談鋼纖維高強混凝土的質(zhì)量控制

趙志峰

(山西四建集團有限公司，山西太原 030012)

0 引言

鋼纖維高強混凝土是在高強混凝土基體中均勻摻入適量亂向分布的短鋼纖維形成的復(fù)合材料［1］。相比于普通混凝土，鋼纖維混凝土成功克服了混凝土抗拉強度低、極限延伸率小等缺點，具有較高的抗拉、抗彎、抗剪、抗扭強度，卓越的抗沖擊性能，還可使混凝土的收縮性能明顯改善，非常值得推廣應(yīng)用。然而鋼纖維混凝土的質(zhì)量控制遠(yuǎn)高于普通混凝土，如:原材料的選擇方面，要防止鋼纖維的銹蝕;配合比不易設(shè)計;隨著鋼纖維的摻入，混凝土坍落度明顯減小;攪拌過程中鋼纖維容易抱團、澆筑后鋼纖維分布不均勻等，導(dǎo)致混凝土施工難度明顯加大。因此，必須加強鋼纖維混凝土的質(zhì)量控制。

1 原材料的質(zhì)量控制

鋼纖維混凝土原材料主要由水泥、細(xì)骨料、粗骨料、鋼纖維、外加劑、礦物摻合料、水等組成，做好以上原材料的質(zhì)量控制以及合理搭配是保證鋼纖維混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)。

1)水泥。鋼纖維混凝土較普通混凝土而言，為保障鋼纖維混凝土的施工性能，通常需要較高的膠凝材料用量，為避免對鋼纖維造成銹蝕以及大量礦物摻合料的摻入，鋼纖維混凝土宜采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥;再者普通混凝土的劣化或破壞往往出現(xiàn)在界面處，鋼纖維混凝土亦是如此，水泥是影響鋼纖維粘結(jié)強度的主要因素，因此水泥強度等級不宜低于42．5級。

2)細(xì)骨料。鋼纖維高強混凝土通常具有較大的粘性，且成本遠(yuǎn)高于普通高強混凝土，因此細(xì)骨料宜選用2區(qū)的中砂，不宜選用細(xì)砂和粗砂，且不得選用海砂，以免對鋼纖維造成銹蝕。選用粗砂會降低拌合物的粘聚性，還會導(dǎo)致粉體用量增加，成本加大;選用細(xì)砂則不但會加大拌合物的需水量，還會導(dǎo)致外加劑用量的加大，成本增加的同時還會導(dǎo)致混凝土的粘性加大，嚴(yán)重影響拌合物的工作性能。

3)粗骨料。石子應(yīng)選用連續(xù)級配，骨料粒徑不宜大于25 mm，且骨料最大粒徑不宜大于鋼纖維長度的2/3［2］。有研究表明，鋼纖維混凝土拌合物的坍落度隨著粗骨料粒徑的增大而增大，且將粗骨料的粒徑增大到鋼纖維的3/4是可行的［3］。因此，為保障鋼纖維混凝土的施工性能，可適當(dāng)增加粗骨料的粒徑，前提是需保障鋼纖維混凝土的強度滿足施工要求。

4)鋼纖維。鋼纖維的增強、增韌效果與鋼纖維的長度、直徑、長徑比、纖維形狀和表面特性等因素有關(guān)。大量實驗研究表明:長度在20 mm～60 mm，直徑在0．3 mm ～0．9 mm，長徑比在30～80范圍內(nèi)，且表面粗糙的鋼纖維，增強效果較佳，宜優(yōu)先選用凸痕型鋼纖維，異混型、波紋型次之，不建議混合摻加不同種類的鋼纖維。當(dāng)超短鋼纖維的增韌效果達(dá)到施工要求時，宜優(yōu)先選用，有研究表明:超短鋼纖維(長度5 mm～15 mm，長徑比10～30)對混凝土的抗壓增強效果比普通短鋼纖維(長度20 mm～40 mm，長徑比40～120)好，且攪拌、成型性能也優(yōu)于普通短鋼纖維［4］。鋼纖維的增強作用主要體現(xiàn)在其跨越粗骨料形成的橋架連接效應(yīng)，與混凝土的粘結(jié)至關(guān)重要，因此務(wù)必保證鋼纖維表面的潔凈。

