钢纤维喷射混凝土的试验方法及应用技术

梁伟

（中铁二十四局集团安徽工程有限公司 安徽 合肥 230011）

钢纤维混凝土是在混凝土中均匀的掺加适量乱向分布的短钢纤维的复合材料，它不仅具有混凝土本身的优点，由于钢纤维的掺入，更使混凝土基体产生增强、增韧以及阻裂的效果。钢纤维喷射混凝土则是以压缩的空气为动力，用喷射机喷敷于工程结构物面上的钢纤维混凝土，按照施工方法可以分为干喷、湿喷以及半湿喷三种。

1 钢纤维喷射混凝土的特点

1.1 强度高、韧性好。抗拉强度可以提高10%~50%，抗剪强度平均提高60%~80%，对混凝土的裂缝控制效果更为突出，提高裂后的强度，有效的阻止裂缝的扩大，具有很高的韧性，钢纤维混凝土也具有很好的抗冲击、抗疲劳、抗震动、抗爆炸等性能。

1.2 施工方便。施工时可以省去钢筋网的架设，钢纤维混凝土在没有钢筋网时也可以达到和岩石很好的黏结，施工方便，同时节省了工程量，钢纤维喷射混凝土的集料回弹率比普通的喷射混凝土小5%~10%，降低了造价。

2 钢纤维混凝土的力学性能及试验方法

2.1 抗压、弯拉强度要求及试验方法

抗压强度是评定喷射质量的一个参考指标，钢纤维喷射混凝土的抗压强度要能够达到设计要求的强度等级，钢纤维混凝土的强度等级不小于CF30，评定方法和普通的混凝土评定方法大致相同。

弯拉强度要复合相关规范的要求，一般情况下要符合下表。

?

2.2 弯曲韧性要求及试验方法

为了保证结构在围岩变形和岩块坍落等荷载的作用下，钢纤维喷射混凝土有足够的承载力和耗能能力，确保围岩和结构的安全性和稳定性，要对钢纤维喷射混凝土的韧性指标做出严格要求。

一般采用较为简单的方法，采用韧度比规定的韧性要求，确保钢纤维喷射混凝土的韧度比大于等于0.70。

2.3 试件制备和试验的特殊要求

在试配阶段可以采用拌合模筑方法进行成型，研究其各组分的最佳配合比、所能达到的强度、外加剂和掺合料的适用性等。但是在正式配合比和施工检验时则必须采用喷射成型切割的试件进行，因为模筑和喷射的成型的混凝土有很大的差别。

采用喷射大板成型切割而成的试块进行弯曲韧性和积累耗能的试验，模板可以采用钢模板或者木模板，保证底部模板具有足够的强度，高度和切割后的截面高度保持相同，喷射时模板底部要与水平呈45°夹角，喷射用的其他设备尽可能的与施工时相同，完成后养护7天进行切割处理。

试件切割时舍弃边沿的 125mm，梁试件可以切割成100mm×100mm×350mm或者75mm×125mm×600mm，板试件可以切割成600mm×600mm。试验时将喷射的顶面放在受拉面。

喷射混凝土和岩面或者混凝土面的黏结强度试验可以采用现场拉拔法，或者切割试件直接拉伸法进行测量。拉拔法是采用钻芯法进行钻取芯样，直径在50～60mm为宜，在圆芯面上用高强树脂贴上拉拔连接件，使用千斤顶、荷载传感器和小型承力架组成的试验装置对喷射混凝土芯样进行拉拔，利用最大拔出力计算黏结强度。切割试件直接拉伸方法则是钻到喷层的一定深度，在取出磨平处理后将两端粘帖受拉夹具，然后在试验机上做拉伸试验。试验时要注意保证是轴向拉伸，不能有偏心受拉的现象，不然测出数据会相对较小。

3 钢纤维喷射混凝土的施工要点

施工方法有干喷法、湿喷法以及半湿喷法三种，半湿喷法是前两种结合而成的，具体施工时要根据实际情况，合理的选择施工方法进行操作。

3.1 喷射作业

受喷面的处理，使用高压风、高压水进行冲洗处理，清除岩面上的灰尘、杂物。保持受喷面稍微潮湿的状态，太干或者太湿都不利于混凝土的喷射，受喷面有软土地质时，先用砂浆进行抹面，使其达到能够受喷的坚硬状态。

喷射操作，喷射前要对操作人员进行专门的培训，喷射时喷射口要和受喷面保持1m左右的距离，按照连续式小圆形或者椭圆旋喷的方法，每次压半圈进行。

压缩空气的要求，压缩空气是喷射的动力，施工时要选择合适的空气压缩机，合适的气压进行。

3.2 钢纤维喷射混凝土的回弹问题

喷射过程中，会有一部分物料弹落下来没有和受喷面粘结到一起，发生回弹现象，回弹物料占喷射物料的百分比称为回弹率。

混凝土的配合比和喷射作业的操作都影响回弹率的大小，集料粒径较大、级配不合理、砂率低时都会造成回弹率增高的现象，另外喷射气压、角度、距离以及喷射时具体动作都会使回弹率增大。

4 钢纤维喷射混凝土的工程应用

4.1 隧道和地下工程的衬砌与支护

可以代替喷射混凝土和锚杆挂网喷射混凝土作为单层衬砌；采用复合衬砌时主要用途为：控制隧道开挖初期的围岩变形，在高地应力区软弱围岩及膨胀性围岩中较多运用，防止破碎围岩的岩块坍落，防止高地应力引起的岩爆现象；采用明挖法修建地下工程时，可以使用钢纤维喷射混凝土作为边坡支护；用于加固、修补已有的衬砌支护结构。

采用钢纤维喷射混凝土作为单层衬砌的隧道和地下工程围岩要符合以下条件：围岩没有明显的变形，或者变形已经趋于稳定；可以保证岩面和喷敷层的黏结力满足设计要求；岩面没有涌水和淋水等现象。

复合衬砌是一种优选的支护方法，在使用时根据围岩的分类和以往的工程经验来确定喷层的厚度，一般情况下喷射层的厚度不宜大于150mm，在大面积淋水、不良地质围岩以及严寒冻害地区，考虑使用其他的支护结构。

4.2 结构和构筑物的修补与加固

钢纤维喷射混凝土的修补与加固功能有很大的优越性，对于桥墩、坝面和墙体结构的加固可以省去很大支摸工作量，喷射在混凝土和受喷面有很好的黏结性能，具有较好的韧性，对原混凝土和砌体有一定的约束作用，不仅增补了钢筋，还对抗剪、弯拉起到了很好的加强作用。由于抗裂性能好，还可以作为防渗层使用。

具体运用时主要对以下情况使用：

代替钢丝网砂浆或者钢筋网模筑混凝土对砌体进行加固；对火灾、碰撞的混凝土结构损伤进行修补加固；代替由于设计不当、施工不良等使建筑物结构质量缺陷或者承载力不足的模筑混凝土。

4.3 挡水建筑物面板的防渗和加固作用

水工挡水建筑物因混凝土收缩、温度应力、冻融损害以及施工不良等原因，会产生裂缝、破损，严重时会引起渗漏危害坝体的安全。采用钢纤维喷射混凝土进行防渗加固是一种较为理想的方法。可以解决在水中支摸具困难的情形，使加补层具有较高的抗裂性和韧性，从而具有较高的抗渗性和耐久性能。

［1］GB50009－2002混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

［2］邓宗才.高性能合成纤维混凝土[M].北京：科学出版社，2003.

［3］徐至钧.纤维混凝土技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.

［4］李继业，编著.新型混凝土实用技术手册[M].北京：化工工业出版社，2005.