无缝聚丙烯纤维混凝土屋面施工方法及技术措施研究

陈 曙

（汕头市潮阳建筑工程总公司 广东汕头 515000）

0 引言

屋面工程作为建筑工程最重要的一个部分，防水隔热性是判断建筑物质量的重要指标。

随着社会的不断发展，工业和民用建筑的屋面跨度越来越大，因此对混凝土的抗渗性能要求也越来越高。可以通过添加外加剂的方式改变混凝土的抗渗性、密实性，还可以在混凝土中掺入抗拉纤维，提高抗渗性能。聚丙烯纤维由丙烯聚合物或者共聚物制成，属于烯烃类纤维，在混凝土中掺入聚丙纤维，让聚丙纤维与水泥产生极强的结合，可以迅速发生混合。

1 工程概况

河源市新市区某大楼总建筑面积32 303 m2，地上6层，建筑最大高度23.72 m（距首层±0.000）。

本工程分为A、B、C、D四个区，其中C区（1～5）轴×（E～J）轴设有400 m2演播厅，层高14 m，屋盖跨度为18 m。

D 区（2～5）轴×（D～H）轴设有800 m2演播厅，层高17.7 m，屋盖跨度为20 m。结构平面如图1所示。演播厅屋盖结构的主梁截面尺寸主要为400 mm×1 500 mm，楼板厚度h=120 mm，混凝土强度等级为C30，抗渗等级为P8。

图1 D区800 m2演播厅屋盖结构平面Fig.1 800 m2 Studio of D District Floor Plan （mm）

2 施工准备

2.1 材料准备

2.1.1 聚丙烯纤维聚丙烯纤维应有厂家提供的产品合格证及检验报告［2］，其物理性能应满足混凝土设计要求。本工法选用HX-19 mm 聚丙烯纤维，密度为0.91 g/cm2，抗拉强度≥500 MPa，长度19 mm，掺量为0.9 kg/m3。

2.1.2 水泥水泥采用42.5R 普通硅酸盐水泥，其质量应符合《通用硅酸盐水泥：GB175—2007》要求。

2.1.3 细骨料选用中砂，要求连续级配，含泥量≤1.7%，其质量应符合《建筑用砂：GB/T 14684—2001》要求。

2.1.4 粗骨料

16～31.5 mm 连续级配的碎石，含泥量≤0.4%，针片状含量≤7.1%，压碎指标≤9.4%，其质量应符合《建筑用卵石、碎石：GB/T 14685—2001》要求。

2.1.5 掺合料

选用Ⅱ级粉煤灰，掺量24%，其质量应符合《粉煤灰混凝土应用技术规范：GBJ 146－90》要求。

2.1.6 水采用饮用水，水质应符合《混凝土用水标准：JGJ 63—2006》的规定。

2.1.7 支撑钢管

支撑钢管应有产品合格证，严禁使用不合格或强度不满足要求的钢管及配件。对多次周转使用的主要受力杆件应进行抽样检测，以确保构件的强度和刚度满足要求。

2.1.8 模板

模板选取18 mm 厚双面覆面木胶板，必须具有足够的强度和刚度，要求边角整齐、表面光滑、易于脱模等性能［3］。

2.1.9 对拉螺杆

对拉螺杆采用优质碳素钢加工，套管采用硬质塑料管，对拉螺杆应加工准确，采用双螺帽拧紧。

2.1.10 支撑架支撑架的次龙骨、主龙骨采用80 mm×80 mm 木方，木方要求加工尺寸准确，无翘曲变形等缺陷。

2.1.11 钢筋

钢筋进场时，应按现行国家标准抽取试件作为力学性能检验，其质量必须符合有关标准的规定。钢筋进场须有出厂合格证或试验报告单，须按炉罐（批）号及直径分批检验，原材复试应符合有关规范要求，且应实行见证取样。

