高性能鋼纖維混凝土的應(yīng)用及質(zhì)量控制方案★

趙 轉(zhuǎn) 師 偉 陳東佐

(1.運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000； 2.宇潤房地產(chǎn)有限公司，山西 運(yùn)城 044000)

高性能鋼纖維混凝土的應(yīng)用及質(zhì)量控制方案★

趙 轉(zhuǎn)1師 偉2陳東佐1

(1.運(yùn)城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000； 2.宇潤房地產(chǎn)有限公司，山西 運(yùn)城 044000)

介紹了高性能混凝土的應(yīng)用背景和技術(shù)路線，對高性能鋼纖維混凝土的優(yōu)越性及強(qiáng)度計算方法進(jìn)行了論述，討論了高性能混凝土施工質(zhì)量的控制方案，為進(jìn)一步推廣應(yīng)用該材料提供了技術(shù)支撐。

高性能混凝土，鋼纖維，強(qiáng)度，特點(diǎn)

0 引言

我國《民用建筑設(shè)計通則》規(guī)定普通房屋建筑的耐久年限為50年～100年。但是在現(xiàn)實(shí)生活中，相當(dāng)大一部分建筑的實(shí)際壽命距設(shè)計通則的要求還有很大的距離。在2010年第六屆國際綠色建筑與建筑節(jié)能大會上，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的某位負(fù)責(zé)人說：“我國是每年新建建筑量最大的國家，卻只能持續(xù)25-30年?！?/p>

反觀英國，建筑的平均壽命達(dá)132年，美國達(dá)74年。這樣看來我國在保證建筑工程質(zhì)量的前提下，必須提高建筑的耐久年限。從20世紀(jì)以來，房屋建筑、橋梁、水利、公路等工程已把混凝土作為結(jié)構(gòu)的首選材料，這樣一來要提高混凝土建筑結(jié)構(gòu)的耐久年限，就必須想方設(shè)法提高混凝土的耐久年限，從這種情況來看，普通混凝土遠(yuǎn)無法滿足要求。

另一方面，從可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)看，混凝土屬于人造石，本身并不污染環(huán)境，但是由于每年的使用量巨大，導(dǎo)致其原材料——砂、石的過度開采，造成資源的嚴(yán)重破壞，還有房子使用年限遠(yuǎn)低于設(shè)計年限，過早拆除的混凝土垃圾也會對環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。

因此研究和推廣以耐久性為首要設(shè)計指標(biāo)這種全新概念的混凝土已迫在眉睫。

1 高性能混凝土概述

1.1 高性能混凝土的定義

早在1950年5月NIST和ACI首次提出高性能混凝土(High Performance Concrete)的概念。但是到目前為止，各國對高性能混凝土提出的要求和涵義完全不同。但是綜合各國對高性能混凝土的要求，一般認(rèn)為，高性能混凝土是一類兼具高耐久性、較高的強(qiáng)度和耐火性、干縮性低、徐變低、體積安定性良好、施工性良好(具有良好的流動性、粘聚性、密實(shí)性)的特殊混凝土。

1.2 高性能混凝土的技術(shù)路線

高性能混凝土是在高強(qiáng)混凝土的基礎(chǔ)上加入超細(xì)礦物活性摻合料，嚴(yán)格控制水膠比和水泥用量，用現(xiàn)代的技術(shù)和設(shè)備配置出的混凝土拌合物。在加入礦物活性摻合料的基礎(chǔ)上再加入鋼纖維，能夠更有效的控制混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫，同時還可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和韌性。也就是說，高性能混凝土是在普通混凝土原材料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一定的改進(jìn)、優(yōu)化以及創(chuàng)新，全面提高混凝土的性能，以此滿足生產(chǎn)和施工的需要。

2 高性能鋼纖維混凝土的特點(diǎn)及在工程中的應(yīng)用

高性能高強(qiáng)鋼纖維混凝土(Fiber Reinforced High-strength Concrete)是把鋼纖維與高強(qiáng)混凝土的有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮兩種材料各自的特點(diǎn)，是一種較為理想的高性能混凝土。其性能主要取決于鋼纖維的體積率和界面的粘結(jié)性能。

