土因為能夠充分滿足工程所要求的高拉應力、復雜受力、抗裂、增強和增韌等普通混凝土難以達到的受力性能要求，因而具有良好的社會效益、經濟效益和廣闊的應用前景。

雖然鋼纖維混凝土比普通混凝土在力學性能方面更優越，但是已有的研究表明，鋼纖維的摻入會使混凝土的流動性能變差［8］。由于鋼纖維在攪拌的過程中易結團而造成分布不均勻，從而影響鋼纖維混凝土的質量；同時摻入鋼纖維后，混凝土易干澀、坍落度損失大導致混凝土和易性差，澆筑容易分層，從而給施工帶來很大的麻煩。這是鋼纖維混凝土在實際應用中存在的普遍問題，既給施工帶來了極大的困擾，又會影響結構質量，極大地阻礙了鋼纖維混凝土的應用與推廣。

本文針對鋼纖維高性能混凝土在施工過程中容易結團的問題，結合工程應用實踐，解決鋼纖維高性能混凝土在施工中的問題。

2　原材料與實驗方法

2.1原材料

⑴水泥

選用清遠市英德海螺有限公司生產的P.O42.5R水泥，主要性能指標見表1。

表1　水泥物理性能

⑵粉煤灰

選用黃埔電廠的煤灰，其主要性能指標見表2。

表2　粉煤灰的性能指標

⑶減水劑

選用強達QC聚羧酸型高性能外加劑，其物理性能見表3。

表3　減水劑的物理性能

⑷細骨料

選用西江河砂，其物理性能見表4。

表4　砂的物理性能

⑸攪拌水

使用飲用自來水，符合國家現行標準《混凝土拌和用水標準》（JGJ 63）的要求。

⑹鋼纖維

根據初步實驗結果，所選鋼纖維的主要性能指標見表5。

表5　鋼纖維性能指標

2.2試驗方法

本試驗采用一種離析率的檢測指標，對鋼纖維進行勻質性檢測與評價，相應檢測儀器為自行研制的離析率試驗儀器，已獲得實用新型專利授權，原理圖詳見圖1，實物圖詳見圖2。試驗時混凝土拌合物裝入鋼模，經插搗、刮平，擦干鋼模表面，稱取鋼模和混凝土總重，然后在鋼模底部放入一根直徑為20mm的鐵棒，左右各振25次，完成后，分別取出上、下層拌合物，用水沖刷干凈水泥砂漿，分出拌合物中的鋼纖維，烘至面干后，分別測量上下層拌合物中鋼纖維的質量。

圖1　離析率試驗儀示意圖

圖2　離析率試驗儀實物圖

勻質性采用混凝土中鋼纖維離析率來表示，其中鋼纖維離析率為上下兩層鋼纖維的質量之比。計算式為：

式中：m1、m2分別為鋼模內上、下兩層拌合物內鋼纖維的質量。

離析率值越接近1，表示拌合物的勻質性越好，拌合物的抗分層、抗離析性能越強。

3　鋼纖維混凝土的配合比

經過大量的試配試驗，確定的混凝土配合比見表6。

表6　鋼纖維混凝土配合比

4　鋼纖維混凝土的生產與施工

由于鋼纖維在攪拌過程中易結團，使得拌合物中鋼纖維分布不均勻，形成局部聚集。為了使鋼纖維在混凝土中分散均勻，采用“三次投料離散攪拌法”進行生產，即先將鋼纖維和石子干拌1min，再將砂、水和膠凝材料加入再干拌1min，最后將外加劑和部分水注入攪拌2min，總攪拌時間控制在5min以內，且每次的攪拌量宜在攪拌機公稱容量的1/3以下。

生產后，試驗員對每一車鋼纖維混凝土進行出廠檢驗，包括：坍落度檢測以及坍落度1h坍損記錄、鋼纖維混凝土離析率檢測、留樣試塊制作等，保證出廠的鋼纖維混凝土各項性能均達標。

每次澆筑鋼纖維混凝土時，試驗室派技術人員到現場對混凝土質量進行跟蹤，到現場人員應記錄好混凝土的運輸、等待用卸料時間，并且記錄好到場混凝土的坍落度、鋼纖維離析率等。如遇到異常情況，應及時與攪拌站聯系，根據情況由試驗室對混凝土進行調整。

經多次實驗檢驗，“三次投料離散攪拌法”的運用，大大提高了鋼纖維混凝土的均勻度。鋼纖維混凝土出廠和現場性能對比見表7。

表7　鋼纖維混凝土的性能

5　工程應用

新洲至化龍快速路工程，由中交路橋華南分公司負責承包建設，全長12.2公里，設計時速80公里以及雙向六車道，其中包括建設官洲河大橋和新造珠江特大橋兩座特大跨度橋。建成后將是廣州南部地區未來道路主骨架網絡的重要組成部分，是廣州市南出口的主要通道之一。其橋面鋪裝按設計要求均采用C50鋼纖維混凝土，增強其抗折、抗彎強度以及耐久性。

