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泵送钢纤维混凝土在地下工程施工中的应用

摘要：钢纤维混凝土作为一种新型复合材料，已成为混凝土科学发展的一个方向，并以其良好的抗裂性、弯曲韧性、抗托与抗弯强度等性能，正广泛应用于各类工程建设领域。阐述了特定的现场拌制条件下，象送钢纤维混凝土在地下上程施工中的应用。关键词：钢纤维混凝土；泵送混凝土；配合比；地下工程　　纤维混凝土是以水泥浆或混凝土为基材，以金属材料、无机纤维或增强材料组成的一种复合材料。钢纤维混凝土就是在混凝土基体中掺入适量的钢纤维和添加剂的一种混凝土基复合材料。在混凝土中掺人适量钢纤维后，有效地改善了混凝土机体的微观结构，使混凝土在抗拉、抗剪、抗弯强度及抗爆、耐磨、抗、巾击、抗裂等性能方面都有较大提高，同时使结构的刚度及承载力等各项性能也有所改善。另外，钢纤维的存在，减小了混凝土碳化收缩的不利影响，对混凝土的碳化起到了抑制作用。由于钢纤维混凝土具有较多的优良性能，并能成批生产，价格比较便宜，施工比较方便，故受到工程界的普遍关注。 1 泵送钢纤维混凝土的配制 1．1 钢纤维的技术要求及选用　　钢纤维常用体积率为0．35% ～1．5%，最大不宜超过2% ；　　必须具有合适的尺寸范围和长径比，一般尺寸范围是20一60 mm，长径比为30一80，以搅拌时不结团、不折断，混凝土破坏时不被拔出为宜；　　钢纤维要具有较高的强度和韧性，一般强度≮380 MPa，韧性以弯折试验时，钢纤维柱围绕直径3 mm的圆钢杆弯折到900不折断为宜；　　纤维表面不应有油污等影响粘接的杂质，不应有浮锈和妨碍与水泥基体粘结的有害涂层或金属镀膜。 1．2 配制原则及方法　　钢纤维混凝土要求混凝土强度符合设计要求，具有较大的坍落度，较好的粘聚性，不泌水、不离析，钢纤维在拌合过程中不折断、不结团，易于泵送，且在破坏的硬化体中，钢纤维不产生拔出现象。　　配制的基本方法是建立在钢纤维混凝土拌合料的特性及其硬化后的强度基础上的。其主要目的是根据使用要求，合理确定拌合料的水灰比、钢纤维体积率、单位用水量和砂率等4个基本参数，由此，即可算出各组成材料的用量。 2 工程应用 2．1 工程概况　　某国防工程位于埋深320 m的地下，其几部通道采用C40钢筋钢纤维混凝土衬砌。由于受力复杂，钢筋稠密，衬砌厚度达250 cm，采用现场配制、运输、泵送工艺施工。经过试验室多次试验，配制出了易于施工的钢纤维泵送混凝士，并在此基础上与同标号的普通混凝土做了对比试验，验证了钢纤维混凝土的优良性能，在施工中取得了良好的效果。 2．2 泵送钢纤维混凝土的材料选择及配合比 2．2．1 钢纤维的选择　　钢纤维尺寸过大、过小或有表面缺陷，均会影响混凝土的和易性和力学性能。为满足钢纤维的增强效果与施性能，通过钢纤维混凝土试验，选用嘉兴经纬钢纤维有限公司生产的切削型钢纤维，两端弯曲，长度25～40 mm，直径0．53～0．57 mm，长径比64，抗拉强度1145～1545 MPa。 2．2．2 混凝土原材料选用　　混凝土原材料的选用包括水泥，粗、细骨料，掺合料及外加剂和水的选用。　　水泥：选用产量大、质量稳定的秦岭水泥厂产P．042．5级散装水泥，强度富余系数γc =1．15，与外加剂适应性良好。　　细骨料：选用当地天然优质河砂，细度模数2．5，含泥量1．8%，级配良好。　　粗骨料：钢纤维用的粗骨料，应选用质地坚硬、级配良好的碎石。粒径过大或过小，都会影响钢纤维在混凝土中均匀分布及其增强的效果。选用当地铁道碎石厂碎石，其粒径规格为5～20 mm，针片状含量5．8%、压碎指标值6．8% 、含泥量0．