浅谈纤维混凝土的质量控制

2014-01-12缪菁

山西交通科技 2014年4期

缪菁

（山西省交通建设工程监理总公司，山西太原 030012）

0 引言

混凝土由于是一种多相复合材料，受各组成材料性质的差异以及施工和养护等方面的影响，导致普通混凝土存在如构件自重大、易塑性干缩开裂、抗疲劳性差、韧性差、抗拉强度低（一般仅为抗压强度的7%～14%）、抗冲击性差等缺陷，随着我国基础设施建设的飞速发展和建筑工程技术的不断革新，公路、铁路、房建、市政、水利等建设项目都对混凝土的性能提出了更高的要求（高性能化和高功能化），这些缺陷极大地限制了其在工程中的使用范围。

上述缺陷是本质性的，不可能通过本身材质的改良来解决，只有采取“复合化”的技术途径，而纤维混凝土由于纤维和混凝土的共同作用，其显著改善了混凝土的力学性能和耐久性能。近年来，我国开始逐步应用纤维混凝土这种新技术来解决工程中日益发生的许多新问题。本文将对纤维混凝土的质量控制谈一些看法。

1 纤维混凝土概述

纤维混凝土是纤维增强混凝土的简称，是一种以传统素混凝土为基体开发出来的新型复合材料，它是将短而细、具有抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好等良好性能的纤维均匀地分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。在纤维混凝土中纤维主要起到阻裂、增强以及增韧等3个方面的作用。一般来说，纤维在混凝土中限制了混凝土早期裂缝的产生以及在外力作用下裂缝的进一步扩展。在纤维混凝土受力初期，纤维与混凝土共同受力，此时混凝土是外力的主要承担者，随着外力的不断增加或者外力持续一定时间，当裂缝扩展到一定程度之后，纤维成为外力的主要承担者，横跨裂缝的纤维极大地限制了混凝土裂缝的进一步扩展。因此，纤维混凝土有效地克服了普通混凝土抗拉强度低、易开裂、抗疲劳性能差等固有缺陷[1]。

与普通混凝土相比，FRC具有较高的抗拉、抗弯拉、抗冲击、抗裂、抗爆和韧性、延性等性能，同时对混凝土的抗渗、防水、抗冻、护筋性等性能也有较大的贡献。

常用的纤维混凝土主要有钢纤维混凝土和合成纤维混凝土。钢纤维混凝土适用于对抗拉、抗剪、弯拉强度和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震、抗爆等性能要求较高的工程或局部部位；合成纤维混凝土适用于非结构性裂缝控制，以及对弯曲韧性和抗冲击性能有一定要求的工程或其局部部位[2]。

2 原材料和配合比质量控制

2.1 原材料

纤维混凝土的原材料应通过优选确定，并严格对原材料的各项性能指标进行试验检验，严把质量关，剔除掉不合格因素。

a）钢纤维可采用碳钢纤维、低合金钢纤维或不锈钢纤维等，钢纤维的形状可为平直形或异形，其种类、规格、质量应符合设计要求。

b）合成纤维可采用聚丙烯晴纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维或聚乙烯醇纤维等，合成纤维可为单丝纤维、束状纤维、膜裂纤维和粗纤维等，合成纤维应为无毒材料，其种类、规格、质量应符合设计要求。

c）钢纤维混凝土宜采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥。

d）宜采用5～25 mm连续级配的粗集料以及级配Ⅱ区中砂。钢纤维混凝土宜选用质地坚硬、级配良好的河砂，不得使用海砂；粗集料应选用质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石或碎卵石，最大粒径不宜大于钢纤维长度的2/3，钢纤维喷射混凝土的集料最大粒径不宜大于10 mm，粗集料颗粒中针、片状颗粒含量不宜大于5%。

e）宜选用高效减水剂，对抗冻性有要求时宜选用引气型减水剂或同时加引气剂和减水剂；钢纤维喷射混凝土宜采用低碱速凝剂。

f）原材料的其他技术要求大致与普通混凝土相同，应满足现行国家及行业标准中相关规定。

2.2 配合比

纤维混凝土的配合比设计应按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2011）标准进行，并应分别满足以下要求。