2.1.12 预拌混凝土

预拌混凝土每车都需测定坍落度，不合格者不用。

2.2 机具准备

根据施工机具需用量计划，做好机械的租赁和购买计划，并做好进场使用前的检验、保养工作，确保运转正常。

2.3 周转材料准备

做好模板、钢管支顶等周转料的备料工作，分批分期进场［4］。

3 施工顺序

聚丙烯纤维混凝土屋面施工顺序分为两大步骤：聚丙烯纤维混凝土搅拌工艺和聚丙烯纤维混凝土施工工艺。

混凝土的搅拌工艺中，首先要进行配合比的设计和试配，对水、砂、掺合料、水泥等进行试配计量，对纤维进行定量和投入，然后进行投料搅拌，最后进行混凝土质量检查并出厂，整体搅拌工艺流程如图2所示。

图2 聚丙烯纤维混凝土搅拌工艺流程Fig.2 Polypropylene Fiber Concrete Mixing Process

混凝土的施工工艺中，首先要进行混凝土的试配，对纤维混凝土进行搅拌和运输，并进行坍落度测试，完成坍落度测试后对纤维混凝土进行浇注和养护；然后进行钢筋绑扎和模板支设，并完成技术复核；最后进行混凝土的施工方案与技术交底［5］。

4 施工方法及技术措施

4.1 聚丙烯纤维混凝土配制

4.1.1 C30混凝土原材料的选用及配合比

⑴水泥：塔牌42.5R水泥；

⑵砂：中砂，含泥量≤1.7%；

⑶石：为16.0～31.5 mm 连续级配的碎石，含泥量≤0.4%；

⑷粉煤灰：Ⅱ级，掺量24%；

⑸外加剂：CSP-2，掺量2%；

⑹纤维：HX-19 mm聚丙烯纤维。

4.1.2 屋面纤维混凝土配合比水泥∶砂∶石∶水∶粉煤灰∶外加剂∶聚丙烯纤维=315∶731∶1 084∶180∶75∶7.8∶0.9 kg/m3。

4.1.3 混凝土搅拌

聚丙烯纤维混凝土的搅拌与普通混凝土的搅拌工艺基本相同，只需注意以下几点［6］：

⑴将砂、石、水泥、水等混合在一起并加入一定比例的聚丙烯纤维进行均匀搅拌，搅拌的时间为3～5 min，将聚丙烯纤维充分搅拌均匀；或者采用先干拌后湿拌的方式进行搅拌，搅拌时间为6～7 min，让聚丙烯纤维得到充分发挥。

⑵混凝土的配置比例要严格按照规定进行配置。

⑶搅拌完成后进行取样，观察纤维的分布状态，如果呈单丝状可以直接使用；如果呈束状则需要继续搅拌。

4.1.4 混凝土运输

⑴按照就近原则合理选择搅拌站，保证运输路线的通畅，保证混凝土的搅拌连续性，保证混凝土浇注的连续性。

⑵ 搅拌站到施工浇筑段运输时间不宜超过60 min，运输过程中搅拌车的搅拌筒应保持3～6 r/min的转速持续转动，保证聚丙烯纤维混凝土的搅拌物不出现分层和离析的情况，搅拌车到达施工现场后应加大马力自转25 s左右再进行浇筑［7］。

⑶ 保证聚丙烯纤维混凝土的放置时间不超过60 min，严格控制运输时间，运至工地后由专人负责进行配合设计。

⑷混凝土运输过程中禁止向混凝土中加水，破坏聚丙烯纤维混凝土的特性，保证混凝土的质量不受影响。

⑸聚丙烯纤维混凝土到达施工现场后应按规定进行坍落度检测，检测合格后才可卸料浇筑，现场试验员同时进行混凝土试件的留置［8］。

4.2 大跨度屋面梁板结构模板体系安装

本工程演播厅屋盖结构的主梁截面尺寸主要为400 mm×1 500 mm，楼板厚度h=120 mm，支模高度最大达到17.7 m，为保证超高、超重支架的安全稳定性，采用φ48×3.5 mm扣件式钢管支撑系统。

4.2.1 支模方案的编制

根据梁板截面尺寸、支模高度进行荷载计算确定钢管立杆的排设间距，编制超高支模专项施工方案，并按相关要求提请专家论证合格后才能搭设。

4.2.2 支撑体系的设计

梁模板支架采用的布置方式为垂直式，将其置于梁轴线上；板模板支架采用的布置方式为平行式，将其置于板短上。由于该工程的梁截面区别较小，因此支撑立杆之间的距离采用900 mm（横向）×900 mm（纵向），基本布置如图3所示。

