浅谈钢纤维混凝土喷射施工工艺

浅谈钢纤维混凝土喷射施工工艺姓名：王小龙单位：中交第一公路工程局摘要：从施工的角度出发阐述了钢纤维混凝土的性能、影响钢纤维混凝土性能的因素、钢纤维混凝土的配制及施工工艺。关键词：钢纤维混凝土配制施工工艺一、钢纤维混凝土1、钢纤维的性能钢纤维混凝土是一种韧性纤维增强脆性基体复合材料，纤维体积率一般为0.6-2％，因钢纤维的掺入有效提高混凝土的抗拉抗弯强度、阻裂限缩能力、增强了韧性、改变了混凝土性脆易裂的破坏形态。2、钢纤维混凝土材料钢纤维混凝土就是在一般普通混凝土中掺配一定数量的短而细的钢纤维所组成的一种新型高强复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的产生，不但具有普通混凝土的优良性能，而且具有良好的抗折、抗冲击、抗疲劳以及收缩率小、韧性好、耐磨耗能力强等特性。钢纤维混凝土用钢纤维类型有圆直型、熔抽型和剪切型钢纤维。其长度分为各种不同规格，最佳长径比为40～70，截面直径在0．4mm～0．7mm范围内，抗拉强度不低于380MPa。在施工时钢纤维在混凝土中的掺入量为1．0％～2．0％（体积比），但最大掺量不宜超过2．0％。水泥采用425＃～525＃普通硅酸盐水泥，以保证混合料具有较高的强度和耐磨性能。钢纤维混凝土用的粗骨料最大粒径为钢纤维长度的2/3不宜大于20mm。细集料采用中粗砂，平均粒径0．35mm～0．45mm，松装密度1．37g/cm3。砂率采用45％～50％。3、纤维混凝土配合比钢纤维混凝土混合料配合比的要求首先应使路面厚度减薄，其次是保证钢纤维混凝土有较高的抗弯强度，以满足结构设计对强度等级的要求即抗压强度与抗折强度，以及施工的和易性。钢纤维混凝土配合比设计基本按以下步骤进行。（1）根据强度设计值以及施工配制强度提高系数，确定试配抗压强度与抗折强度；钢纤维混凝土抗折强度设计值的确定：fftm＝ftm（1＋atmPfLf/df）式中fftm———钢纤维混凝土抗折强度设计值；ftm———与钢纤维混凝土具有相同的配合材料、水灰比和相近稠度的素混凝土的抗折强度设计值；atm———钢纤维对抗折强度的影响系数（试验确定）；Pf———钢纤维体积率，％；Lf/df———钢纤维长径比（2）根据试配抗压强度计算水灰比；（3）根据试配抗压强度，确定钢纤维体积率，一般浇筑成型的结构范围在0．5％～2．0％之间；（4）按照施工要求的稠度确定单位体积用水量；（5）确定砂率；（6）计算混合材料用量，确定试配配合比；（7）按照试配配合比进行拌合物性能试验，调整单位体积用水量和砂率，确定强度试验用基准配合比；（8）根据强度试验结果调整水灰比和钢纤维体积率，确定施工配合比。试验结果表明，在经验和计算的基础上确定水泥用量、砂率及水灰比，并根据不同配比时的钢纤维混凝土强度进行试验（见表4），当水泥用量在380kg?m3～400kg?m3时强度较高，但此时砂率较小，砂石中有分离现象。因此将砂率调到0．48，如此强度虽有降低，但其余性能却可得到改善。为此，调整最佳配比即水泥∶黄砂∶碎石∶水＝1∶2．16∶2．34∶0．48。4、凝土拌和为防止钢纤维混凝土在搅拌时纤维结团，在施工时每拌一次的搅拌量不大于搅拌机额定搅拌量的80％。采用滚动式搅拌机拌和，在搅拌混凝土过程中必须保证钢纤维均匀分布。为保证混凝土混合料的搅拌质量，采用先干后湿的拌和工艺。投料顺序及搅拌时间为：粗集料→钢纤维（干拌1min）→细集料→水泥（干拌1min），其中钢纤维在拌和时分三次加入拌和机中，边拌边加入钢纤维，再倒入黄砂、水泥，待全部料投入后重拌2min～3min，最后加足水湿拌1min。总搅拌时间不超过6min，超搅拌会引起湿纤维结团。按此程序拌出的混合料均匀。尚若在拌和中，先加水泥和粗、细集料，后加钢纤维则容易结成团。而且纤维团越滚越紧，难以分开，一旦发现有纤维结团，就必须剔除掉，以防止因此而影响混凝土的质量。