谈钢纤维高强混凝土的质量控制

赵志峰

(山西四建集团有限公司，山西太原 030012)

0 引言

钢纤维高强混凝土是在高强混凝土基体中均匀掺入适量乱向分布的短钢纤维形成的复合材料［1］。相比于普通混凝土，钢纤维混凝土成功克服了混凝土抗拉强度低、极限延伸率小等缺点，具有较高的抗拉、抗弯、抗剪、抗扭强度，卓越的抗冲击性能，还可使混凝土的收缩性能明显改善，非常值得推广应用。然而钢纤维混凝土的质量控制远高于普通混凝土，如:原材料的选择方面，要防止钢纤维的锈蚀;配合比不易设计;随着钢纤维的掺入，混凝土坍落度明显减小;搅拌过程中钢纤维容易抱团、浇筑后钢纤维分布不均匀等，导致混凝土施工难度明显加大。因此，必须加强钢纤维混凝土的质量控制。

1 原材料的质量控制

钢纤维混凝土原材料主要由水泥、细骨料、粗骨料、钢纤维、外加剂、矿物掺合料、水等组成，做好以上原材料的质量控制以及合理搭配是保证钢纤维混凝土质量的基础。

1)水泥。钢纤维混凝土较普通混凝土而言，为保障钢纤维混凝土的施工性能，通常需要较高的胶凝材料用量，为避免对钢纤维造成锈蚀以及大量矿物掺合料的掺入，钢纤维混凝土宜采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥;再者普通混凝土的劣化或破坏往往出现在界面处，钢纤维混凝土亦是如此，水泥是影响钢纤维粘结强度的主要因素，因此水泥强度等级不宜低于42．5级。

2)细骨料。钢纤维高强混凝土通常具有较大的粘性，且成本远高于普通高强混凝土，因此细骨料宜选用2区的中砂，不宜选用细砂和粗砂，且不得选用海砂，以免对钢纤维造成锈蚀。选用粗砂会降低拌合物的粘聚性，还会导致粉体用量增加，成本加大;选用细砂则不但会加大拌合物的需水量，还会导致外加剂用量的加大，成本增加的同时还会导致混凝土的粘性加大，严重影响拌合物的工作性能。

3)粗骨料。石子应选用连续级配，骨料粒径不宜大于25 mm，且骨料最大粒径不宜大于钢纤维长度的2/3［2］。有研究表明，钢纤维混凝土拌合物的坍落度随着粗骨料粒径的增大而增大，且将粗骨料的粒径增大到钢纤维的3/4是可行的［3］。因此，为保障钢纤维混凝土的施工性能，可适当增加粗骨料的粒径，前提是需保障钢纤维混凝土的强度满足施工要求。

4)钢纤维。钢纤维的增强、增韧效果与钢纤维的长度、直径、长径比、纤维形状和表面特性等因素有关。大量实验研究表明:长度在20 mm～60 mm，直径在0．3 mm ～0．9 mm，长径比在30～80范围内，且表面粗糙的钢纤维，增强效果较佳，宜优先选用凸痕型钢纤维，异混型、波纹型次之，不建议混合掺加不同种类的钢纤维。当超短钢纤维的增韧效果达到施工要求时，宜优先选用，有研究表明:超短钢纤维(长度5 mm～15 mm，长径比10～30)对混凝土的抗压增强效果比普通短钢纤维(长度20 mm～40 mm，长径比40～120)好，且搅拌、成型性能也优于普通短钢纤维［4］。钢纤维的增强作用主要体现在其跨越粗骨料形成的桥架连接效应，与混凝土的粘结至关重要，因此务必保证钢纤维表面的洁净。

5)矿物掺合料。为减少混凝土碳化对钢纤维的锈蚀，钢纤维混凝土中矿物掺合料的用量不宜大于20%。目前，矿物掺合料主要有粉煤灰、矿粉、硅灰。粉煤灰宜选用一级粉煤灰，高质量的粉煤灰，可显著改善钢纤维混凝土的和易性;矿渣的掺入可明显提高钢纤维与混凝土机体的粘结力。大量实验研究表明，粉煤灰与矿粉双掺效果要好于单掺。如钢纤维混凝土的抗压强度能满足施工要求，不建议掺加硅灰，一方面由于硅灰成本较高，另一方面随着硅灰的掺入，会加大混凝土的收缩。

6)外加剂。外加剂是配制高强混凝土的关键组分，对混凝土的性能至关重要，对于钢纤维混凝土，不得选用含氯盐的外加剂。对于高强钢纤维混凝土，建议选用新一代高效减水剂——聚羧酸减水剂，其不但能有效控制混凝土拌合物的坍落度经时损失，而对混凝土的硬化时间影响不大，且具有抗缩性，能够更有效地提高混凝土的耐久性。另外此种外加剂还具有掺量小，减水率高等优点，可明显降低钢纤维混凝土的成本。在高强钢纤维混凝土的配制时，经常出现粘性过大，施工性能不良的现象，建议掺入适量的引气剂，但不得影响混凝土硬化后的性能。

7)水。宜采用自来水。

2 配合比的控制

钢纤维混凝土的施工性能与配合比的设计密切相关，配合比的好坏对混凝土的性能影响巨大。纤维混凝土应用技术规程对于配合比的设计做了些许说明，但仍较模糊，仅为配合比设计大方向的参考。现阶段，对钢纤维混凝土配合比的设计研究众多，但都因试验数据较少，无法得到工程界的认可，钢纤维混凝土配合比的设计仍是一大难题。

