钢纤维混凝土的配置与施工

　　摘要：本文结合一个工程实例广东某大桥介绍了钢纤维混凝土的配置和施工。包括钢纤维混凝土的选材：钢纤维、水泥、粗骨料、水和外加剂；钢纤维混凝土的配置：钢纤维的配合比、水灰比和施工中的配合比的确定；钢纤维混凝土的施工：供料、拌和、运输、振捣和浇筑、找平修整、养护以及在施工过程中的质量控制。同时本文也指出了纤维混凝土施工对比与普通混凝土施工的优点，特别是相对普通混凝土的质量的改进。

　　关键词：钢纤维，配合比，施工，水灰比，质量控制

　　1 引言

　　钢纤维混凝土简称SFRC，是在普通骨料混凝土中均匀掺入一定量短而细的钢纤维组成的一种复合材料。它不仅可以增强混凝土的抗拉强度，而且能增强混凝土结构的抗剪强度，提亮其抗裂性能、耐久性，能使脸性混凝土具有较好的延性特征；另外，钢纤维棍凝上具有较好的能量吸收能力及良好的抗冲击能力，对结构的抗震性能有极大改善。而且由于钢纤维在混凝土中均匀且乱向分布，在受载过程中，限制或滞后了混凝土基体的裂缝发展，使脆性的混凝土变为具有良好韧性的水泥基复合材料，从而使混凝土具有较高抗震、抗裂、抗冲击性能和韧性，改善混凝土抗拉、抗压、抗剪和耐磨性能。钢纤维破一般用于工程的重要部位，其施工质量要求高，在施工各环节控侧上与普通混凝土既有相同之处也有不同之处。目前钢纤维混凝土在国内主要应用于公路路面、桥梁等工程中，在房屋建筑工程中的应用仅限于地面、防水屋面、预应力结构构件等局部位置，该文结合一些实际工程，对钢纤维混凝土配制施工作一介绍。

　　2 钢纤维混凝土配置和施工

　　2.1 工程概况

　　广东某大桥桥头为软弱地基，经粉喷桩处理，在桥台连结处，路基与桥台刚度差异较大，预计路基下沉量比桥台下沉量要大，设计采用桥台与路基连接处设置搭板枕梁，同时桥面和搭板枕梁采用钢纤维混凝土，防止桥头跳车。钢纤维混凝土设计强度等级C40，抗折强度7.2MPa，稠度30－50mm，水泥用量不超过450kg/m3。

　　2.2 钢纤维混凝土的原材料选择

　　2.2.1 钢纤维

　　和普通混凝土一样，钢纤维在水泥砂浆的凝结下，局部形成类似钢筋混凝土结构形式，形成受力端点，起到增强抗折强度效应。钢纤维力学性能要求不低于一级碳素钢的要求；钢纤维的长度、直径、表面形状和长径比等也影响钢纤维的抗拔力，太长，影响砼质量，太短，起不到增强作用；直径太细，在拌和过程中易被弯折，太粗，则同体积含量时其增强效果差。根据已有经验，结合设计要求，经过多次试验，大桥用钢纤维选用扬州扬中化纤厂生产的剪切型钢纤维，长度3cm，抗拉强度400Mpa，等效直径0.5mm。

　　2.2.2 水泥

　　选择水泥主要为防止水泥中氯盐含量过高腐蚀钢纤维，优先选用硅酸盐水泥，水泥标号大于425#，质量符合(GB175—92)。本工程选用“万年青”牌普通硅酸盐水泥。同时，选用了粉煤灰作为水泥的矿物活性材料，也就是外掺料，粉煤灰按国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1596—79)检验。细骨料砂除了各项技术指标符合《普通混凝土用砂质量标准》(JGJ52—92)外，尚要求不含氯盐成份，细度模数范围2.3～3.0，我们选用福建青口产的淡水河砂，无贝壳，无氯盐成份，细度模数3.0，中砂，表观密度2680kg/m3。

　　2.2.3 粗骨料

　　粗骨料技术指标除了符合《普通混凝土用碎石或卵石质量标准》(JGJ53—92)外，尚要求最大粒径不超过20mm或钢纤维长度的2 3。本桥用玄武岩加工成的碎石，最大粒径20mm，压碎指标6.8%，表观密度2730kg/m3。

　　2.2.4 水

　　地表饮用水，pH 值等于7。

　　2.2.5 外加剂

　　选用广东湛江外加剂厂生产的FDN—100 高效减水剂。

　　2.3 钢纤维混凝土的配制

　　对钢纤维混凝土性能影响较大的因素有钢纤维质量、粗骨料的质量与粒度、较大的砂率、钢纤维掺量(Vf%)等，一旦选定钢纤维、粗骨料，配合比设计中就应特别关注砂率和钢纤维掺量。

　　2.3.1 配合比设计

　　配合比设计流程图见图1：

[Page]

　　2.3.2 钢纤维强度等级确定

　　钢纤维混凝土特性主要表现在抗折和压缩韧性上，而抗压强度方面则由于钢纤维的取向排列并不显著，因此，配合比设计原则是抗压强度按现行国家标准《混凝土强度检验评定标准》进行，抗折强度采用设计数据[3]。

　　2.3.3 水灰比设计

　　同普通混凝土一样，钢纤维混凝土抗压强度主要由水灰比控制。和普通混凝土不同的是混合料在拌制过程中，由于钢纤维的存在，容易结团离析，并且保水性能强，振捣时，沁水严重，减少水泥砂浆对钢纤维的包裹，影响钢纤维的抗折、抗拉强度和抗裂性及韧性，所以水灰比不能太大；水灰比太小时，水泥增多，混凝土收缩增强，对抗裂不利。水灰比按照下式计算[1]:

