深海基地試驗水池鋼纖維施工監理探討

劉鵬++王永愷

【摘 要】本文主要結合具體工程分析了鋼纖維混凝土的具體應用及碰到問題解決的辦法，同時簡單闡述鋼纖維混凝土控制裂縫機理。最后，對鋼纖維混凝土在工程中的應用和一些建議與同仁共享。

【關鍵詞】鋼纖維混凝土；施工應用 ；問題解決辦法

深海基地試驗水池赤壁為薄殼防水混凝土結構，池壁厚度500mm。本工程設計為鋼纖維混凝土，參入量25kg/立方。設計意圖為在混凝土中加入鋼纖維增加抗拉強度高，韌性好，短而細的鋼纖維以阻礙混凝土內部微裂縫的發生和發展，及宏觀裂縫的形成。

試驗水池同時增加了微膨脹外加劑和聚丙烯纖維0.9kg/m?膨脹混凝土是通過混凝土硬化過程中產生體積膨脹而獲得一定預應力的混凝土。一般分為補償收縮混凝土和自應力混凝土，將鋼纖維分別摻入這兩種膨脹混凝土中，可使鋼纖維的增強增韌效應與自應力效應產生超疊加作用，以獲得抗裂和韌性優良的復合材料。本工程采用高強鋼絲切斷端鉤型纖維（散裝）鋼纖維混凝土雖然有很多長處，但在實際應用中存在仍有需要在工藝上解決的問題，如施工和易性較差，攪拌和振搗時會發生纖維成團或折斷等問題，粘結性能也有待進一步改善。 本文結合深海基地試驗水池實踐中遇到的問題及解決辦法與同行們共享。

根據項目現場甲方組織試驗檢測水池鋼纖維防水混凝土施工方案專家意見論證會及會后意見，對施工圖紙中部分地方進行優化調整，如下幾條：

1.砼標號基礎、擋墻、柱調整為C40.

混凝土的抗氯離子侵入性：

8d齡期氯離子擴散系數 DRCM（10-12m2/s）≤4

最大水膠比0.40. 保護層厚度按照結構設計 裂縫控制寬度0.2mm.

2.最小膠凝材料用量（kg/m3） 340

最大水膠比0.40.

最大氯離子含量（膠凝材料用量的百分比）：0.80

水池底板、擋墻、扶壁墻 粒徑≤25mm。

3.擬定方案介紹

水池防裂措施：本水池池壁較深，為解決水池池壁開裂及防滲問題，池壁（不包括扶壁墻）設計采用鋼筋混凝土結構摻加少量鋼纖維抗裂；其中鋼纖維選用散絲兩端彎折鋼纖維，抗拉強度不小于1100MPa，直徑0.75mm，摻量：25Kg/m3，鋼纖維產品須符合纖維混凝土結構技術規程CECS38：2004標準。池壁及底板（不包括扶壁墻）設計采用混凝土結構摻加聚丙烯纖維。每立方米混凝土中摻量為0.9kg。纖維在加入干料（砂石、水泥等）之后，加水之前投入。攪拌時間比不上加纖維的混凝土攪拌時間略延長30-60秒。本水池為地下結構且為大體積混凝土，水池采用C40防水混凝土，膨脹劑采用UEA高性能混凝土膨脹劑，摻量10%，或者SY-G高性能混凝土膨脹劑，摻量8%，抗壓強度不低于基準混凝土，混凝土抗滲等級為P8。

本工程底板及側墻混凝土澆筑施工過程中，為了提高混凝土的防裂性及和易性，摻入適量的減水劑，粉煤灰，細化和控制施工過程中混凝土一次澆筑高度1.5米、澆筑速度3米/15分鐘、砼養護14d等施工工藝。

鋼纖維的混凝土的原材料：考察商品混凝土廠家，對現場擬用于的材料進行詳細考察。其中對石子、沙、水泥、鋼纖維、聚丙烯纖維、減水劑等材料進行封樣。了解配合比設計情況及對廠家配比進行驗收工作。

經過試驗配比決定：選用帶彎鉤單根鋼纖維，直徑0.75mm，長度60mm，摻量：25Kg/m3；聚丙烯纖維，每立方米混凝土中摻量為0.9kg；SY-G高性能混凝土膨脹劑，摻量8%；粗骨料采用石灰巖碎石，粒徑25mm以下。本工程試驗水池參入鋼纖維以防止開裂為主聚丙烯纖維0.9kg/mm?提高混凝土抗滲性，減少了混凝土的早期塑性收縮裂紋性能阻止它們發展，從而提高混凝土抗滲性。其中，對于試驗水池選用的配比，在現場進行試配。

試配鋼纖維混凝土

鋼纖維

檢查鋼纖維分布情況

在完成各項準備工作進入澆筑后，對已經預期的鋼纖維纖維成團或折斷等問題預料不足，見圖片。

鋼纖維成團

采取措施：加強攪拌站的投料控制，適當調整投料工藝。

派遣監理人員到攪拌站進行現場監督。

將按照試配的水泥，石子，沙子，摻合料一次性進入攪拌機械，干拌均勻。

將鋼纖維緩慢撒入，邊撒邊干拌，攪拌均勻。（后期采用水溶性膠結的多根纖維，在拌和物中分散性較好）

加入水進行均勻攪拌。

在現場泵送部位，進行人工挑選。

經過上述措施，明顯改善鋼纖維成團現象。由于缺乏相應經驗沒有采用在現場投放鋼纖維的嘗試。

綜合考慮施工運輸過程中，由于罐車需要連續進行攪拌，對于鋼纖維混凝土應區別對待，澆筑過程中要求運輸中途只攪拌2次，以免連續攪拌造成鋼絲抱團。盡量縮短混凝土的運輸時間，合理安排澆筑順序，及時卸料；在澆筑前，用水沖洗模板降溫；泵管用麻布包裹，以防日光暴曬升溫； 運輸。鋼纖維混凝土運輸采用自卸運輸車。由于鋼纖維混凝土在運輸過程中受到振動，使鋼纖維下沉，坍落度和含氣量都會有損失，影響鋼纖維混凝土的均勻性。因此，選擇鋼纖維混凝土的攪拌場地時盡量縮短運輸距離，選擇合適的8T自卸運輸車輛，以保證澆筑時的卸料高度不得超過1.5m，確保混凝土卸料過程中不發生離析現象。同時，宜注意運輸時的溫度，避免造成混凝土的施工和易性下降。