针对目前的现状，建议首先采用高强混凝土配合比的设计方法，然后通过调整砂率、外加剂以及用水量来调节钢纤维混凝土的工作性能，期间应保持水灰比不变。因钢纤维的掺入可提高混凝土的抗压强度，因此在高强混凝土配合比设计时，设计强度等级可降低一个强度等级，最后通过实验以及性能测试来确定钢纤维混凝土的最终配合比。

3 搅拌工艺控制

钢纤维混凝土的搅拌工艺与普通混凝土区别较大，主要在于搅拌机的选用、搅拌时间的控制、投料顺序的控制以及钢纤维的投料控制。

1)随着钢纤维的掺入，搅拌难度不仅明显加大，还需保障钢纤维的均匀分散，所以搅拌时应选用强制式搅拌机，在搅拌中还应注意，当钢纤维体积率较高，混凝土稠度较大时，搅拌机一次搅拌量不宜大于其额定搅拌量的80%;2)钢纤维混凝土的搅拌时间应远长于普通混凝土，以利于各组分充分混合、钢纤维的均匀分布以及外加剂作用的充分发挥;3)钢纤维混凝土的拌合宜采用先干拌后湿拌的搅拌工艺。先将水泥、矿物掺合料、粗细骨料投入搅拌机干拌60 s～90 s，干拌过程中由技术人员将钢纤维均匀撒入搅拌机中或有条件的可采用摇筛机或分散机加料，而后再加水和外加剂搅拌180 s。

4 混凝土的运输与浇筑

4．1 钢纤维混凝土的运输

自密实混凝土采用的搅拌运输车应符合现行行业JG/T 5094混凝土搅拌车的规定，同时在运输前，应对搅拌车进行检查，确保搅拌桶内无明水;运输时，设备应始终保持旋转状态，宜以2 r/min～4 r/min的转速搅动。为保障混凝土的工作性能，运输过程中可添加少量增塑剂，以防止混凝土出现离析现象，严禁加水。混凝土的运输时间宜控制在60 min以内。

混凝土运送至浇筑地点进行卸料前，搅拌运输车应高速旋转1 min以上方可卸料，并应在60 min内泵送完毕。泵送前还应检查混凝土的坍落度、扩展度是否满足要求，如不满足要求，可通过添加少量外加剂进行调节，加入外加剂后，搅拌车应至少高速旋转150 s以上，经检测合格后方可卸料。

4．2 钢纤维混凝土的浇筑

因钢纤维混凝土的自重大于普通混凝土，模板方案中对于荷载应以实计算。钢纤维混凝土浇筑时首先应检查模板支撑体系是否支撑到位，浇筑方法应保证钢纤维分布的均匀性和结构的连续性，宜采用多点分散浇筑，严禁从一个方向或侧面向另一方向浇筑，并应避免留置施工缝，否则钢纤维沿接缝表面排列，起不到增强作用。在钢纤维混凝土浇筑过程中尚应严格控制浇筑高度，混凝土垂直下落高度不宜超过1．5 m，当倾落高度大于1．5 m时，应加串筒、斜槽、溜管等辅助工具，还应避免钢纤维露出混凝土表面。

4．3 钢纤维混凝土的振捣

钢纤维混凝土的浇筑过程中，振捣工作至关重要，不但影响着混凝土本身的质量，还关系着钢纤维的作用是否充分发挥。振动器具应以高频振动器为宜，且振动时间要长于普通混凝土，宜控制在10 s～40 s之间，不宜久振或过振，以免出现钢纤维下沉、分层现象，应以钢纤维混凝土无显著下沉、涌现泛浆、无气泡、表面平整、显露出水泥浆为度。

5 钢纤维混凝土的养护

钢纤维混凝土一般流动性较差，在初凝前应设专人进行找修平整，平整时宜先用带凸棱的金属圆筒进行碾压，把裸露在表面的钢纤维以及石子压下去，然后再用金属圆筒进行平整，最后采用金属抹刀抹平。抹平之后应立即覆膜，以防止表面水分散失，出现收缩裂缝。当混凝土终凝后，立即对表面进行洒水养护，表面湿润养护不宜少于14 d。

6 结语

钢纤维在混凝土中是否能充分发挥作用，不但受到原材料、配合比、拌合工艺的影响，与施工过程的控制、施工人员的技术水平也息息相关。要做好钢纤维混凝土的质量控制，务必要从原材料的选用(钢纤维、石子、外加剂的选用)、配合比的设计与试验、混凝土的运输与浇筑、养护以及施工人员的培训等方面加强控制，由此才能更好地保障钢纤维混凝土的质量，充分发挥钢纤维的增强增韧作用。

［1］ 沈荣熹，王璋水，崔玉忠．纤维增强水泥与纤维增强混凝土［M］．北京:化学工业出版社，2006．

［2］ JGJ/T 221-2010，纤维混凝土应用技术规程［S］．

［3］ 赵顺波，钱晓军，陈记豪，等．粗骨料对钢纤维混凝土性能影响的试验研究［J］．混凝土与水泥制品，2006(5):45-48．

［4］ 曹国娥，欧志华，刘亚君．钢纤维形状特征对钢纤维混凝土力学性能的影响［J］．新型建筑材料，2002(2):71-72．