5%。　　矿物掺合料：混凝土中加入钢纤维之后，其流动性会变差，且为泵送施工，需利用矿物掺合料的叠加效应，优化搅拌、运输和施工工艺。粉煤灰能减少混凝上干缩和徐变，降低水化热，提高}昆凝土的后期强度。本工程掺用宝鸡二电厂生产的臌散装粉煤灰。　　外加剂：选用陕西天石产TSH—l型高效泵送剂，掺量5%时，混凝土减水率可达20%。　　拌合水：可饮用自然水。 2．2．3 配合比设计中钢纤维掺量的确定　　在预先设计的C40泵送混凝土配合比基础上调整钢纤维掺量进行掺量验证，选择钢纤维掺量70、95、110 kg／m3 进行试验对比，见表1。　　　　由表1可以看出，第2组试验通过调整砂率和水泥用量完全可以达到要求。为保证钢纤维混凝土设计的优良特性，采用掺量为95 kg／m3。 2．2．4 配合比的调整及确定由于在实际工程中，影响钢纤维混凝土性能的因素很多，为了符合施工实际，还需要对钢纤维混凝土配合比进行试验调整。钢纤维混凝土砂率支配着钢纤维在混凝土中的分散度和钢纤维混凝土的稠度，并对强度有影响。根据混凝土基体试配强度推算出水灰比为0．35，以W／C=0．35为中间值进行W／C为0．33、0．35、0．37的平行试验，见表2。　　　　　　钢纤维混凝土配合比要考虑设计要求的抗压、抗折等级，还要顾及施工方便。在常用的C40泵送混凝土配合比基础上，调整砂率，适当增加胶凝材料的总量，共试拌13个配合比。通过综合比较试拌混凝土的抗压、抗折强度、和易性、钢纤维分布情况等，最终确定泵送钢纤维混凝土配合比，见表3。 2．2．5 泵送钢纤维混凝土的优良性能　　通过表3可看出，C40泵送钢纤维混凝土比同标号泵送?昆凝土水泥用量多，砂率高，28 d抗压强度稍大，抗折强度明显提高；通过破坏情况可以看出，泵送钢纤维混凝土具有较好的韧性和耐冲、抗裂、抗爆性能。 2．3 施工与质量控制 2．3．1 施工工艺　　在完成室内试验，选定最佳配合比后，必须从原材料进场检测，混凝土搅拌站计量上料、拌合、出料坍落度检测、混凝土试件留取、泵送混凝土运输、施工现场作业、以及混凝土养护等工序入手，严格控制各道工序，确保现场施工质量。 2．3．1．1 钢纤维混凝土的搅拌　　钢纤维的搅拌方法对钢纤维混凝土中钢纤维的分散均匀十分重要。必须避免钢纤维的结团从而影响混凝土性能，故在拌制过程中采用强制式搅拌机，采用干拌和湿拌二次搅拌工艺，采取合理的投料顺序以及正确的拌制方法，同时适当延长搅拌时问，使钢纤维在混凝土中均匀分散，达到预期的增强效果。　　投料顺序：向搅拌机中先加入砂石，再加入钢纤维，搅拌30 s后加入水泥；再搅拌30 s，加入水和外加剂，搅拌120 s后即可出鼓。由于钢纤维混凝土粘聚性较普通混凝土大，搅拌机一次投料不宜大于额定搅拌量的80%，台则搅拌机可能囚负倚大而使钢纤维混凝十搅拌匀。搅拌时间较普通混凝土规定搅拌时间延长1～2 min，整个搅拌时间≮3 min。为使钢纤维能均匀分散于混凝土中，把钢纤维加入骨料中时可采用摇筛分层加入。 2．3．1．2 钢纤维混凝土的运输和泵送　　钢纤维混凝土拌合料的运输可采用与普通混凝相同的运输方法，即由搅拌运输车运至泵送站。由于运输过程中坍落度和含气量都会有损失，拌合料稠度下降，且钢纤维混凝土更容易离析，所以应尽量缩短运输距离和时问，否则会造成卸料困难和影响浇筑质量。　　为避免混凝土离析，搅拌运输车将拌好的钢纤维混凝土运到施工现场后，先高速转动装筒1min使筒内拌合物均匀，再出料入泵。泵送至施工位置后，沿通道两侧长度方向由一端向另一端退着来回摊铺。 2．3．1．3 钢纤维混凝土的浇筑振捣　　钢纤维混凝士的浇筑振捣，是控制施工质量的重要环节。