5)礦物摻合料。為減少混凝土碳化對鋼纖維的銹蝕，鋼纖維混凝土中礦物摻合料的用量不宜大于20%。目前，礦物摻合料主要有粉煤灰、礦粉、硅灰。粉煤灰宜選用一級粉煤灰，高質(zhì)量的粉煤灰，可顯著改善鋼纖維混凝土的和易性;礦渣的摻入可明顯提高鋼纖維與混凝土機體的粘結(jié)力。大量實驗研究表明，粉煤灰與礦粉雙摻效果要好于單摻。如鋼纖維混凝土的抗壓強度能滿足施工要求，不建議摻加硅灰，一方面由于硅灰成本較高，另一方面隨著硅灰的摻入，會加大混凝土的收縮。

6)外加劑。外加劑是配制高強混凝土的關(guān)鍵組分，對混凝土的性能至關(guān)重要，對于鋼纖維混凝土，不得選用含氯鹽的外加劑。對于高強鋼纖維混凝土，建議選用新一代高效減水劑——聚羧酸減水劑，其不但能有效控制混凝土拌合物的坍落度經(jīng)時損失，而對混凝土的硬化時間影響不大，且具有抗縮性，能夠更有效地提高混凝土的耐久性。另外此種外加劑還具有摻量小，減水率高等優(yōu)點，可明顯降低鋼纖維混凝土的成本。在高強鋼纖維混凝土的配制時，經(jīng)常出現(xiàn)粘性過大，施工性能不良的現(xiàn)象，建議摻入適量的引氣劑，但不得影響混凝土硬化后的性能。

7)水。宜采用自來水。

2 配合比的控制

鋼纖維混凝土的施工性能與配合比的設(shè)計密切相關(guān)，配合比的好壞對混凝土的性能影響巨大。纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程對于配合比的設(shè)計做了些許說明，但仍較模糊，僅為配合比設(shè)計大方向的參考?，F(xiàn)階段，對鋼纖維混凝土配合比的設(shè)計研究眾多，但都因試驗數(shù)據(jù)較少，無法得到工程界的認(rèn)可，鋼纖維混凝土配合比的設(shè)計仍是一大難題。

針對目前的現(xiàn)狀，建議首先采用高強混凝土配合比的設(shè)計方法，然后通過調(diào)整砂率、外加劑以及用水量來調(diào)節(jié)鋼纖維混凝土的工作性能，期間應(yīng)保持水灰比不變。因鋼纖維的摻入可提高混凝土的抗壓強度，因此在高強混凝土配合比設(shè)計時，設(shè)計強度等級可降低一個強度等級，最后通過實驗以及性能測試來確定鋼纖維混凝土的最終配合比。

3 攪拌工藝控制

鋼纖維混凝土的攪拌工藝與普通混凝土區(qū)別較大，主要在于攪拌機的選用、攪拌時間的控制、投料順序的控制以及鋼纖維的投料控制。

1)隨著鋼纖維的摻入，攪拌難度不僅明顯加大，還需保障鋼纖維的均勻分散，所以攪拌時應(yīng)選用強制式攪拌機，在攪拌中還應(yīng)注意，當(dāng)鋼纖維體積率較高，混凝土稠度較大時，攪拌機一次攪拌量不宜大于其額定攪拌量的80%;2)鋼纖維混凝土的攪拌時間應(yīng)遠(yuǎn)長于普通混凝土，以利于各組分充分混合、鋼纖維的均勻分布以及外加劑作用的充分發(fā)揮;3)鋼纖維混凝土的拌合宜采用先干拌后濕拌的攪拌工藝。先將水泥、礦物摻合料、粗細(xì)骨料投入攪拌機干拌60 s～90 s，干拌過程中由技術(shù)人員將鋼纖維均勻撒入攪拌機中或有條件的可采用搖篩機或分散機加料，而后再加水和外加劑攪拌180 s。