5、钢纤维混凝土浇捣钢纤维混凝土浇捣与普通混凝土一样，浇筑和振捣是施工中的重要环节，直接影响钢纤维混凝土的整体性和致密性。不同之处就是其流动性较差，在边角处容易产生蜂窝，因此，边角部分可先用捣棒捣实。板角采用插入式振动器振，然后用夯梁板来回整平。在混凝土面层抹平过程中，因钢纤维直径较粗而易冒出路面，影响到行车安全，故在施工时需注意清除。二、工程实例路水泥混凝土路面修补工程段全长112m，宽2×3m，修补前路面板呈破碎、断裂状，原为一般普通混凝土浇筑，部分板底基层下沉。现用钢纤维混凝土修补路面，基层补强采用C15素混凝土浇筑，旧混凝土路面平均凿除深度25cm（包括基层松动部分），拟采用12cm厚、C30钢纤维混凝土浇筑路面。1、工材料1．1原材料水泥：425＃普通硅酸盐水泥；细集料：用中粗砂，平均粒径0．35mm～0．48mm，含泥量＜2％；粗集料：碎石5mm～20mm，含泥量＜1％，质地坚硬；钢纤维：选用长度30mm、当量直径0．60mm由浙江某厂生产的低碳结构钢剪切扭曲型，型号DN－30，其强度380MPa以上。该产品性能稳定，使用效果良好。1．2配合比钢纤维混凝土配合比设计按照抗折强度和抗压强度双控标准要求及施工的工作度采用以抗折强度为主要指标进行设计。设计抗折强度6．5MPa、抗压强度35MPa。经试验室进行几种配比方案确定：水泥∶黄砂∶碎石∶钢纤维∶水并强度试验，结果见表5。2、工艺2．1基层处理及路面浇筑在钢纤维混凝土浇筑前，为提高水泥混凝土面层下基层和垫层的刚度，做好对旧混凝土板及板底基层的处理工作，即在破损板及板底脱空破裂的旧混凝土板块凿除后，对部分板底基层进行补强处理。凿除旧混凝土板时，凿除深度必须满足原路面设计要求，再将原基层松动部分全部清除。被清除后的基坑及深度一律用C15贫混凝土进行处理。待混凝土半干状态时即可浇筑路面。按要求先用C15普通混凝土浇筑至路面面层厚度12cm时，经底面层整平处理后再用钢纤维混凝土浇筑。2．2钢纤维混凝土搅拌钢纤维混凝土搅拌采用滚筒式搅拌机。为使钢纤维在混凝土中分散均匀，采用二次投料三次搅拌法，即先将石子和钢纤维干拌1min，加入砂子、水泥再干拌1min，最后注水湿拌1．5min左右，总搅拌时间控制在6min内，搅拌时间过长会形成湿纤维团。且每次的搅拌量宜在搅拌机公称容量的1?3以下。2．3运输与浇筑混凝土运输采用自卸运输车，运至施工地点进行浇筑时的卸料高度不得超过1．5m，以防混凝土离析。钢纤维混凝土采用人工摊铺，用人工将其大致摊铺整平，摊铺后用平板振动器振捣，振捣的持续时间以混凝土停止下沉，不再冒气泡并泛出水泥浆为准，且不宜过振。振捣时辅以人工找平，混凝土整平采用振动梁振捣拖平，再用钢滚筒依次滚压进一步整平，整平的表面不得裸露钢纤维。在做面时需分两次进行，即先找平抹平，待混凝土表面无泌水时，再做第二次抹平，抹平后沿模板方向拉毛，拉毛深度1mm～2mm。拉毛时避免带出钢纤维，如采用滚式压纹器进行处理则效果更佳。2．4养护与切缝钢纤维混凝土设有多种切缝。胀缝与路中心线垂直，缝壁必须垂直，缝隙宽度必须一致，缝中不得有连浆现象，缝隙内应及时浇灌填缝料，当混凝土达到强度25％～30％时，采用切缝机进行缩缝切割，切缝深度3cm，缩缝设置16m?道。施工缝位置宜与胀缝或缩缝设计位置吻合，施工缝与路中心线垂直，不设置传力杆。对胀缝、缩缝均采用10＃石油沥青，灌式填缝。混凝土做面完毕后，及时采用湿法养护，终凝后及时覆盖草袋，并每天均匀浇水，保持潮湿状态，养护10d～15d。与此同时做好封闭交通，待强度测试达到规定要求后即可开放交通。3、工质量控制钢纤维混凝土的质量除对原材料、配合比以及施工过程的主要环节进行控制外，还重点对钢纤维混凝土的搅拌、钢纤维的投入以及混凝土振捣的控制，同时按规定对每天所浇筑混凝土的28d抗折、断块抗压强度进行检验，均达到了设计要求，使平整度、坍落度、主要技术指标得到有效控制。