趙志峰

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西太原 030012)

0 引言

鋼纖維高強(qiáng)混凝土是在高強(qiáng)混凝土基體中均勻摻入適量亂向分布的短鋼纖維形成的復(fù)合材料［1］。相比于普通混凝土，鋼纖維混凝土成功克服了混凝土抗拉強(qiáng)度低、極限延伸率小等缺點(diǎn)，具有較高的抗拉、抗彎、抗剪、抗扭強(qiáng)度，卓越的抗沖擊性能，還可使混凝土的收縮性能明顯改善，非常值得推廣應(yīng)用。然而鋼纖維混凝土的質(zhì)量控制遠(yuǎn)高于普通混凝土，如:原材料的選擇方面，要防止鋼纖維的銹蝕;配合比不易設(shè)計(jì);隨著鋼纖維的摻入，混凝土坍落度明顯減小;攪拌過程中鋼纖維容易抱團(tuán)、澆筑后鋼纖維分布不均勻等，導(dǎo)致混凝土施工難度明顯加大。因此，必須加強(qiáng)鋼纖維混凝土的質(zhì)量控制。

1 原材料的質(zhì)量控制

鋼纖維混凝土原材料主要由水泥、細(xì)骨料、粗骨料、鋼纖維、外加劑、礦物摻合料、水等組成，做好以上原材料的質(zhì)量控制以及合理搭配是保證鋼纖維混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)。

1)水泥。鋼纖維混凝土較普通混凝土而言，為保障鋼纖維混凝土的施工性能，通常需要較高的膠凝材料用量，為避免對(duì)鋼纖維造成銹蝕以及大量礦物摻合料的摻入，鋼纖維混凝土宜采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥;再者普通混凝土的劣化或破壞往往出現(xiàn)在界面處，鋼纖維混凝土亦是如此，水泥是影響鋼纖維粘結(jié)強(qiáng)度的主要因素，因此水泥強(qiáng)度等級(jí)不宜低于42．5級(jí)。

2)細(xì)骨料。鋼纖維高強(qiáng)混凝土通常具有較大的粘性，且成本遠(yuǎn)高于普通高強(qiáng)混凝土，因此細(xì)骨料宜選用2區(qū)的中砂，不宜選用細(xì)砂和粗砂，且不得選用海砂，以免對(duì)鋼纖維造成銹蝕。選用粗砂會(huì)降低拌合物的粘聚性，還會(huì)導(dǎo)致粉體用量增加，成本加大;選用細(xì)砂則不但會(huì)加大拌合物的需水量，還會(huì)導(dǎo)致外加劑用量的加大，成本增加的同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致混凝土的粘性加大，嚴(yán)重影響拌合物的工作性能。

3)粗骨料。石子應(yīng)選用連續(xù)級(jí)配，骨料粒徑不宜大于25 mm，且骨料最大粒徑不宜大于鋼纖維長(zhǎng)度的2/3［2］。有研究表明，鋼纖維混凝土拌合物的坍落度隨著粗骨料粒徑的增大而增大，且將粗骨料的粒徑增大到鋼纖維的3/4是可行的［3］。因此，為保障鋼纖維混凝土的施工性能，可適當(dāng)增加粗骨料的粒徑，前提是需保障鋼纖維混凝土的強(qiáng)度滿足施工要求。

4)鋼纖維。鋼纖維的增強(qiáng)、增韌效果與鋼纖維的長(zhǎng)度、直徑、長(zhǎng)徑比、纖維形狀和表面特性等因素有關(guān)。大量實(shí)驗(yàn)研究表明:長(zhǎng)度在20 mm～60 mm，直徑在0．3 mm ～0．9 mm，長(zhǎng)徑比在30～80范圍內(nèi)，且表面粗糙的鋼纖維，增強(qiáng)效果較佳，宜優(yōu)先選用凸痕型鋼纖維，異混型、波紋型次之，不建議混合摻加不同種類的鋼纖維。當(dāng)超短鋼纖維的增韌效果達(dá)到施工要求時(shí)，宜優(yōu)先選用，有研究表明:超短鋼纖維(長(zhǎng)度5 mm～15 mm，長(zhǎng)徑比10～30)對(duì)混凝土的抗壓增強(qiáng)效果比普通短鋼纖維(長(zhǎng)度20 mm～40 mm，長(zhǎng)徑比40～120)好，且攪拌、成型性能也優(yōu)于普通短鋼纖維［4］。鋼纖維的增強(qiáng)作用主要體現(xiàn)在其跨越粗骨料形成的橋架連接效應(yīng)，與混凝土的粘結(jié)至關(guān)重要，因此務(wù)必保證鋼纖維表面的潔凈。

