钢纤维砼在钢筋砼框架结构梁柱节点中的应用

文/王淑成 山东信诚建筑规划设计有限公司 山东东营 257000

框架节点是一个重要的结构部位, 它在框架中起着传递和分配内力, 保证结构整体性的作用。框架结构梁柱节点核心区受力非常复杂, 结构受力要求现浇钢筋砼框架结构, 梁板及柱的砼, 节点核心区的砼根据标高不同而采取不同的强度等级。从结构构件的受力状态和重要性考虑, 无疑是合理和正确的, 但却增加了施工过程及施工难度。若交接面处两种不同强度等级的砼结合不好,特别是节点核心区低强度的砼代替高强度的砼,不但违背了节点核心区砼强度等级与柱相同的规范要求, 而且给工程带来隐患和缺陷。节点的刚度主要取决于节点核心区的砼强度。某工程电信生产楼, 建筑面积23800m2 , 框架结构, 设防烈度8 度, 建筑类别乙类。主楼9 层, 高48.45m, 局部13 层, 高66.5m , 上部发射塔。根据审查报告、设计单位对本工程高度及竖向规则性超限采取的抗震设防设计变更之一, 就是所有梁柱节点砼改为钢纤维砼, 以加强结构的整体性和抗震设防性能。

1、钢筋砼的结构特性

目前，钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式，占总数的绝大多数，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区。混凝土是水泥与骨料的混合物。当加入一定量水分的时候，水泥水化形成微观不透明晶格结构从而包裹和结合骨料成为整体结构。通常混凝土结构拥有较强的抗压强度。但是混凝土的抗拉强度较低，通常只有抗压强度的十分之一左右，任何显著的拉弯作用都会使其微观晶格结构开裂和分离从而导致结构的破坏。而绝大多数结构构件内部都有受拉应力作用的需求，故未加钢筋的混凝土极少被单独使用于工程。 相较混凝土而言，钢筋抗拉强度非常高，一般在200MPa 以上，故通常人们在混凝土中加入钢筋等加劲材料与之共同工作，由钢筋承担其中的拉力，混凝土承担压应力部分。

2、钢纤维砼的施工

2.1 钢纤维砼的配合比

钢纤维砼性能的优劣在很大程度上取决于砼材料的配合比。由于受搅拌的限制, 对于一般的施工工艺, 钢纤维砼的纤维率一般不超过2 %,高纤维率不宜大量使用。钢纤维的长径比、体积率和几何形状是决定钢纤维砼性能的重要参数。根据试验和工程施工经验, 用于框架节点, 钢纤维几何参数, 长度40-50mm , 直径0.4-0.8mm, 长经比50-100 。钢纤维砼采用的粗骨料粒径不宜大于20mm 和钢纤维长度的2/3 , 钢纤维砼的钢纤维体积率0.5-2 %, 钢纤维砼的水灰比选用0.45 -0.50 , 水泥用量宜为36-400kg , 当钢纤维体积率较大时, 水泥用量可适当增加, 但不应大于500kg 。拌制选用优质减水剂, 以提高砼密实度,钢纤维砼的塌落度一般应明显小于普通砼, 砂为中砂uf =2.45 含泥量不大于1 %, 石子粒径5-20mm , 级配良好, 含泥量不大于1 %,拌合物塌落度20 -40mm 。

2.2 钢纤维的搅拌

钢纤维砼施工的各个环节, 不论是投料、搅拌、运输还是浇注和振捣, 都要尽可能使钢纤维在砼基体中均匀分布, 以保证材料的均质性, 这是钢纤维砼施工要注意的首要问题。搅拌是保证钢纤维在砼中均匀分布的重要环节。拌制钢纤维砼时若钢纤维掺加不当, 极易造成其在砼中分布不均匀, 纤维结团结球, 大大降低钢纤维砼的强度, 严重影响质量。钢纤维砼搅拌时, 采用机械搅拌。使用普通搅拌设备时一般将钢纤维、水泥、砂、石子投入干拌1.5min 后再加水温拌1.5min。也可先拌砼, 然后均匀地撒入钢纤维, 再搅拌2min 后出料。我们施工中采用后一种方法, 效果较好。

2.3 钢纤维砼的运输、浇筑和养护

本工程普通砼采用了预拌砼泵送的方法, 用2台HBT60 浇筑梁板砼, 梁柱节点处钢纤维砼采用塔吊垂直运输, 人工喂料入模浇筑梁柱节点的钢纤维砼, 以保证砼连续浇筑避免出现施工冷缝。砼运输尽量缩短运输时间, 运输过程应避免拌和料离析。钢纤维砼的浇筑方法应保证钢纤维分布的均匀性和结构的连续性, 拌和料从搅拌机出料到浇注完毕所需时间控制在不超过30min。采用机械振捣, 保证砼密实。钢纤维砼浇筑时的最佳塌落度在40mm , 以振实为度, 振捣不实和振捣时间过长都会引起离析。尤其是振捣时间过长还会引起钢纤维下沉而分布不均, 以表面水平、露出水泥浆, 无气泡, 无显著下沉为度, 时间控制在10 —30s 。在浇筑过程中严禁因拌合料干涩而加水。不同强度等级的砼在交接面接续应连续施工,当必须间歇时, 其间歇时间要短,并应在前一种砼凝结前, 将后续砼浇注完毕, 不能将交接面作为施工缝处理。节点砼按先高后低的原则浇筑, 在高低强度等级砼交界处, 设置钢丝网, 以便控制浇筑范围。为保证梁柱节点砼的质量, 在梁柱节点处用竹胶模板配制了专用模具。抗震设计时为确保钢筋混凝土框架节点核心区的强度, 节点核心区的钢筋要加密, 配筋量不应小于柱端加密区的实际配筋量, 施工时节点核心区内柱的钢箍不可遗漏, 箍筋直径不得小于8mm ,间距不得大于150mm 。钢纤维砼的养护, 钢纤维砼的早期强度较高, 我们重视了早期湿度养护,并保持一定的养护温度。

2.4 钢纤维砼的质量控制

①采用机械搅拌, 拌制前由中心实验室负责配合比设计试配, 进行各种原材料的检查和检测。

②拌制中进行投料监察, 塌落度控制和钢纤维体积率的水洗法检测。

③砼强度等级挂牌编号, 标识清楚, 以防搞错。并做好现场试件的制作。

④进行技术交底,使管理者和操作者明确职责。由于采取以上措施, 工程进展顺利, 砼内实外光, 节点砼几何尺寸准确, 经测试现场制作的试件28d 龄期强度均高于设计值和配合比实验值, 钢纤维砼抗压强度与抗折强度全部合格。主体结构施工达到了优良。

对钢筋混凝土框架结构的施工质量管理，项目部的有关人员必须对上述三个阶段进行严格的质量控制。认真贯彻“预防为主”的质量方针，以人的工作质量控制工程质量，严格控制投入品的质量，全面控制施工过程、重点控制工序质量，认真执行“自检、互检、交接检”的“三检”管理制度，对未经验收或验收不合格的工序，严禁进行下道工序施工。