4、济与社会效益从经济和社会效益分析，钢纤维混凝土路面与普通水泥混凝土路面相比，其特点：①面层厚度可减薄至1/2以上，使施工工期缩短，因此节约原材料及减少工程量后所带来的一切费用；②路面使用寿命延长因此而节省的费用；③减少缩缝带来的材料、人工等所节省的费用；5节省养护、减少时间延误及维修费用；除此以外，还有路面质量好，接缝少，延长车辆使用寿命等费用。综合分析，对于旧混凝土路面，若采用钢纤维混凝土进行罩面修复，则一次性投资的费用比挖掉重建混凝土路面要节省许多。同样，从一次性投资、使用年限、维修费用、资金的时间价值来全面评价钢纤维混凝土路面工程的经济效益，与新铺沥青混凝土路面评价综合效益，钢纤维混凝土路面虽一次性投资较前者高，但从其维修费用、使用年限的不同考虑，以及和资金的时间效益，用年成本法计算其等值年金，结果表明钢纤维混凝土路面每年支出的费用比沥青混凝土路面要低35％。采用钢纤维混凝土修补法，不但可使钢纤维混凝土的质量及其增强效果得到保证，而且还可提前开放交通，具有显著的经济效益和社会效益。三、喷射钢纤维混凝土的主要性能特点钢纤维增强喷射混握土(SFRS-SteelFiberReinforcedShotcrete)以下简称“钢喷”，它与素喷混凝土(不加钢纤维的简称“素喷”）。具有的特点是:（1）强度高(抗拉、抗弯、抗剪)；抵抗冲击、爆炸和震动的性能高；韧性（变形性能)好；（2）抗冻、耐热与耐应劳性能好。抗裂性能强。即使构件已产生微小裂缝.也会因钢纤维继续钢喷；（3）抗拔而使韧性大为提高.喷射后的钢纤维方向接近二维分布.施工速度快、适应性广；（4）集料回弹率比素喷低。钢喷的综合单价低；钢喷可代替新奥法中传统的喷网支护。喷射钢纤维混凝土增强试验效果对比序号内容干喷增强湿喷增强早期（3天以前）增强后期（28d）增强早期（3天以前）增强后期（28d）增强1抗压强度平均55%平均30%最高165%平均24%2抗弯强度最高83%平均55%最高86%平均9.6%3劈拉强度平均183%平均40%最高98%平均22%4抗剪强度平均44%平均87%5抗渗无明显提高6抗爆炸13倍7抗冲击初裂4~7倍碎裂10~14倍8抗冲耐磨显著提高9粘结性能平均29%10弹性模平均8%量11韧性平均50倍12抗冻性明显提高注：1.在湿喷中的素喷质量平均2298Kg/立方米，钢喷质量平均2369Kg/立方米；2.在干喷种的素喷质量2200Kg/立方米，钢喷质量2330Kg/立方米；3.干喷为国产喷射机，湿喷为进口喷射机。四、结束语维混凝土自发展以来，已在公路路面、桥面、机场跑道等工程中得到广泛应用，同时也取得了一定的经济效益和社会效益。它除了具有良好的抗弯强度外，而且还具有优异的抗冲击、抗开裂性能。在对钢纤维混凝土进行的冲击荷载等试验研究中表明：掺以体积率为1％～2％的钢纤维增强混凝土与基体比较，其抗冲击强度可提高10倍～20倍，弯曲韧性可提高20倍左右，抗弯强度可提高1倍～6倍，抗拉强度可提高2倍左右，疲劳强度提高50％，抗裂强度可提高2倍，抗压强度可提高10％～30％。由此可见，钢纤维混凝土的抗裂性与抗冲击是非常优异的。此外，用钢纤维混凝土修筑旧混凝土路面还能达到早期强度高，提前通车的目的。参考文献：［1］卢亦焱．钢纤维混凝土材料及其在路面工程中的应用．公路，1999，4［2］中国工程建设标准化协会标准．钢纤维混凝土结构设计与施工规程．北京：中国建筑工业出版社，1992，6［3］中国工程建设标准化协会标准．钢纤维混凝土试验方法．北京：中国建筑工业出版社，1989，12［4］蒙云．钢纤维混凝土新型路面设计与施工．重庆：重庆大学出版社，1995，7［5］李启棣，吴淑华．钢纤维混凝土的特性及其应用．铁道建筑，1989（1）姓名：王小龙性别：男出生年月：1984.03.28学历：工学学士职称：助理工程师