5)礦物摻合料。為減少混凝土碳化對(duì)鋼纖維的銹蝕，鋼纖維混凝土中礦物摻合料的用量不宜大于20%。目前，礦物摻合料主要有粉煤灰、礦粉、硅灰。粉煤灰宜選用一級(jí)粉煤灰，高質(zhì)量的粉煤灰，可顯著改善鋼纖維混凝土的和易性;礦渣的摻入可明顯提高鋼纖維與混凝土機(jī)體的粘結(jié)力。大量實(shí)驗(yàn)研究表明，粉煤灰與礦粉雙摻效果要好于單摻。如鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度能滿足施工要求，不建議摻加硅灰，一方面由于硅灰成本較高，另一方面隨著硅灰的摻入，會(huì)加大混凝土的收縮。

6)外加劑。外加劑是配制高強(qiáng)混凝土的關(guān)鍵組分，對(duì)混凝土的性能至關(guān)重要，對(duì)于鋼纖維混凝土，不得選用含氯鹽的外加劑。對(duì)于高強(qiáng)鋼纖維混凝土，建議選用新一代高效減水劑——聚羧酸減水劑，其不但能有效控制混凝土拌合物的坍落度經(jīng)時(shí)損失，而對(duì)混凝土的硬化時(shí)間影響不大，且具有抗縮性，能夠更有效地提高混凝土的耐久性。另外此種外加劑還具有摻量小，減水率高等優(yōu)點(diǎn)，可明顯降低鋼纖維混凝土的成本。在高強(qiáng)鋼纖維混凝土的配制時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)粘性過大，施工性能不良的現(xiàn)象，建議摻入適量的引氣劑，但不得影響混凝土硬化后的性能。

7)水。宜采用自來水。

2 配合比的控制

鋼纖維混凝土的施工性能與配合比的設(shè)計(jì)密切相關(guān)，配合比的好壞對(duì)混凝土的性能影響巨大。纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程對(duì)于配合比的設(shè)計(jì)做了些許說明，但仍較模糊，僅為配合比設(shè)計(jì)大方向的參考?，F(xiàn)階段，對(duì)鋼纖維混凝土配合比的設(shè)計(jì)研究眾多，但都因試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，無法得到工程界的認(rèn)可，鋼纖維混凝土配合比的設(shè)計(jì)仍是一大難題。

針對(duì)目前的現(xiàn)狀，建議首先采用高強(qiáng)混凝土配合比的設(shè)計(jì)方法，然后通過調(diào)整砂率、外加劑以及用水量來調(diào)節(jié)鋼纖維混凝土的工作性能，期間應(yīng)保持水灰比不變。因鋼纖維的摻入可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，因此在高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)可降低一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，最后通過實(shí)驗(yàn)以及性能測(cè)試來確定鋼纖維混凝土的最終配合比。

3 攪拌工藝控制

鋼纖維混凝土的攪拌工藝與普通混凝土區(qū)別較大，主要在于攪拌機(jī)的選用、攪拌時(shí)間的控制、投料順序的控制以及鋼纖維的投料控制。

1)隨著鋼纖維的摻入，攪拌難度不僅明顯加大，還需保障鋼纖維的均勻分散，所以攪拌時(shí)應(yīng)選用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，在攪拌中還應(yīng)注意，當(dāng)鋼纖維體積率較高，混凝土稠度較大時(shí)，攪拌機(jī)一次攪拌量不宜大于其額定攪拌量的80%;2)鋼纖維混凝土的攪拌時(shí)間應(yīng)遠(yuǎn)長(zhǎng)于普通混凝土，以利于各組分充分混合、鋼纖維的均勻分布以及外加劑作用的充分發(fā)揮;3)鋼纖維混凝土的拌合宜采用先干拌后濕拌的攪拌工藝。先將水泥、礦物摻合料、粗細(xì)骨料投入攪拌機(jī)干拌60 s～90 s，干拌過程中由技術(shù)人員將鋼纖維均勻撒入攪拌機(jī)中或有條件的可采用搖篩機(jī)或分散機(jī)加料，而后再加水和外加劑攪拌180 s。

