試驗用鋼纖維‐鋼筋混凝土板的設計與制作

秦 菱 武 衛 李 楊

（空軍勤務學院機場工程與保障系江蘇徐州 221000）

試驗用鋼纖維‐鋼筋混凝土板的設計與制作

秦 菱 武 衛 李 楊

（空軍勤務學院機場工程與保障系江蘇徐州 221000）

按照試驗用鋼纖維-鋼筋混凝土板的設計要求，對材料、用量以及制作過程進行了介紹，該設計制作方案在參考相關試驗規范的基礎上，根據工程應用經驗進行調整，適當提高水膠比，保證強度的同時降低了施工難度。

鋼纖維-鋼筋混凝土板 配合比設計 制作工藝

1. 體混凝土配合比設計

配合比設計規范要求鋼纖維混凝土必須滿足抗壓強度等性能方面的需要，同時保證施工易用性和合理的鋼纖維摻入量，以使在工程實際應用中既具有優異的使用性能又有良好的經濟效益，便于大規模推廣使用。所用混凝土配合比方案主要依據研究領域的《鋼纖維混凝土試驗方法》，在工程領域依據《纖維混凝土結構技術規程》和《普通混凝土配合比設計規程》[1]-[3]中的相關規定，對C30強度等級鋼纖維混凝土的材料選擇和各組分配合比例進行設計和計算，以此確定試驗用配合比。

(1)確定基體混凝土配制強度

參照普通混凝土配置強度設計方法，小于C60強度等級的可以按下式計算配置強度：

(2)確定水膠比和砂率

因為水泥與骨料間的粘結力大小和水泥本身的強度綜合決定了鋼纖維混凝土的強度，即強度的提高基本依賴于水膠比和水泥等級的合理選取，鋼纖維的幾何尺寸參數（體積摻量與長徑比）主要影響增韌性能和阻裂性能而對強度提高很有限，一般不超過15%。水膠比一定程度上決定著混凝土材料的粘聚性，較低的水膠比意味著較強的粘聚性，能夠有效解決鋼纖維在拌合時過度沉降問題，有利于鋼纖維的均勻分布。因此配置試驗用鋼纖維混凝土的水膠比要求低于0.50，有耐久性需求的則要求低于0.45。另一方面，根據國內鋼纖維混凝土工程的實際施工配合比經驗，過低的水膠比容易導致和易性大幅度降低，不利于混凝土拌合以及鋼纖維均勻散布，影響大面積施工，最終造成結構強度不達標，因此水膠比的選擇范圍宜為0.40～0.50。

文獻[4]研究了水膠比、砂率對鋼纖維混凝土靜態和動態抗壓強度的影響。結果顯示：水膠比取0.33，砂率取37%時鋼纖維混凝土在0.30MPa、0.35MPa、0.40MPa的SHPB沖擊作用下時的動態抗壓性能均表現為最好。較低的水膠比可以加強骨料之間、骨料與鋼纖維之間的粘聚力，容易形成較高強度。但是考慮到試驗所用試件尺寸較SHPB試驗有大幅增加，且配有受拉鋼筋，過低的水膠比會影響成型試件強度進而影響試驗結果，最終選定的水膠比為0.40，計算水膠比時將減水劑的50%計入水的重量，砂率選取為37%。

(3)確定鋼纖維類型

周楠還在論文中借助SHPB裝置研究了鋼纖維類型對鋼纖維混凝土動態抗壓強度的影響。試驗結果顯示，在0.30MPa和0.35MPa兩種氣壓下，波紋型鋼纖維和弓形鋼纖維對動態抗壓強度的增強效果最明顯；在0.40MPa氣壓下弓形鋼纖維對動態抗壓強度的強化達到了33%，效果最為顯著。在靜態抗壓試驗部分，同樣是弓形鋼纖維的增強表現最突出。因此試驗所用鋼纖維選擇為上海盾堅鋼纖維廠生產的弓形鋼纖維，長徑比為56，抗拉強度為1200MPa，弓形鋼纖維拌合時不容易相互拉結成團，混凝土硬化后又能形成足夠的錨固強度，適合添加在混凝土材料中。

