鋼纖維噴射混凝土的試驗(yàn)方法及應(yīng)用技術(shù)

梁偉

（中鐵二十四局集團(tuán)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(fù)合材料，它不僅具有混凝土本身的優(yōu)點(diǎn)，由于鋼纖維的摻入，更使混凝土基體產(chǎn)生增強(qiáng)、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(jī)噴敷于工程結(jié)構(gòu)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(diǎn)

1.1 強(qiáng)度高、韌性好。抗拉強(qiáng)度可以提高10%~50%，抗剪強(qiáng)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(qiáng)度，有效的阻止裂縫的擴(kuò)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(shí)可以省去鋼筋網(wǎng)的架設(shè)，鋼纖維混凝土在沒有鋼筋網(wǎng)時(shí)也可以達(dá)到和巖石很好的黏結(jié)，施工方便，同時(shí)節(jié)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(jià)。

2 鋼纖維混凝土的力學(xué)性能及試驗(yàn)方法

2.1 抗壓、彎拉強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法

抗壓強(qiáng)度是評定噴射質(zhì)量的一個(gè)參考指標(biāo)，鋼纖維噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度要能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級，鋼纖維混凝土的強(qiáng)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(qiáng)度要復(fù)合相關(guān)規(guī)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(yàn)方法

為了保證結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，要對鋼纖維噴射混凝土的韌性指標(biāo)做出嚴(yán)格要求。

一般采用較為簡單的方法，采用韌度比規(guī)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(yàn)的特殊要求

在試配階段可以采用拌合模筑方法進(jìn)行成型，研究其各組分的最佳配合比、所能達(dá)到的強(qiáng)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(yàn)時(shí)則必須采用噴射成型切割的試件進(jìn)行，因?yàn)槟Ｖ蛧娚涞某尚偷幕炷劣泻艽蟮牟顒e。

采用噴射大板成型切割而成的試塊進(jìn)行彎曲韌性和積累耗能的試驗(yàn)，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(qiáng)度，高度和切割后的截面高度保持相同，噴射時(shí)模板底部要與水平呈45°夾角，噴射用的其他設(shè)備盡可能的與施工時(shí)相同，完成后養(yǎng)護(hù)7天進(jìn)行切割處理。

試件切割時(shí)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(yàn)時(shí)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(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)可以采用現(xiàn)場拉拔法，或者切割試件直接拉伸法進(jìn)行測量。拉拔法是采用鉆芯法進(jìn)行鉆取芯樣，直徑在50～60mm為宜，在圓芯面上用高強(qiáng)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(yàn)裝置對噴射混凝土芯樣進(jìn)行拉拔，利用最大拔出力計(jì)算黏結(jié)強(qiáng)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(yàn)機(jī)上做拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)要注意保證是軸向拉伸，不能有偏心受拉的現(xiàn)象，不然測出數(shù)據(jù)會相對較小。

3 鋼纖維噴射混凝土的施工要點(diǎn)

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(jié)合而成的，具體施工時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況，合理的選擇施工方法進(jìn)行操作。

3.1 噴射作業(yè)

受噴面的處理，使用高壓風(fēng)、高壓水進(jìn)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(tài)，太干或者太濕都不利于混凝土的噴射，受噴面有軟土地質(zhì)時(shí)，先用砂漿進(jìn)行抹面，使其達(dá)到能夠受噴的堅(jiān)硬狀態(tài)。

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

壓縮空氣的要求，壓縮空氣是噴射的動力，施工時(shí)要選擇合適的空氣壓縮機(jī)，合適的氣壓進(jìn)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(jié)到一起，發(fā)生回彈現(xiàn)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(yè)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(shí)都會造成回彈率增高的現(xiàn)象，另外噴射氣壓、角度、距離以及噴射時(shí)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(yīng)用

4.1 隧道和地下工程的襯砌與支護(hù)

可以代替噴射混凝土和錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土作為單層襯砌；采用復(fù)合襯砌時(shí)主要用途為：控制隧道開挖初期的圍巖變形，在高地應(yīng)力區(qū)軟弱圍巖及膨脹性圍巖中較多運(yùn)用，防止破碎圍巖的巖塊坍落，防止高地應(yīng)力引起的巖爆現(xiàn)象；采用明挖法修建地下工程時(shí)，可以使用鋼纖維噴射混凝土作為邊坡支護(hù)；用于加固、修補(bǔ)已有的襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)。

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(jīng)趨于穩(wěn)定；可以保證巖面和噴敷層的黏結(jié)力滿足設(shè)計(jì)要求；巖面沒有涌水和淋水等現(xiàn)象。

復(fù)合襯砌是一種優(yōu)選的支護(hù)方法，在使用時(shí)根據(jù)圍巖的分類和以往的工程經(jīng)驗(yàn)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(zhì)圍巖以及嚴(yán)寒凍害地區(qū)，考慮使用其他的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

4.2 結(jié)構(gòu)和構(gòu)筑物的修補(bǔ)與加固

鋼纖維噴射混凝土的修補(bǔ)與加固功能有很大的優(yōu)越性，對于橋墩、壩面和墻體結(jié)構(gòu)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(jié)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(bǔ)了鋼筋，還對抗剪、彎拉起到了很好的加強(qiáng)作用。由于抗裂性能好，還可以作為防滲層使用。

具體運(yùn)用時(shí)主要對以下情況使用：

代替鋼絲網(wǎng)砂漿或者鋼筋網(wǎng)模筑混凝土對砌體進(jìn)行加固；對火災(zāi)、碰撞的混凝土結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行修補(bǔ)加固；代替由于設(shè)計(jì)不當(dāng)、施工不良等使建筑物結(jié)構(gòu)質(zhì)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(yīng)力、凍融損害以及施工不良等原因，會產(chǎn)生裂縫、破損，嚴(yán)重時(shí)會引起滲漏危害壩體的安全。采用鋼纖維噴射混凝土進(jìn)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(bǔ)層具有較高的抗裂性和韌性，從而具有較高的抗?jié)B性和耐久性能。

［1］GB50009－2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］鄧宗才.高性能合成纖維混凝土[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

［3］徐至鈞.纖維混凝土技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

［4］李繼業(yè)，編著.新型混凝土實(shí)用技術(shù)手冊[M].北京：化工工業(yè)出版社，2005.