4 混凝土的運(yùn)輸與澆筑

4．1 鋼纖維混凝土的運(yùn)輸

自密實(shí)混凝土采用的攪拌運(yùn)輸車應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)JG/T 5094混凝土攪拌車的規(guī)定，同時(shí)在運(yùn)輸前，應(yīng)對(duì)攪拌車進(jìn)行檢查，確保攪拌桶內(nèi)無明水;運(yùn)輸時(shí)，設(shè)備應(yīng)始終保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，宜以2 r/min～4 r/min的轉(zhuǎn)速攪動(dòng)。為保障混凝土的工作性能，運(yùn)輸過程中可添加少量增塑劑，以防止混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，嚴(yán)禁加水?；炷恋倪\(yùn)輸時(shí)間宜控制在60 min以內(nèi)。

混凝土運(yùn)送至澆筑地點(diǎn)進(jìn)行卸料前，攪拌運(yùn)輸車應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)1 min以上方可卸料，并應(yīng)在60 min內(nèi)泵送完畢。泵送前還應(yīng)檢查混凝土的坍落度、擴(kuò)展度是否滿足要求，如不滿足要求，可通過添加少量外加劑進(jìn)行調(diào)節(jié)，加入外加劑后，攪拌車應(yīng)至少高速旋轉(zhuǎn)150 s以上，經(jīng)檢測(cè)合格后方可卸料。

4．2 鋼纖維混凝土的澆筑

因鋼纖維混凝土的自重大于普通混凝土，模板方案中對(duì)于荷載應(yīng)以實(shí)計(jì)算。鋼纖維混凝土澆筑時(shí)首先應(yīng)檢查模板支撐體系是否支撐到位，澆筑方法應(yīng)保證鋼纖維分布的均勻性和結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，宜采用多點(diǎn)分散澆筑，嚴(yán)禁從一個(gè)方向或側(cè)面向另一方向澆筑，并應(yīng)避免留置施工縫，否則鋼纖維沿接縫表面排列，起不到增強(qiáng)作用。在鋼纖維混凝土澆筑過程中尚應(yīng)嚴(yán)格控制澆筑高度，混凝土垂直下落高度不宜超過1．5 m，當(dāng)傾落高度大于1．5 m時(shí)，應(yīng)加串筒、斜槽、溜管等輔助工具，還應(yīng)避免鋼纖維露出混凝土表面。

4．3 鋼纖維混凝土的振搗

鋼纖維混凝土的澆筑過程中，振搗工作至關(guān)重要，不但影響著混凝土本身的質(zhì)量，還關(guān)系著鋼纖維的作用是否充分發(fā)揮。振動(dòng)器具應(yīng)以高頻振動(dòng)器為宜，且振動(dòng)時(shí)間要長(zhǎng)于普通混凝土，宜控制在10 s～40 s之間，不宜久振或過振，以免出現(xiàn)鋼纖維下沉、分層現(xiàn)象，應(yīng)以鋼纖維混凝土無顯著下沉、涌現(xiàn)泛漿、無氣泡、表面平整、顯露出水泥漿為度。

5 鋼纖維混凝土的養(yǎng)護(hù)

鋼纖維混凝土一般流動(dòng)性較差，在初凝前應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行找修平整，平整時(shí)宜先用帶凸棱的金屬圓筒進(jìn)行碾壓，把裸露在表面的鋼纖維以及石子壓下去，然后再用金屬圓筒進(jìn)行平整，最后采用金屬抹刀抹平。抹平之后應(yīng)立即覆膜，以防止表面水分散失，出現(xiàn)收縮裂縫。當(dāng)混凝土終凝后，立即對(duì)表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，表面濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)不宜少于14 d。

6 結(jié)語

鋼纖維在混凝土中是否能充分發(fā)揮作用，不但受到原材料、配合比、拌合工藝的影響，與施工過程的控制、施工人員的技術(shù)水平也息息相關(guān)。要做好鋼纖維混凝土的質(zhì)量控制，務(wù)必要從原材料的選用(鋼纖維、石子、外加劑的選用)、配合比的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)、混凝土的運(yùn)輸與澆筑、養(yǎng)護(hù)以及施工人員的培訓(xùn)等方面加強(qiáng)控制，由此才能更好地保障鋼纖維混凝土的質(zhì)量，充分發(fā)揮鋼纖維的增強(qiáng)增韌作用。

［1］ 沈榮熹，王璋水，崔玉忠．纖維增強(qiáng)水泥與纖維增強(qiáng)混凝土［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

［2］ JGJ/T 221-2010，纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］ 趙順波，錢曉軍，陳記豪，等．粗骨料對(duì)鋼纖維混凝土性能影響的試驗(yàn)研究［J］．混凝土與水泥制品，2006(5):45-48．

［4］ 曹國(guó)娥，歐志華，劉亞君．鋼纖維形狀特征對(duì)鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響［J］．新型建筑材料，2002(2):71-72．