5.1鋼纖維混凝土的施工

鋼纖維混凝土拌合物經攪拌車運至施工現場后，在泵送前，必須先高速攪拌2min，待攪拌均勻后，對每一攪拌車混凝土拌合物進行坍落度、和易性等性能檢測，坍落度嚴格控制在180±20mm的范圍內，和易性要好，不能泌水、離析，鋼纖維離析率不能低于0.85，超出此范圍嚴格做退料處理。

鋼纖維混凝土拌合物運至澆筑地點檢測合格后，應盡快澆筑入模。支模時要求使用水平儀嚴格控制槽鋼頂標高。鋼纖維混凝土所需的搗實工作量，比普通混凝土大，為避免邊角處位置產生蜂窩，應先在邊角部分用搗棒搗實，采用插入式振動器振搗，并用夯梁板來回整平。同時，用金屬圓滾將表面豎起的鋼纖維和石子壓下去，再作平整處理。

在鋼纖維混凝土振搗結束后，采用重型鋼滾進行輾壓，及時將表層的鋼纖維壓入混凝土內，并起到提漿的作用，最后用木抹反復搓平、壓實，避免混凝土收縮裂縫的產生；若鋼纖維上浮面積較大，可用振動器復振，使砂漿返上，再做抹面，局部表面缺陷可及時用水泥砂漿修補。

5.2鋼纖維混凝土的養護

鋼纖維混凝土澆筑成型后，應加強濕度與溫度控制，盡量減少表面混凝土暴露時間，應及時對混凝土進行塑料薄膜或麻袋覆蓋，防止表面水分蒸發，造成裂縫，影響工程質量。覆蓋保濕養護應在澆筑完畢后的12h內進行，且鋼纖維混凝土的養護時間不應少于14d，且應保持混凝土始終處于濕潤狀態。

5.3效果評價

通過優選原材料以及生產配比，并采用創新的生產工藝、檢測儀器與評價指標，保證了鋼纖維混凝土的勻質性以及施工性能，達到設計方、施工方的要求完成施工澆筑。如今，該項目分部橋面鋪裝已全部澆筑完畢，并完成驗收，得到了業主、施工單位的一致好評。

6　結束語

鋼纖維在攪拌的過程中易結團而造成分布不均勻，導致混凝土易干澀、坍落度損失大，澆筑容易分層，從而給施工帶來很大的麻煩。這是鋼纖維混凝土在實際應用中存在的普遍問題，既給施工帶來了極大的困擾，又會影響結構質量，極大地阻礙了鋼纖維混凝土的應用與推廣。采用“三次投料離散攪拌法”進行生產，可以使得鋼纖維混凝土在一定的時間內使用性能處于最佳狀態，在實際生產應用中，解決了泵送鋼纖維混凝土因為鋼纖維的加入導致性能變差的難題，從而保證了鋼纖維混凝土的工作性能。●

【參考文獻】

［1］蔣金洋，孫偉，戴捷，等.超高程泵送鋼纖維混凝土關鍵性能及試驗研究［J］.大連理工大學學報，2006，46（12）：89-93.

［2］Tefaruk Haktanir，Kamuran Ari，Fatih Altun，Okan Karahan. A comparative experimental investigation of concrete，reinforced-concrete and steel-fibre concrete pipes under three-edge-bearing test. Construction and Building Materials，2007，21（8）∶1702-1708.

［3］P.S. Song，J.C. Wu，S. Hwang，B.C. Sheu. Assessment of statistical variations in impact resistance of high-strengthconcreteandhigh-strengthsteel fiber-reinforced concrete. Cement and Concrete Research，2005，35（2）：393-399.

［4］Xiaobin Lu，Cheng-Tzu Thomas Hsu. Behavior of high strength concrete with and without steel fiber reinforcement in triaxial compression. Cement and Concrete Research，2006，36（9）：1679-1685.

［5］Xin Luo，Wei Sun，Sammy Y.N. Chan. Characteristics of high-performance steel fiber-reinforced concrete subject to high velocity impact. Cement and Concrete Research，2000，30（6）：907-914.

［7］A. Lau，M. Anson. Effect of high temperatures on high performance steel fibre reinforced concrete. Cement and Concrete Research，2006，36（6）：1698-1707.

［8］Fuat K?ksal，Fatih Altun，lhami Yigˇit，Yuaahin. Combined effect of silica fume and steel fiber on the mechanical properties of high strength concretes. Construction and Building Materials，2007.