鋼纖維噴射混凝土的試驗方法及應用技術

梁偉

（中鐵二十四局集團安徽工程有限公司 安徽 合肥 230011）

鋼纖維混凝土是在混凝土中均勻的摻加適量亂向分布的短鋼纖維的復合材料，它不僅具有混凝土本身的優點，由于鋼纖維的摻入，更使混凝土基體產生增強、增韌以及阻裂的效果。鋼纖維噴射混凝土則是以壓縮的空氣為動力，用噴射機噴敷于工程結構物面上的鋼纖維混凝土，按照施工方法可以分為干噴、濕噴以及半濕噴三種。

1 鋼纖維噴射混凝土的特點

1.1 強度高、韌性好。抗拉強度可以提高10%~50%，抗剪強度平均提高60%~80%，對混凝土的裂縫控制效果更為突出，提高裂后的強度，有效的阻止裂縫的擴大，具有很高的韌性，鋼纖維混凝土也具有很好的抗沖擊、抗疲勞、抗震動、抗爆炸等性能。

1.2 施工方便。施工時可以省去鋼筋網的架設，鋼纖維混凝土在沒有鋼筋網時也可以達到和巖石很好的黏結，施工方便，同時節省了工程量，鋼纖維噴射混凝土的集料回彈率比普通的噴射混凝土小5%~10%，降低了造價。

2 鋼纖維混凝土的力學性能及試驗方法

2.1 抗壓、彎拉強度要求及試驗方法

抗壓強度是評定噴射質量的一個參考指標，鋼纖維噴射混凝土的抗壓強度要能夠達到設計要求的強度等級，鋼纖維混凝土的強度等級不小于CF30，評定方法和普通的混凝土評定方法大致相同。

彎拉強度要復合相關規范的要求，一般情況下要符合下表。

?

2.2 彎曲韌性要求及試驗方法

為了保證結構在圍巖變形和巖塊坍落等荷載的作用下，鋼纖維噴射混凝土有足夠的承載力和耗能能力，確保圍巖和結構的安全性和穩定性，要對鋼纖維噴射混凝土的韌性指標做出嚴格要求。

一般采用較為簡單的方法，采用韌度比規定的韌性要求，確保鋼纖維噴射混凝土的韌度比大于等于0.70。

2.3 試件制備和試驗的特殊要求

在試配階段可以采用拌合模筑方法進行成型，研究其各組分的最佳配合比、所能達到的強度、外加劑和摻合料的適用性等。但是在正式配合比和施工檢驗時則必須采用噴射成型切割的試件進行，因為模筑和噴射的成型的混凝土有很大的差別。

采用噴射大板成型切割而成的試塊進行彎曲韌性和積累耗能的試驗，模板可以采用鋼模板或者木模板，保證底部模板具有足夠的強度，高度和切割后的截面高度保持相同，噴射時模板底部要與水平呈45°夾角，噴射用的其他設備盡可能的與施工時相同，完成后養護7天進行切割處理。

試件切割時舍棄邊沿的 125mm，梁試件可以切割成100mm×100mm×350mm或者75mm×125mm×600mm，板試件可以切割成600mm×600mm。試驗時將噴射的頂面放在受拉面。

噴射混凝土和巖面或者混凝土面的黏結強度試驗可以采用現場拉拔法，或者切割試件直接拉伸法進行測量。拉拔法是采用鉆芯法進行鉆取芯樣，直徑在50～60mm為宜，在圓芯面上用高強樹脂貼上拉拔連接件，使用千斤頂、荷載傳感器和小型承力架組成的試驗裝置對噴射混凝土芯樣進行拉拔，利用最大拔出力計算黏結強度。切割試件直接拉伸方法則是鉆到噴層的一定深度，在取出磨平處理后將兩端粘帖受拉夾具，然后在試驗機上做拉伸試驗。試驗時要注意保證是軸向拉伸，不能有偏心受拉的現象，不然測出數據會相對較小。