2.2.1 钢纤维混凝土

钢纤维混凝土配制应符合下列规定：

a）强度等级不应低于CF20，并应满足结构设计对强度等级和抗拉强度（或弯拉强度、弯曲韧度比）的要求。

b）钢纤维体积率应根据设计要求确定，且不应小于0.35%；对高强度（抗拉强度不低于1 000 MPa）的异形钢纤维不应小于0.25%；钢纤维预应力混凝土中钢纤维用量宜为（80±5）kg/m3。

c）水胶比不宜大于0.50，对耐久性有要求的不得大于0.45，水泥用量（或胶凝材料总用量）不宜小于360 kg/m3。

d）稠度可参照同类工程对普通混凝土所要求的稠度确定，其坍落度值可比相应普通混凝土要求值小20 mm，其维勃稠度值与相应的普通混凝土要求值相同。

2.2.2 合成纤维混凝土

合成纤维混凝土配制应符合下列规定：

a）合成纤维混凝土试配时，可不考虑纤维对混凝土抗压强度的影响，按同条件的普通混凝土根据有关规范的规定确定配合比。

b）合成纤维的体积率宜为0.05%～0.3%的范围内选取，也可根据工程要求通过试验和已有工程经验确定掺量，对于桥梁混凝土桥面防水层结构中的保护层纤维混凝土，如设计无规定时，聚丙烯纤维的掺量宜为1.8 kg/m3，聚丙烯晴纤维的掺量宜为1.0 kg/m3。

c）合成纤维混凝土的坍落度可比普通混凝土相应要求降低，当坍落度不满足要求时，可通过改变外加剂掺量或在保持水胶比不变的条件下适当增加用水量来调整。

根据以上理论和规定，先后应用于忻保高速公路、太佳高速公路及和榆高速公路的桥面铺装，所用水泥为普通硅酸盐52.5级水泥；钢纤维采用河北衡水桥闸有限公司钢纤维、上海贝卡尔特一二钢有限公司钢纤维、太原福乾物贸有限公司钢纤维；外加剂主要为山西黄河新型化工高效减水剂、北京中建宏业科技有限公司减水剂。部分试验结果见表1。

表1 每立方米混凝土各材料单位用量 kg

3 施工质量控制

3.1 搅拌

a）应采用强制式搅拌机搅拌，并应配备纤维专用计量和投料设备；投料次序和方法应以搅拌过程中纤维不产生结团，在拌合物中分散均匀，不因搅拌机超负荷而停止运转，出料口不堵塞为原则，宜先将纤维和粗、细集料投入搅拌机干拌，然后再加水泥、矿物掺合料、水和外加剂进行搅拌。

b）搅拌时间应通过现场搅拌试验确定，并应比普通混凝土规定的搅拌时间适当延长1～2 min，采用先干拌后湿拌的搅拌方法时，干拌时间不宜小于1.5 min。

3.2 运输、浇筑

a）应尽量缩短混凝土的运输时间，运输过程中应避免拌合物产生离析。

b）钢纤维混凝土的浇筑方法应保证钢纤维的分布均匀性和结构的连续性；用于泵送钢纤维混凝土的泵的功率，应比泵送普通混凝土的泵的功率大20%；钢纤维喷射混凝土宜采用湿喷工艺。

c）拌合物浇筑倾落的自由高度不应超过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。浇筑应保证纤维分布的均匀性和结构的连续性，在浇筑过程中不得加水。

d）应采用机械振捣，不得采用人工插捣，在保证其振捣密实的同时，应避免分层和离析。

e）钢纤维混凝土的浇筑应避免钢纤维露出混凝土表面。对于竖向结构，宜将模板角修成圆角，可采用模板附着式振动器进行振动；对于上表面积较大的平面结构，宜采用平板式振捣器进行振捣，再用表面带凸棱的金属圆辊将竖起的钢纤维压下，然后用金属圆辊将表面滚压平整，待钢纤维混凝土表面无泌水时，可用金属抹刀抹平，经修整的表面不得裸露钢纤维。

f）当采用三辊轴机组铺筑钢纤维混凝土路面时，应在三辊轴机前方使用表面带凸棱的金属圆辊将钢纤维压下，再用三辊轴机整平施工；当采用滑模摊铺机铺筑钢纤维混凝土路面时，应在挤压底板前方配备机械夯实杆装置，将钢纤维和大颗粒集料压下。