深海基地試驗水池鋼纖維施工監(jiān)理探討

劉 鵬 王永愷 / 青島建設(shè)監(jiān)理研究有限公司

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劉 鵬 王永愷 / 青島建設(shè)監(jiān)理研究有限公司

本文主要結(jié)合具體工程分析了鋼纖維混凝土的具體應(yīng)用及碰到問題解決的辦法，同時簡單闡述鋼纖維混凝土控制裂縫機(jī)理。最后，對鋼纖維混凝土在工程中的應(yīng)用和一些建議與同仁共享。

鋼纖維混凝土；施工應(yīng)用 ；問題解決辦法

深?；卦囼炈爻啾跒楸し浪炷两Y(jié)構(gòu)，池壁厚度500mm。本工程設(shè)計為鋼纖維混凝土，參入量25kg/立方。設(shè)計意圖為在混凝土中加入鋼纖維增加抗拉強(qiáng)度高，韌性好，短而細(xì)的鋼纖維以阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的發(fā)生和發(fā)展，及宏觀裂縫的形成。

試驗水池同時增加了微膨脹外加劑和聚丙烯纖維0.9kg/m3膨脹混凝土是通過混凝土硬化過程中產(chǎn)生體積膨脹而獲得一定預(yù)應(yīng)力的混凝土。一般分為補(bǔ)償收縮混凝土和自應(yīng)力混凝土，將鋼纖維分別摻入這兩種膨脹混凝土中，可使鋼纖維的增強(qiáng)增韌效應(yīng)與自應(yīng)力效應(yīng)產(chǎn)生超疊加作用，以獲得抗裂和韌性優(yōu)良的復(fù)合材料。本工程采用高強(qiáng)鋼絲切斷端鉤型纖維(散裝）鋼纖維混凝土雖然有很多長處，但在實際應(yīng)用中存在仍有需要在工藝上解決的問題，如施工和易性較差，攪拌和振搗時會發(fā)生纖維成團(tuán)或折斷等問題，粘結(jié)性能也有待進(jìn)一步改善。 本文結(jié)合深海基地試驗水池實踐中遇到的問題及解決辦法與同行們共享。

根據(jù)項目現(xiàn)場甲方組織試驗檢測水池鋼纖維防水混凝土施工方案專家意見論證會及會后意見，對施工圖紙中部分地方進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，如下幾條：

1.砼標(biāo)號基礎(chǔ)、擋墻、柱調(diào)整為C40.

混凝土的抗氯離子侵入性:

8d齡期氯離子擴(kuò)散系數(shù) DRCM(10-12m2/s)≤4

最大水膠比0.40. 保護(hù)層厚度按照結(jié)構(gòu)設(shè)計 裂縫控制寬度0.2mm.

2.最小膠凝材料用量(kg/m3) 340

最大水膠比0.40.

最大氯離子含量（膠凝材料用量的百分比）：0.80

水池底板、擋墻、扶壁墻 粒徑≤25mm。

3.擬定方案介紹

水池防裂措施：本水池池壁較深，為解決水池池壁開裂及防滲問題，池壁（不包括扶壁墻）設(shè)計采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)摻加少量鋼纖維抗裂；其中鋼纖維選用散絲兩端彎折鋼纖維，抗拉強(qiáng)度不小于1100MPa，直徑0.75mm，摻量:25Kg/m3，鋼纖維產(chǎn)品須符合纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS38：2004標(biāo)準(zhǔn)。池壁及底板（不包括扶壁墻）設(shè)計采用混凝土結(jié)構(gòu)摻加聚丙烯纖維。每立方米混凝土中摻量為0.9kg。纖維在加入干料（砂石、水泥等）之后，加水之前投入。攪拌時間比不上加纖維的混凝土攪拌時間略延長30-60秒。本水池為地下結(jié)構(gòu)且為大體積混凝土，水池采用C40防水混凝土，膨脹劑采用UEA高性能混凝土膨脹劑，摻量10%，或者SY-G高性能混凝土膨脹劑，摻量8%，抗壓強(qiáng)度不低于基準(zhǔn)混凝土，混凝土抗?jié)B等級為P8。

本工程底板及側(cè)墻混凝土澆筑施工過程中，為了提高混凝土的防裂性及和易性，摻入適量的減水劑，粉煤灰，細(xì)化和控制施工過程中混凝土一次澆筑高度1.5米、澆筑速度3米/15分鐘、砼養(yǎng)護(hù)14d等施工工藝。

