秦 菱 武 衛(wèi) 李 楊

（空軍勤務(wù)學(xué)院機(jī)場工程與保障系江蘇徐州 221000）

試驗用鋼纖維‐鋼筋混凝土板的設(shè)計與制作

秦 菱 武 衛(wèi) 李 楊

（空軍勤務(wù)學(xué)院機(jī)場工程與保障系江蘇徐州 221000）

按照試驗用鋼纖維-鋼筋混凝土板的設(shè)計要求，對材料、用量以及制作過程進(jìn)行了介紹，該設(shè)計制作方案在參考相關(guān)試驗規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程應(yīng)用經(jīng)驗進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)提高水膠比，保證強(qiáng)度的同時降低了施工難度。

鋼纖維-鋼筋混凝土板 配合比設(shè)計 制作工藝

1. 體混凝土配合比設(shè)計

配合比設(shè)計規(guī)范要求鋼纖維混凝土必須滿足抗壓強(qiáng)度等性能方面的需要，同時保證施工易用性和合理的鋼纖維摻入量，以使在工程實際應(yīng)用中既具有優(yōu)異的使用性能又有良好的經(jīng)濟(jì)效益，便于大規(guī)模推廣使用。所用混凝土配合比方案主要依據(jù)研究領(lǐng)域的《鋼纖維混凝土試驗方法》，在工程領(lǐng)域依據(jù)《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》[1]-[3]中的相關(guān)規(guī)定，對C30強(qiáng)度等級鋼纖維混凝土的材料選擇和各組分配合比例進(jìn)行設(shè)計和計算，以此確定試驗用配合比。

(1)確定基體混凝土配制強(qiáng)度

參照普通混凝土配置強(qiáng)度設(shè)計方法，小于C60強(qiáng)度等級的可以按下式計算配置強(qiáng)度：

(2)確定水膠比和砂率

因為水泥與骨料間的粘結(jié)力大小和水泥本身的強(qiáng)度綜合決定了鋼纖維混凝土的強(qiáng)度，即強(qiáng)度的提高基本依賴于水膠比和水泥等級的合理選取，鋼纖維的幾何尺寸參數(shù)（體積摻量與長徑比）主要影響增韌性能和阻裂性能而對強(qiáng)度提高很有限，一般不超過15%。水膠比一定程度上決定著混凝土材料的粘聚性，較低的水膠比意味著較強(qiáng)的粘聚性，能夠有效解決鋼纖維在拌合時過度沉降問題，有利于鋼纖維的均勻分布。因此配置試驗用鋼纖維混凝土的水膠比要求低于0.50，有耐久性需求的則要求低于0.45。另一方面，根據(jù)國內(nèi)鋼纖維混凝土工程的實際施工配合比經(jīng)驗，過低的水膠比容易導(dǎo)致和易性大幅度降低，不利于混凝土拌合以及鋼纖維均勻散布，影響大面積施工，最終造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，因此水膠比的選擇范圍宜為0.40～0.50。

文獻(xiàn)[4]研究了水膠比、砂率對鋼纖維混凝土靜態(tài)和動態(tài)抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果顯示：水膠比取0.33，砂率取37%時鋼纖維混凝土在0.30MPa、0.35MPa、0.40MPa的SHPB沖擊作用下時的動態(tài)抗壓性能均表現(xiàn)為最好。較低的水膠比可以加強(qiáng)骨料之間、骨料與鋼纖維之間的粘聚力，容易形成較高強(qiáng)度。但是考慮到試驗所用試件尺寸較SHPB試驗有大幅增加，且配有受拉鋼筋，過低的水膠比會影響成型試件強(qiáng)度進(jìn)而影響試驗結(jié)果，最終選定的水膠比為0.40，計算水膠比時將減水劑的50%計入水的重量，砂率選取為37%。

(3)確定鋼纖維類型

周楠還在論文中借助SHPB裝置研究了鋼纖維類型對鋼纖維混凝土動態(tài)抗壓強(qiáng)度的影響。試驗結(jié)果顯示，在0.30MPa和0.35MPa兩種氣壓下，波紋型鋼纖維和弓形鋼纖維對動態(tài)抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)效果最明顯；在0.40MPa氣壓下弓形鋼纖維對動態(tài)抗壓強(qiáng)度的強(qiáng)化達(dá)到了33%，效果最為顯著。在靜態(tài)抗壓試驗部分，同樣是弓形鋼纖維的增強(qiáng)表現(xiàn)最突出。因此試驗所用鋼纖維選擇為上海盾堅鋼纖維廠生產(chǎn)的弓形鋼纖維，長徑比為56，抗拉強(qiáng)度為1200MPa，弓形鋼纖維拌合時不容易相互拉結(jié)成團(tuán)，混凝土硬化后又能形成足夠的錨固強(qiáng)度，適合添加在混凝土材料中。

綜合以上分析，初步確定試驗用材料參數(shù)取值，見表1。

表1 鋼纖維混凝土試件材料及參數(shù)