3 鋼纖維噴射混凝土的施工要點

施工方法有干噴法、濕噴法以及半濕噴法三種，半濕噴法是前兩種結合而成的，具體施工時要根據實際情況，合理的選擇施工方法進行操作。

3.1 噴射作業

受噴面的處理，使用高壓風、高壓水進行沖洗處理，清除巖面上的灰塵、雜物。保持受噴面稍微潮濕的狀態，太干或者太濕都不利于混凝土的噴射，受噴面有軟土地質時，先用砂漿進行抹面，使其達到能夠受噴的堅硬狀態。

噴射操作，噴射前要對操作人員進行專門的培訓，噴射時噴射口要和受噴面保持1m左右的距離，按照連續式小圓形或者橢圓旋噴的方法，每次壓半圈進行。

壓縮空氣的要求，壓縮空氣是噴射的動力，施工時要選擇合適的空氣壓縮機，合適的氣壓進行。

3.2 鋼纖維噴射混凝土的回彈問題

噴射過程中，會有一部分物料彈落下來沒有和受噴面粘結到一起，發生回彈現象，回彈物料占噴射物料的百分比稱為回彈率。

混凝土的配合比和噴射作業的操作都影響回彈率的大小，集料粒徑較大、級配不合理、砂率低時都會造成回彈率增高的現象，另外噴射氣壓、角度、距離以及噴射時具體動作都會使回彈率增大。

4 鋼纖維噴射混凝土的工程應用

4.1 隧道和地下工程的襯砌與支護

可以代替噴射混凝土和錨桿掛網噴射混凝土作為單層襯砌；采用復合襯砌時主要用途為：控制隧道開挖初期的圍巖變形，在高地應力區軟弱圍巖及膨脹性圍巖中較多運用，防止破碎圍巖的巖塊坍落，防止高地應力引起的巖爆現象；采用明挖法修建地下工程時，可以使用鋼纖維噴射混凝土作為邊坡支護；用于加固、修補已有的襯砌支護結構。

采用鋼纖維噴射混凝土作為單層襯砌的隧道和地下工程圍巖要符合以下條件：圍巖沒有明顯的變形，或者變形已經趨于穩定；可以保證巖面和噴敷層的黏結力滿足設計要求；巖面沒有涌水和淋水等現象。

復合襯砌是一種優選的支護方法，在使用時根據圍巖的分類和以往的工程經驗來確定噴層的厚度，一般情況下噴射層的厚度不宜大于150mm，在大面積淋水、不良地質圍巖以及嚴寒凍害地區，考慮使用其他的支護結構。

4.2 結構和構筑物的修補與加固

鋼纖維噴射混凝土的修補與加固功能有很大的優越性，對于橋墩、壩面和墻體結構的加固可以省去很大支摸工作量，噴射在混凝土和受噴面有很好的黏結性能，具有較好的韌性，對原混凝土和砌體有一定的約束作用，不僅增補了鋼筋，還對抗剪、彎拉起到了很好的加強作用。由于抗裂性能好，還可以作為防滲層使用。

具體運用時主要對以下情況使用：

代替鋼絲網砂漿或者鋼筋網模筑混凝土對砌體進行加固；對火災、碰撞的混凝土結構損傷進行修補加固；代替由于設計不當、施工不良等使建筑物結構質量缺陷或者承載力不足的模筑混凝土。

4.3 擋水建筑物面板的防滲和加固作用

水工擋水建筑物因混凝土收縮、溫度應力、凍融損害以及施工不良等原因，會產生裂縫、破損，嚴重時會引起滲漏危害壩體的安全。采用鋼纖維噴射混凝土進行防滲加固是一種較為理想的方法。可以解決在水中支摸具困難的情形，使加補層具有較高的抗裂性和韌性，從而具有較高的抗滲性和耐久性能。

［1］GB50009－2002混凝土結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.

［2］鄧宗才.高性能合成纖維混凝土[M].北京：科學出版社，2003.

［3］徐至鈞.纖維混凝土技術及應用[M].北京:中國建筑工業出版社,2003.

［4］李繼業，編著.新型混凝土實用技術手冊[M].北京：化工工業出版社，2005.