钢纤维浇筑方法可采用与普通混凝土相同的浇筑方法，其特殊性是对浇筑的间断、冷缝等更为敏感，当因浇筑产生前后浇灌拌合料的界面时，纤维即被界面分割，界面上纤维的增强增韧效能消失，对结构抗力十分小利。所以浇筑方法一定要保证钢纤维分布的均匀性和结构的连续性。在规定的一个必须连续浇灌的区域内，浇注施工不得中断。　　钢纤维混凝土严禁采用人工插捣。插捣会将钢纤维击向下方，使之分布不匀。应采用机械振捣，采用表面振动器或附着式震动器振捣密实，限制使用插入式振捣器。振动时间较普通混凝土适当延长，以混凝土袁面呈现浮浆、混凝土不再下沉为准，以免机械电机磁场影响钢纤维的无序排列。稠度相同的钢纤维混凝土看起来比普通混凝土略为干涩，但经振捣后仍表现为较好的和易性，因此不得因拌合料十涩而加水。漏振和过振对钢纤维混凝土的质量都不利。漏振产生的不密实对于钢纤维混凝土可能比普通混凝土还严重。过振则会引起钢纤维下沉，这对结构的抗力是不利的。 2．3．2 质量控制 2．3．2．1 质量检验　　质量检验是控制施工质量的重要组成部分。要按现行有关混凝土结构工程施上与验收规范的规定，严格检验原材料、混凝土配制与浇筑施工的各个环节。　　严格原材料检验，包括：水、水泥、砂、粗粒骨料、钢纤维、外加剂、掺合料等各项检验，确保使用优质原材料。　　加强现场施工计量，严格按照配比施工。　　现场试验员按有关规程做好出机混凝土坍落度的检验，确保新搅拌混凝土性能稳定。　　钢纤维均匀性控制与检验：拌合物中钢纤维的均匀性十分重要，每个台班应做二次钢纤维体积率榆查。通常采用水洗法检查钢纤维在拌合物中的均匀性，具体方法是用5 L的容积升将随机取样的钢纤维混凝土拌合物用水冲洗干净装入，放在振动台上刮平，称重。然后取出钢纤维烘干称其质晕，计算钢纤维的体积率。在整个生产过程中，要求检验的体积率与设计要求的差值波动范围不超过±10% 。 2．3．2．2 试件制作与养护　　钢纤维的配比对混凝土强度影响较大，所以试件的制作也与普通混凝土有所不同。抗压试件宜分层投料、人工捣固、水平方向左右晃动试模，待基本密实后，再放在振动台上，边振动边分批投料，振动密实后抹平，避免钢纤维裸露在试件表面。由于钢纤维混凝土配合比采用了比较大的砂率和胶结材料用量，浇筑后的混凝土水化热峰值相对较高，因此在钢纤维混凝土浇筑后应及时采取保温、保湿养护措施，用厚塑料薄膜密封，再用拧干的无游离水的湿麻袋覆盖，隔一定间距向塑料布内插入水管注水，用不间断的保水养护，养护时间≮10 d。 4 结语　　在混凝土中掺入钢纤维后，改变了混凝土的破坏形态，由无纤维的脆性断裂向纤维含量较高时的延性破坏，初裂强度和极限强度明显提高，并且钢纤维用于混凝土结构不仅仅是阻裂和增韧，在许多场合下钢纤维参与结构受力，从而改善无筋混凝土、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的性能。钢纤维混凝土的抗冲击、抗爆破、抗受拉破坏的能力较普通混凝土高，它有较好的塑性变形。在变形过程中能吸收大量变形能，冈而破坏不是突发性的，破坏时构件不会发生骤然崩裂和碎块飞散现象，因此，钢纤维混凝土抗爆裂和防破碎有着独特的优越性。钢纤维混凝土优良的韧性还可以适应围岩变形荷载，保持围岩的整体和稳定性，所以钢纤维混凝土在地下工程中有着广泛的应用。

原作者：刘文庆　王鸷

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发布：2007-08-14 12:51 编辑：泛普软件 · xiaona [打印此页] [关闭]

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