鋼纖維的混凝土的原材料：考察商品混凝土廠家，對現(xiàn)場擬用于的材料進(jìn)行詳細(xì)考察。其中對石子、沙、水泥、鋼纖維、聚丙烯纖維、減水劑等材料進(jìn)行封樣。了解配合比設(shè)計情況及對廠家配比進(jìn)行驗收工作。

經(jīng)過試驗配比決定：選用帶彎鉤單根鋼纖維，直徑0.75mm，長度60mm，摻量:25Kg/m3；聚丙烯纖維，每立方米混凝土中摻量為0.9kg；SY-G高性能混凝土膨脹劑，摻量8%；粗骨料采用石灰?guī)r碎石，粒徑25mm以下。本工程試驗水池參入鋼纖維以防止開裂為主聚丙烯纖維0.9kg/mm3提高混凝土抗?jié)B性，減少了混凝土的早期塑性收縮裂紋性能阻止它們發(fā)展，從而提高混凝土抗?jié)B性。其中，對于試驗水池選用的配比，在現(xiàn)場進(jìn)行試配。

試配鋼纖維混凝土

鋼纖維

檢查鋼纖維分布情況

在完成各項準(zhǔn)備工作進(jìn)入澆筑后，對已經(jīng)預(yù)期的鋼纖維纖維成團(tuán)或折斷等問題預(yù)料不足，見圖片。

鋼纖維成團(tuán)

采取措施：加強(qiáng)攪拌站的投料控制，適當(dāng)調(diào)整投料工藝。

派遣監(jiān)理人員到攪拌站進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)督。

將按照試配的水泥，石子，沙子，摻合料一次性進(jìn)入攪拌機(jī)械，干拌均勻。

將鋼纖維緩慢撒入，邊撒邊干拌，攪拌均勻。（后期采用水溶性膠結(jié)的多根纖維，在拌和物中分散性較好）

加入水進(jìn)行均勻攪拌。

在現(xiàn)場泵送部位，進(jìn)行人工挑選。

經(jīng)過上述措施，明顯改善鋼纖維成團(tuán)現(xiàn)象。由于缺乏相應(yīng)經(jīng)驗沒有采用在現(xiàn)場投放鋼纖維的嘗試。

綜合考慮施工運輸過程中，由于罐車需要連續(xù)進(jìn)行攪拌，對于鋼纖維混凝土應(yīng)區(qū)別對待，澆筑過程中要求運輸中途只攪拌2次，以免連續(xù)攪拌造成鋼絲抱團(tuán)。盡量縮短混凝土的運輸時間，合理安排澆筑順序，及時卸料；在澆筑前，用水沖洗模板降溫；泵管用麻布包裹，以防日光暴曬升溫； 運輸。鋼纖維混凝土運輸采用自卸運輸車。由于鋼纖維混凝土在運輸過程中受到振動，使鋼纖維下沉，坍落度和含氣量都會有損失，影響鋼纖維混凝土的均勻性。因此，選擇鋼纖維混凝土的攪拌場地時盡量縮短運輸距離，選擇合適的8T自卸運輸車輛，以保證澆筑時的卸料高度不得超過1.5m，確保混凝土卸料過程中不發(fā)生離析現(xiàn)象。同時，宜注意運輸時的溫度，避免造成混凝土的施工和易性下降。

普通混凝土之中，以亂向的方式均勻地把一定量的鋼纖維分布其中，再經(jīng)過硬化從而制得鋼纖維混凝土，這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成，較之普通混凝土，物理力學(xué)性質(zhì)大多都較高：良好的抗沖擊性能；明顯改善的變形性能；顯著提高的抗裂與抗疲勞性能；對由于溫度應(yīng)力而造成的裂縫及裂縫的擴(kuò)展的的阻止與抑制能力良好；

漏震或過震對鋼結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量都不利。漏震產(chǎn)生的不密實對于鋼筋混凝土可能比普通混凝土還嚴(yán)重，這主要是鋼筋混凝土的流動性差，當(dāng)鋼筋混凝土密實度差時鋼纖維和基體的粘結(jié)性就更差，即起不利增強(qiáng)作用，同時還會引起鋼纖維腐蝕。過震則會引起鋼纖維下沉。這就需要現(xiàn)場澆筑過程中，正確振搗，合理安排，做好現(xiàn)場交底。