綜合以上分析，初步確定試驗用材料參數取值，見表1。

表1 鋼纖維混凝土試件材料及參數

(4)確定鋼纖維混凝土配合比

在鋼纖維混凝土材料參數確定后，借助絕對體積法計算出單位體積的粗細骨料的用量。計算公式如式2所示：

首先確定單位體積用水量，進而確定水泥用量，通過式2計算得出粗細骨料總共的重量，再由表1中的砂率求出砂、石子各自所需重量。按照此法可以算得的各個試件所需材料配合比。

2. 件制作過程

試件制作的基本步驟為：模具制作——材料準備——材料拌合——入模振搗——養護成型。

(1)模具制作

由于試件尺寸限制，且試件中的鋼纖維給脫模帶來一定困難，特選用木質模板作為試件制作的模具，模具底部未封閉，方便脫模與二次使用。

(2)材料準備

將鋼筋按照設計尺寸進行切割，再用電焊焊接成鋼筋網，共焊接間距120mm鋼筋網5件，間距60mm鋼筋網6件。

粗骨料用流水沖洗3次，平均鋪于地面待晾干后用篩分機進行篩分，選擇10mm的篩網，并濾掉細小渣滓和雜物。

(3)材料拌合

鋼纖維混凝土施工工藝中最難控制的工序就是鋼纖維與其他組分材料的拌合均勻，因為鋼纖維輕質細長，且極易結團，一旦拌合不就會導致成型的試件中鋼纖維的集中分布或缺失，影響水泥和粗細骨料的粘接，直接破壞試件整體強度的形成，將對試驗結果造成較大誤差。因此，在參考相關文獻后采用機器攪拌和人工拌合相結合的手段進行材料拌合，每塊板的材料分開拌合，減少拌合時鋼纖維的數量，以使鋼纖維盡可能均勻分別。首先對各組分材料進行機器干拌，使用一層水泥，一層鋼纖維，一層細骨料，一層粗骨料交替分次摻加的方法，對材料進行充分混合。在進行濕拌的時候，由于攪拌機螺旋槳接觸面積過大，容易使鋼纖維沾水后結團，因此采用人工拌合的方法，最大程度降低鋼纖維分布不均的可能。

(4)入模振搗

模具用重物固定，內側刷上適量脫模劑，底層攤鋪報紙，以避免混凝土材料與地面粘接。混凝土材料入模時需要分層加料、分層夯實，第一層加入10mm厚的拌合物并用手持平面振夯機及時振搗，將鋼筋網用事先綁好的細鐵絲放于拌合物上方，并確保鐵絲觸及到地面，鋼筋網在鐵絲的支撐下不會因為振搗和壓實而下陷，保護層厚度容易得到保證。第二層加入20mm厚的拌合物，充分振搗，使拌合物均勻填滿鋼筋網的孔隙。第三層將剩余拌合物全部填入模具中，進行最上層的振實和抹平。

(5)養護成型

試件成型后待室內養護24h后脫模，脫模時輕敲模具四周，使模具與試件分離。養護時避免風吹日曬，脫模后的試件用塑料薄膜覆蓋，每天定時灑水養護，使試件始終保持濕潤，自然養護至28d齡期滿，供試驗備用。

3. 語

在相關混凝土力學試驗規范的基礎上，借鑒工程實際經驗對試驗用鋼纖維-鋼筋混凝土板的設計和制作方案進行改進，提高了試驗用水膠比，改善了鋼纖維混凝土和易性，降低了施工難度，對結構試驗的構件制作具有一定參考價值。

[1]哈爾濱建筑工程學院，大連理工大學，空軍工程設計研究局.CECS 13-1989.鋼纖維混凝土試驗方法[S].行業標準-工程建設推薦性標準(CN-CECS)，1989-12-26

[2]大連理工大學.CECS 38-2004.纖維混凝土結構技術規程[S].行業標準-工程建設推薦性標準(CN-CECS)，2004-07-30

[3]中國建筑科學研究院，北京建工集團有限責任公司，中國建筑材料科學研究總院等.JGJ 55-2011.普通混凝土配合比設計規程[S].行業標準-建筑工業(CN-JG)，2011-04-22

[4]周楠.鋼纖維類型對混凝土動力性能的影響試驗研究[D]：〔碩士學位論文〕.徐州：空軍勤務學院，2013

O347.3

B

1007-6344（2015）12-0150-01