(4)確定鋼纖維混凝土配合比

在鋼纖維混凝土材料參數(shù)確定后，借助絕對體積法計算出單位體積的粗細(xì)骨料的用量。計算公式如式2所示：

首先確定單位體積用水量，進(jìn)而確定水泥用量，通過式2計算得出粗細(xì)骨料總共的重量，再由表1中的砂率求出砂、石子各自所需重量。按照此法可以算得的各個試件所需材料配合比。

2. 件制作過程

試件制作的基本步驟為：模具制作——材料準(zhǔn)備——材料拌合——入模振搗——養(yǎng)護(hù)成型。

(1)模具制作

由于試件尺寸限制，且試件中的鋼纖維給脫模帶來一定困難，特選用木質(zhì)模板作為試件制作的模具，模具底部未封閉，方便脫模與二次使用。

(2)材料準(zhǔn)備

將鋼筋按照設(shè)計尺寸進(jìn)行切割，再用電焊焊接成鋼筋網(wǎng)，共焊接間距120mm鋼筋網(wǎng)5件，間距60mm鋼筋網(wǎng)6件。

粗骨料用流水沖洗3次，平均鋪于地面待晾干后用篩分機(jī)進(jìn)行篩分，選擇10mm的篩網(wǎng)，并濾掉細(xì)小渣滓和雜物。

(3)材料拌合

鋼纖維混凝土施工工藝中最難控制的工序就是鋼纖維與其他組分材料的拌合均勻，因為鋼纖維輕質(zhì)細(xì)長，且極易結(jié)團(tuán)，一旦拌合不就會導(dǎo)致成型的試件中鋼纖維的集中分布或缺失，影響水泥和粗細(xì)骨料的粘接，直接破壞試件整體強(qiáng)度的形成，將對試驗結(jié)果造成較大誤差。因此，在參考相關(guān)文獻(xiàn)后采用機(jī)器攪拌和人工拌合相結(jié)合的手段進(jìn)行材料拌合，每塊板的材料分開拌合，減少拌合時鋼纖維的數(shù)量，以使鋼纖維盡可能均勻分別。首先對各組分材料進(jìn)行機(jī)器干拌，使用一層水泥，一層鋼纖維，一層細(xì)骨料，一層粗骨料交替分次摻加的方法，對材料進(jìn)行充分混合。在進(jìn)行濕拌的時候，由于攪拌機(jī)螺旋槳接觸面積過大，容易使鋼纖維沾水后結(jié)團(tuán)，因此采用人工拌合的方法，最大程度降低鋼纖維分布不均的可能。

(4)入模振搗

模具用重物固定，內(nèi)側(cè)刷上適量脫模劑，底層攤鋪報紙，以避免混凝土材料與地面粘接?；炷敛牧先肽r需要分層加料、分層夯實，第一層加入10mm厚的拌合物并用手持平面振夯機(jī)及時振搗，將鋼筋網(wǎng)用事先綁好的細(xì)鐵絲放于拌合物上方，并確保鐵絲觸及到地面，鋼筋網(wǎng)在鐵絲的支撐下不會因為振搗和壓實而下陷，保護(hù)層厚度容易得到保證。第二層加入20mm厚的拌合物，充分振搗，使拌合物均勻填滿鋼筋網(wǎng)的孔隙。第三層將剩余拌合物全部填入模具中，進(jìn)行最上層的振實和抹平。

(5)養(yǎng)護(hù)成型

試件成型后待室內(nèi)養(yǎng)護(hù)24h后脫模，脫模時輕敲模具四周，使模具與試件分離。養(yǎng)護(hù)時避免風(fēng)吹日曬，脫模后的試件用塑料薄膜覆蓋，每天定時灑水養(yǎng)護(hù)，使試件始終保持濕潤，自然養(yǎng)護(hù)至28d齡期滿，供試驗備用。

3. 語

在相關(guān)混凝土力學(xué)試驗規(guī)范的基礎(chǔ)上，借鑒工程實際經(jīng)驗對試驗用鋼纖維-鋼筋混凝土板的設(shè)計和制作方案進(jìn)行改進(jìn)，提高了試驗用水膠比，改善了鋼纖維混凝土和易性，降低了施工難度，對結(jié)構(gòu)試驗的構(gòu)件制作具有一定參考價值。

[1]哈爾濱建筑工程學(xué)院，大連理工大學(xué)，空軍工程設(shè)計研究局.CECS 13-1989.鋼纖維混凝土試驗方法[S].行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-工程建設(shè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)(CN-CECS)，1989-12-26

[2]大連理工大學(xué).CECS 38-2004.纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-工程建設(shè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)(CN-CECS)，2004-07-30

[3]中國建筑科學(xué)研究院，北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司，中國建筑材料科學(xué)研究總院等.JGJ 55-2011.普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S].行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-建筑工業(yè)(CN-JG)，2011-04-22

[4]周楠.鋼纖維類型對混凝土動力性能的影響試驗研究[D]：〔碩士學(xué)位論文〕.徐州：空軍勤務(wù)學(xué)院，2013

O347.3

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1007-6344（2015）12-0150-01