普通混凝土之中，以亂向的方式均勻地把一定量的鋼纖維分布其中，再經過硬化從而制得鋼纖維混凝土，這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，較之普通混凝土，物理力學性質大多都較高：良好的抗沖擊性能；明顯改善的變形性能；顯著提高的抗裂與抗疲勞性能；對由于溫度應力而造成的裂縫及裂縫的擴展的的阻止與抑制能力良好；

漏震或過震對鋼結構混凝土的質量都不利。漏震產生的不密實對于鋼筋混凝土可能比普通混凝土還嚴重，這主要是鋼筋混凝土的流動性差，當鋼筋混凝土密實度差時鋼纖維和基體的粘結性就更差，即起不利增強作用，同時還會引起鋼纖維腐蝕。過震則會引起鋼纖維下沉。這就需要現場澆筑過程中，正確振搗，合理安排，做好現場交底。

鋼纖維振搗拌合料振搗密實性和與鋼纖維在混凝土中的分布均勻性和拌合料的和易性密切相關。試驗表明，良好的鋼纖維分布均勻性和和易性是密實性的前提和基礎。但是，鋼纖維混凝土拌合料振搗的密實性，與普通水泥混凝土振搗密實性相比，有特殊的意義。如果不注意鋼纖維混凝土振搗的密實性，也會影響其質量。鋼纖維混凝土拌合料振搗密實，要比普通水泥混凝土拌合料振搗密實所消耗的能量大些，振搗時間要長，因為在混凝土拌合料中加入的鋼纖維，使鋼纖維與混凝土的組成材料相互作用，阻礙鋼纖維混凝土拌合料的流動，尤其干硬性或半干硬性混凝土更為明顯。振搗時間與鋼纖維的體積率、長徑比有關。

因現場使用插入式振動棒插入鋼纖維混凝土進行振搗，會使鋼纖維朝振動著的振動棒聚集，產生集束效應，所以為確保鋼纖維的三維亂向分布，采取控制拆入拔出時間，不重復振搗等措施。為保證邊角混凝土密實，將振搗棒順路線方向插入，使鋼纖維成縱向條狀集束，從而使鋼纖維的排列有利于抵抗板體收縮應力、溫度應力，有利于荷載的傳遞。振搗持續時間以混凝土停止下沉、不再冒氣泡并泛出泥漿為準，同時防止過振。抹面、壓紋。將外露的鋼纖維壓入混凝土中。

采取措施

1.保證振搗密實，嚴格控制振搗時間，移動距離和插入深度，嚴防漏振及過振；由項目技術人員和監理工程師24小時值班，按照事先標記的振搗點嚴格控制時間。

2.保證混凝土供應，攪拌站全程管理人員旁站，嚴禁隨意留置施工縫；

3.做好現場協調、組織管理，要有充足人力、物力、保證施工按計劃順利進行

養護

水池池壁采用帶摸養護，暴露混凝土采用薄膜或草包養護，保持表面濕潤14天，正常保養周期28天。絕對不能出現部分池壁裸露在外，上面既無薄膜，又不灑水的情況。沿池壁布置淋水水管，全天候專人養護。

試驗

鋼纖維的摻量在混凝土澆注地點取樣檢驗，每組樣品為10升。檢驗方法為水洗法，將鋼纖維從混凝土中洗出，曬干后稱量，單個取樣鋼纖維含量偏差不得超過配比摻量的20%，每三個取樣以上鋼纖維含量平均值的偏差不得超過配合比摻量的5%。普通試塊按照混凝土驗收規范正常留置。

建議：

為了克服大體積水池對池壁產生高環向張力，蛟龍號下水時動載對池壁的沖擊，原設計采用C35混凝土池壁，并正常配筋，采用鋼纖維混凝土后大大增加韌性，理論上可以做出重大修改，減少池壁厚度及配筋。

現場試配和攪拌站試配由于機械和原材料不同，會出現較大差異。攪拌站的管理水平決定鋼纖維混凝土的質量好壞與成敗，鋼纖維使用較少，混凝土攪拌站缺少相應的經驗甚至設備（搖篩機 分散機），目前主要靠人工加纖維料，質量波動較大。建議與項目聯合進行管理，聯合交底。

嚴格控制混凝土原材料的質量，混凝土攪拌站的料場宜納入質量監控。

宜使用分散機對鋼纖維填料，使用帶水溶性的成排鋼纖維。聚丙烯纖維混合后不宜進行檢測和觀察，宜使用機械添加。

參考文獻：

[1]黃承奎編著 鋼纖維混凝土耐腐蝕性、纖維混凝土的研究與應用。大連理工大學出版社

[2]黃承奎編著 纖維混凝土結構 機械工業出版社

[3]李藝 趙文 著作 混雜纖維混凝土阻裂增韌及耐久性能 科學出版社