　　2.3.5 施工配合比确定

　　按同等级普通混凝土配合比计算材料用量，确定初步配合比；按初步配合比试拌，调整砂率、单位用水量，确定强度试验用基准配合比。然后，调整水灰比和钢纤维体积率，确定施工配合比[2]。我们选定的施工配合比为水泥:砂:碎石:粉煤灰:钢纤维:水=1:1.54:2.77:0.01:0.21:0.4，水泥用量420kg/ m3，砂率35.7，坍落度40mm，28d 抗压强度48.8MPa，抗折强度8.5MPa。

　　2.4 钢纤维混凝土的施工 [Page]

　　2.4.1 供料

　　各种原材料计量允许误差为:粗细骨料+3%，钢纤维、水泥、和外加剂+2%，水+1%，采用自动计量装置监测供料。

　　2.4.2 拌合

　　钢纤维混凝土拌合采用强制式搅拌机二次投料法拌合，拌合时间经试验比普通混凝土搅拌时间要延长2～3min；钢纤维采用机械分散加入。

　　2.4.3 运输

　　钢纤维混凝土运输与普通混凝土的运输要求一样，为保证混凝土在运输过程中不产生离析，我们采用自卸车运输[6]，运距100m，钢纤维混凝土下落高度1.5m。

　　2.4.4 振捣与浇筑

　　用平板振捣器振捣，当混凝土不再下沉，不再出现气泡，表面开始泛浆时，即不再振捣，避免振动过度，影响钢纤维的分布，不利于其抗折强度和压缩韧性。振捣完毕后，表面用滚轴压平。为保证钢纤维的分布均匀和钢纤维混凝土结构的连续性，避免裂缝出现，大桥桥面和搭板枕梁钢纤维混凝土按计划一次浇注完毕。钢纤维混凝土流动性差，容易堆积、成团。

　　因此对钢纤维混凝土浇筑应采用多个点分散浇筑，禁止从一个方向或侧面向另一方向浇筑。并应注意连续浇注，不宜留施工缝。因为若中断钢纤维沿接缝的表面排列起不到增强作用，易产生裂缝。
　　2.4.5 找平修整

　　在钢纤维混凝土初凝前要找平修整，要求面浆均匀，不显露钢纤维。找平用表面带凸棱的金属圆筒将振捣后竖起的钢纤维、石子压下去，然后用金属圆筒滚压平整，待钢纤维混凝土表面无泌水时用金属抹刀抹平。混凝土表面收光时，切不可撒水泥。必要时可使用少量干水泥砂灰，按水泥:砂﹦1:15 拌制[5]，并且水泥品种应与混凝土的水泥品种相同。要保证混凝土表面平整、密实和光洁。

　　2.4.6 养护

　　钢纤维混凝土因为钢纤维的存在，用普通的扫把或布刷对桥面拉毛会破坏钢纤维的分布均匀，所以桥面拉毛用压纹器压出。钢纤维混凝土的养护和普通混凝土养护一样，覆膜保湿养护。
[Page]
　　2.4.7 质最控制

　　2.4.7.1 首先应对原材料、塌落度、配合比等进行检查保证各种材料的质量合格，掺量准确。

　　2.4.7.2 在拌制过程中应进行投料、塌落度、维勃稠度和钢纤维体积率及均质性的检查控制。

　　2.4.7.3 还应分别进行抗压强度和抗折强度或抗拉强度等强度试验，并应检测其内部钢纤维分布（可通过x 射线探测混凝土内部），适时留置试件以备检验。

　　3 总结及展望

　　3.1 钢纤维混凝土比普通混凝土抗压、抗拉、抗折强度及弯曲韧性的性能都有很大的提高，同时断裂韧性也较普通混凝土有较大改善。因此掺入钢纤维的混凝土能充分发挥钢纤维的优点，相对于普通混凝土较好地改善了各项力学性能指标。

　　3.2 钢纤维混凝土施工质量，关键是控制好投料顺序，搅拌方法和时间。

　　3.3 粗骨料量大粒径对钢纤维混凝土的抗弯强度有较大的影响。钢纤维体积率在1.0%时，其影响较小。当达到1.5%以上时则变得十分明显，其最主要原因是由于钢纤维混凝土抗弯强度和抗拉强度受到钢纤维的平均间隔所支配。粗骨料粒径较大，钢纤维就不能均匀分散，引起局部混凝土中平均间隔加大，恻然导致抗弯强度降低[4]。

　　3.4 从钢纤维混凝土的破坏试验中发现钢纤维不是被拉断，而是被拔出。因此钢纤维与混凝土的结合还有很大的潜力。如果适当增加相互间的磨阻力和凝结力或增加钢纤维含量，还可研制出更高强度的钢纤维混凝土。从而为发展高强纤维混凝土的提供了一个有效途径。

　　参考文献

　　[1]钢纤维砼结构设计与施工规程（CECS38:92）[S]. 中国建筑工业出版社.1992.

　　[2]王璋水.钢纤维混凝土抗剪强度及配合比设计.纤维混凝土的研究与应用 [J].1992.

　　[3]钢纤维砼试验方法（CECS13:89）[S].1989.

　　[4]贾继才.密筋梁钢纤维混凝土施工质量控制.工程质量 [J].1999.

　　[5]严炯华.钢纤维混凝土施工要点.广州建筑 [J] 2002，（6）.

　　[6]王一飞等.钢纤维混凝土与泵送技术 [J].建筑技术2003,(1).