图3 支架搭设示意图Fig.3 Schematic Diagram of Bracket Erection （mm）

4.2.3 模板体系的设计

梁底次龙骨、梁侧模内龙骨、底板主次龙骨均采用80 mm×80 mm 木方，唯一不同的是间距设置，梁底次龙骨间距为200 mm；梁侧模内龙骨间距为300 mm；板底主次龙骨间距为400 mm［9］。

4.2.4 支架稳定性计算

⑴荷载的计算（见表1）

表1 载荷计算Tab.1 Load Calculation

梁底模和支架承载力计算组合q1=1.90+17.28+1.08+1.12=21.38 kN/m

主次龙骨按照集中与均布荷载下多跨连续梁并以应力传递方式计算出主龙骨的最大支座力为F=13.484 kN。

⑵立杆的稳定性计算：

立杆稳定性计算公式为：

其中，N=13.484+1.602=15.086 kN（1.602为支架自重）

考虑到高支撑架的安全因素，由公式l0=k1k2（h+2a）计算出：σ=15 086/（0.274×489）=119.37 N/mm2＜［f］=205 N/mm2，故此按照900 mm×900 mm 的排设间距，1.5 m的步距要求，立杆的稳定性满足要求。

4.2.5 整体稳定性设置

水平加固杆纵横设置，步距为1.5 m。梁板支撑立杆纵横水平加固杆应每隔二步距与已浇注的钢筋混凝土柱抱箍扣接一度，其目的是加强整体稳定性。在支架的四周、主梁底左右、中间位置等每隔4排设置纵横向剪刀撑，布置方式从下往上连续性放置。在左右两侧、中间位置每隔4排从上往下设置水平剪刀撑，设置方式为每隔2步。

4.2.6 支架稳定性拉结

该工程本身具有超高的支模体系，而且面积大，因此为了保证模体的稳定性，需要加强混凝土的结构质量安全，并要求超高部位支架的水平拉杆每隔一道都要与预埋的钢管进行拉结，如图4所示。

图4 支架稳定性拉结示意图Fig.4 Diagram of Bracket Stability Hitch （mm）

4.2.7 超高支模

在超高支模使用期间要求保留地下负一层的支架，保证载荷可以安全向下传递［10］。

4.3 聚丙烯纤维混凝土浇注及养护

4.3.1 浇筑由于主梁截面较大，跨度长，且钢筋密集，采用分段分层浇注，每层300～400 mm。

4.3.2 振捣

聚丙烯纤维混凝土的振捣方式采用插入式振捣器，振点的时间增加，让混凝土的表面呈现浮浆，其标准是不再下沉为止，振捣之间的点间距小于0.5 m，振捣器插入下层混凝土的深度大于0.5 m。

4.3.3 收面压光

聚丙烯纤维混凝土相比于普通混凝土而言，质地较稠，凝结时间较长，主要体现在当插入式振动棒取出时，恢复时间增加，要适当加强收面方可。在最初凝结时，要将混凝土抹平，并在最终凝结之前让混凝土的表面保持平整密实，其目的是为了防止纤维发生外露，让混凝土的表面更加光滑。

4.3.4 养护

将聚丙烯纤维混凝土进行哑光抹面后，要立即进行养护，使用塑料薄膜进行遮盖，让混凝土的强度达到12 MPa 后再加盖养护，养护方式主要以浇水为主，让混凝土的状态始终保持湿润。

4.3.5 试块留置

对混凝土的抗压、抗渗、养护试块进行试验检验，严格按照规定进行留置。

5 结论

聚丙烯纤维混凝土其良好的化学稳定性，可以与任何化学外加剂进行搭配且不改变原有的混凝土配合比，使用过程更加安全和可靠。与普通的混凝土相比，在大跨度无缝屋面施工工程中，可以有效减少混凝土的裂缝问题，抑制混凝土收缩，让混凝土的结构更加密实。