4 混凝土的運輸與澆筑

4．1 鋼纖維混凝土的運輸

自密實混凝土采用的攪拌運輸車應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)JG/T 5094混凝土攪拌車的規(guī)定，同時在運輸前，應(yīng)對攪拌車進(jìn)行檢查，確保攪拌桶內(nèi)無明水;運輸時，設(shè)備應(yīng)始終保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，宜以2 r/min～4 r/min的轉(zhuǎn)速攪動。為保障混凝土的工作性能，運輸過程中可添加少量增塑劑，以防止混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，嚴(yán)禁加水?；炷恋倪\輸時間宜控制在60 min以內(nèi)。

混凝土運送至澆筑地點進(jìn)行卸料前，攪拌運輸車應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)1 min以上方可卸料，并應(yīng)在60 min內(nèi)泵送完畢。泵送前還應(yīng)檢查混凝土的坍落度、擴展度是否滿足要求，如不滿足要求，可通過添加少量外加劑進(jìn)行調(diào)節(jié)，加入外加劑后，攪拌車應(yīng)至少高速旋轉(zhuǎn)150 s以上，經(jīng)檢測合格后方可卸料。

4．2 鋼纖維混凝土的澆筑

因鋼纖維混凝土的自重大于普通混凝土，模板方案中對于荷載應(yīng)以實計算。鋼纖維混凝土澆筑時首先應(yīng)檢查模板支撐體系是否支撐到位，澆筑方法應(yīng)保證鋼纖維分布的均勻性和結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，宜采用多點分散澆筑，嚴(yán)禁從一個方向或側(cè)面向另一方向澆筑，并應(yīng)避免留置施工縫，否則鋼纖維沿接縫表面排列，起不到增強作用。在鋼纖維混凝土澆筑過程中尚應(yīng)嚴(yán)格控制澆筑高度，混凝土垂直下落高度不宜超過1．5 m，當(dāng)傾落高度大于1．5 m時，應(yīng)加串筒、斜槽、溜管等輔助工具，還應(yīng)避免鋼纖維露出混凝土表面。

4．3 鋼纖維混凝土的振搗

鋼纖維混凝土的澆筑過程中，振搗工作至關(guān)重要，不但影響著混凝土本身的質(zhì)量，還關(guān)系著鋼纖維的作用是否充分發(fā)揮。振動器具應(yīng)以高頻振動器為宜，且振動時間要長于普通混凝土，宜控制在10 s～40 s之間，不宜久振或過振，以免出現(xiàn)鋼纖維下沉、分層現(xiàn)象，應(yīng)以鋼纖維混凝土無顯著下沉、涌現(xiàn)泛漿、無氣泡、表面平整、顯露出水泥漿為度。

5 鋼纖維混凝土的養(yǎng)護(hù)

鋼纖維混凝土一般流動性較差，在初凝前應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行找修平整，平整時宜先用帶凸棱的金屬圓筒進(jìn)行碾壓，把裸露在表面的鋼纖維以及石子壓下去，然后再用金屬圓筒進(jìn)行平整，最后采用金屬抹刀抹平。抹平之后應(yīng)立即覆膜，以防止表面水分散失，出現(xiàn)收縮裂縫。當(dāng)混凝土終凝后，立即對表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，表面濕潤養(yǎng)護(hù)不宜少于14 d。

6 結(jié)語

鋼纖維在混凝土中是否能充分發(fā)揮作用，不但受到原材料、配合比、拌合工藝的影響，與施工過程的控制、施工人員的技術(shù)水平也息息相關(guān)。要做好鋼纖維混凝土的質(zhì)量控制，務(wù)必要從原材料的選用(鋼纖維、石子、外加劑的選用)、配合比的設(shè)計與試驗、混凝土的運輸與澆筑、養(yǎng)護(hù)以及施工人員的培訓(xùn)等方面加強控制，由此才能更好地保障鋼纖維混凝土的質(zhì)量，充分發(fā)揮鋼纖維的增強增韌作用。

［1］ 沈榮熹，王璋水，崔玉忠．纖維增強水泥與纖維增強混凝土［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

［2］ JGJ/T 221-2010，纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］ 趙順波，錢曉軍，陳記豪，等．粗骨料對鋼纖維混凝土性能影響的試驗研究［J］．混凝土與水泥制品，2006(5):45-48．

［4］ 曹國娥，歐志華，劉亞君．鋼纖維形狀特征對鋼纖維混凝土力學(xué)性能的影響［J］．新型建筑材料，2002(2):71-72．