鋼纖維振搗拌合料振搗密實性和與鋼纖維在混凝土中的分布均勻性和拌合料的和易性密切相關(guān)。試驗表明，良好的鋼纖維分布均勻性和和易性是密實性的前提和基礎(chǔ)。但是，鋼纖維混凝土拌合料振搗的密實性，與普通水泥混凝土振搗密實性相比，有特殊的意義。如果不注意鋼纖維混凝土振搗的密實性，也會影響其質(zhì)量。鋼纖維混凝土拌合料振搗密實，要比普通水泥混凝土拌合料振搗密實所消耗的能量大些，振搗時間要長，因為在混凝土拌合料中加入的鋼纖維，使鋼纖維與混凝土的組成材料相互作用，阻礙鋼纖維混凝土拌合料的流動，尤其干硬性或半干硬性混凝土更為明顯。振搗時間與鋼纖維的體積率、長徑比有關(guān)。

因現(xiàn)場使用插入式振動棒插入鋼纖維混凝土進(jìn)行振搗，會使鋼纖維朝振動著的振動棒聚集，產(chǎn)生集束效應(yīng)，所以為確保鋼纖維的三維亂向分布，采取控制拆入拔出時間，不重復(fù)振搗等措施。為保證邊角混凝土密實，將振搗棒順路線方向插入，使鋼纖維成縱向條狀集束，從而使鋼纖維的排列有利于抵抗板體收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力，有利于荷載的傳遞。振搗持續(xù)時間以混凝土停止下沉、不再冒氣泡并泛出泥漿為準(zhǔn)，同時防止過振。抹面、壓紋。將外露的鋼纖維壓入混凝土中。

采取措施

1.保證振搗密實，嚴(yán)格控制振搗時間，移動距離和插入深度，嚴(yán)防漏振及過振；由項目技術(shù)人員和監(jiān)理工程師24小時值班，按照事先標(biāo)記的振搗點嚴(yán)格控制時間。

2.保證混凝土供應(yīng)，攪拌站全程管理人員旁站，嚴(yán)禁隨意留置施工縫；

3.做好現(xiàn)場協(xié)調(diào)、組織管理，要有充足人力、物力、保證施工按計劃順利進(jìn)行

養(yǎng)護(hù)

水池池壁采用帶摸養(yǎng)護(hù)，暴露混凝土采用薄膜或草包養(yǎng)護(hù)，保持表面濕潤14天，正常保養(yǎng)周期28天。絕對不能出現(xiàn)部分池壁裸露在外，上面既無薄膜，又不灑水的情況。沿池壁布置淋水水管，全天候?qū)Ｈ损B(yǎng)護(hù)。

試驗

鋼纖維的摻量在混凝土澆注地點取樣檢驗，每組樣品為10升。檢驗方法為水洗法，將鋼纖維從混凝土中洗出，曬干后稱量，單個取樣鋼纖維含量偏差不得超過配比摻量的20%，每三個取樣以上鋼纖維含量平均值的偏差不得超過配合比摻量的5%。普通試塊按照混凝土驗收規(guī)范正常留置。

建議：

為了克服大體積水池對池壁產(chǎn)生高環(huán)向張力，蛟龍?zhí)栂滤畷r動載對池壁的沖擊，原設(shè)計采用C35混凝土池壁，并正常配筋，采用鋼纖維混凝土后大大增加韌性，理論上可以做出重大修改，減少池壁厚度及配筋。

現(xiàn)場試配和攪拌站試配由于機(jī)械和原材料不同，會出現(xiàn)較大差異。攪拌站的管理水平?jīng)Q定鋼纖維混凝土的質(zhì)量好壞與成敗，鋼纖維使用較少，混凝土攪拌站缺少相應(yīng)的經(jīng)驗甚至設(shè)備（搖篩機(jī) 分散機(jī)），目前主要靠人工加纖維料，質(zhì)量波動較大。建議與項目聯(lián)合進(jìn)行管理，聯(lián)合交底。

嚴(yán)格控制混凝土原材料的質(zhì)量，混凝土攪拌站的料場宜納入質(zhì)量監(jiān)控。

宜使用分散機(jī)對鋼纖維填料，使用帶水溶性的成排鋼纖維。聚丙烯纖維混合后不宜進(jìn)行檢測和觀察，宜使用機(jī)械添加。

[1]黃承奎編著 鋼纖維混凝土耐腐蝕性、纖維混凝土的研究與應(yīng)用。大連理工大學(xué)出版社

[2]黃承奎編著 纖維混凝土結(jié)構(gòu) 機(jī)械工業(yè)出版社

[3]李藝 趙文 著作 混雜纖維混凝土阻裂增韌及耐久性能 科學(xué)出版社