2.1 高性能鋼纖維混凝土的優(yōu)越性

已有研究表明，高強(qiáng)鋼纖維混凝土劈裂拉伸強(qiáng)度隨著纖維體積率的增大而增大。然而對于普通混凝土，當(dāng)鋼纖維體積率相同時，鋼纖維的增加并不能使混凝土的抗拉強(qiáng)度明顯增大，這是因?yàn)槠胀ɡw維混凝土的界面粘結(jié)性能過早失效，不能很好的發(fā)揮出鋼纖維的增強(qiáng)作用。因此，必須在鋼纖維混凝土的結(jié)構(gòu)應(yīng)用時充分考慮基體素混凝土材料的性質(zhì)，而高性能高強(qiáng)鋼纖維混凝土能夠充分發(fā)揮鋼纖維與高強(qiáng)混凝土兩種材料各自的特點(diǎn)，在工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。一般來說，高性能鋼纖維混凝土具有如下優(yōu)越特性：

1)相對于普通混凝土來說，高性能鋼纖維混凝土的抗裂、抗彎、抗凍、耐磨性大幅度的提高，因此可節(jié)省鋼筋和混凝土的用量。

2)鋼纖維的存在增大了混凝土的抗裂性能和抗沖擊韌性，這是在高層建筑中使用的關(guān)鍵點(diǎn)。

3)鋼纖維的存在還能延長混凝土的壽命，大大提高結(jié)構(gòu)的耐久年限，減少維修費(fèi)用及過早拆除的建筑垃圾。

2.2 鋼纖維混凝土強(qiáng)度的計算方法

1)壓縮強(qiáng)度。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土的強(qiáng)度大大的提高了，鋼纖維混凝土壓縮強(qiáng)度的計算公式為：

(1)

其中，F(xiàn)max為鋼纖維混凝土構(gòu)件所受到的最大荷載值；A為鋼纖維混凝土構(gòu)件的橫截面面積。

2)劈裂拉伸強(qiáng)度。鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)中抗剪、抗裂、抗扭等問題的研究都與混凝土的抗拉強(qiáng)度有很大的關(guān)系，因此研究和計算鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度就很有必要，但是直接測定鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度，由于對中很困難，所有我們一般采取劈裂拉伸的方法來間接測定鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度。

按照CECS 13∶89鋼纖維混凝土的試驗(yàn)方法中規(guī)定，鋼纖維混凝土的劈裂拉伸強(qiáng)度的計算公式如下：

(2)

其中，F(xiàn)max為鋼纖維混凝土構(gòu)件所受到的最大荷載值；A為鋼纖維混凝土構(gòu)件的橫截面面積。

3)剪切強(qiáng)度。隨著新型工程結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，鋼纖維混凝土的抗剪性能已引起人們的重視，甚至某些國家已將混凝土的抗剪強(qiáng)度作為基本的力學(xué)性能指標(biāo)。

按照CECS 13∶89鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法中規(guī)定，鋼纖維混凝土的抗剪強(qiáng)度的計算公式如下：

(3)

其中，F(xiàn)max為鋼纖維混凝土構(gòu)件所受到的最大荷載值；b為鋼纖維混凝土試件的平均寬度；h為鋼纖維混凝土試件的平均高度。

2.3 工程應(yīng)用實(shí)例

山西省運(yùn)城市某新建寫字樓的底層柱子、屋面板、梁柱節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)換梁、筏形基礎(chǔ)等部位，均使用了鋼纖維混凝土，鋼纖維混凝土用在高層結(jié)構(gòu)中能夠減少底層柱子的橫截面面積，這樣一來就可以避免短柱的出現(xiàn)，鋼纖維混凝土在屋面板、筏形基礎(chǔ)、梁柱節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)用，明顯減少了水泥和水的使用量，使水化熱也相應(yīng)的減小，增大了混凝土的和易性，減少混凝土的徐變，提高結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度。鋼纖維混凝土在這些特殊部位的使用，不僅發(fā)揮出自身的優(yōu)點(diǎn)，而且還保證了整體結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

3 施工質(zhì)量的控制方案

為保證高性能鋼纖維混凝土的施工質(zhì)量，施工過程中應(yīng)該嚴(yán)格遵守如下施工流程及要求：

1)攪拌。高性能混凝土通常在大型攪拌站集中拌制。必須嚴(yán)格按照施工配合比用電子計量系統(tǒng)進(jìn)行稱量，電子計量系統(tǒng)自動化程度已很高，能夠很好的執(zhí)行混凝土配比，每盤混凝土的偏差：膠凝材料為1%，骨料為2%，拌合用水為1%，外加劑為1%。攪拌的時間不宜低于2 min，也不宜高于3 min。這樣拌制出的混凝土比較均勻，耐久性較好。

2)運(yùn)輸。采取相應(yīng)的措施保證混凝土在運(yùn)輸過程中的均勻性。

3)澆筑。澆筑前，應(yīng)認(rèn)真檢查混凝土配料單，核對配合比，檢查混凝土的運(yùn)輸時間，測定混凝土的坍落度，結(jié)果準(zhǔn)確無誤時再進(jìn)行澆筑。首先混凝土的入模溫度為5 ℃～30 ℃，在澆筑時，為了防止發(fā)生離析現(xiàn)象，混凝土的自由傾落高度不得大于2 m，在豎向結(jié)構(gòu)中自由高度不宜大于3 m，否則應(yīng)采取串桶、振動溜管使混凝土下落。澆筑混凝土應(yīng)采取分層和連續(xù)澆筑方式進(jìn)行。

4)混凝土在運(yùn)輸、澆筑的過程中嚴(yán)禁加水。

5)新澆筑混凝土和鄰近已澆筑混凝土的溫差不應(yīng)大于15 ℃。

6)振搗?；炷猎谡駬v時可采用的振搗設(shè)備有內(nèi)部振搗器、外部振搗器、表面振動器和振動臺等振搗設(shè)備。采用內(nèi)部振動器，振動棒振搗混凝土應(yīng)按分層澆筑的厚度進(jìn)行振搗，振動前段應(yīng)插入前一層混凝土，插入的深度不應(yīng)小于50 mm，采取快插慢拔均勻振搗，當(dāng)混凝土表面無明顯塌陷、有水泥漿出現(xiàn)、不再冒氣泡時，可結(jié)束該部位的振搗。

7)養(yǎng)護(hù)。混凝土在養(yǎng)護(hù)過程中應(yīng)注意保溫、保濕。養(yǎng)護(hù)時間一般不得少于14 d。

8)質(zhì)量檢測?；炷猎谑┕み^程中，應(yīng)注意檢查混凝土拌合物的坍落度、水灰比、泌水率、入模溫度；標(biāo)注養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度、相同條件下養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度、電通量、抗?jié)B性。

4 結(jié)語

探討了鋼纖維混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用，主要從鋼纖維混凝土的特點(diǎn)、施工質(zhì)量控制等方面進(jìn)行了闡述。通過摻入鋼纖維和高效減水劑的途徑來配置的高性能混凝土，不僅改善了混凝土的性能，而且還大大降低了生產(chǎn)成本，據(jù)統(tǒng)計，高性能混凝土與其相同強(qiáng)度的高強(qiáng)混凝土相比，每平方米可節(jié)約32元～58.8元。按這個數(shù)據(jù)來算，如果運(yùn)城按每年10萬m2，高性能混凝土每年可節(jié)約320萬元～588萬元，這是一個相當(dāng)龐大的數(shù)字，因此高性能混凝土的經(jīng)濟(jì)性以及良好的性能使其在不少工程中得以推廣應(yīng)用。

[1] 高丹盈，趙 軍，湯寄予.摻有纖維的高強(qiáng)混凝土劈拉性能的試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報，2005(5)：19-21.

[2] 趙 轉(zhuǎn).加筋混凝土動態(tài)劈裂拉伸力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D].太原：太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012：88-89.

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[5] 馮乃謙.高強(qiáng)混凝土技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀[J].混凝土與水泥制品，1992(9)：99-100.

On application of high-performance steel fiber concrete and its quality control scheme★

Zhao Zhuan1Shi Wei2Chen Dongzuo1

(1.YunchengVocationalCollege,Yuncheng044000,China; 2.YurunReal-EstateCo.,Ltd,Yuncheng044000,China)

The paper introduces the application background and technical routine for the high-performance concrete, indicates the advantages of the high-performance steel fiber concrete and its strength calculation methods, and discusses the controlling scheme for the construction quality of the high-performance concrete, so as to provide some technical support for the material.

high-performance concrete, steel fiber, strength, feature

2015-02-05★：山西省高等學(xué)校創(chuàng)新人才支持計劃資助

趙 轉(zhuǎn)(1984- )，女，碩士，助教； 師 偉(1987- )，男，工程師； 陳東佐(1949- )，男，碩士，教授

1009-6825(2015)11-0105-02

TU528.572

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