深海基地試驗(yàn)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

深海基地試驗(yàn)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

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(shí)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

深海基地試驗(yàn)水池赤壁為薄殼防水混凝土結(jié)構(gòu)，池壁厚度500mm。本工程設(shè)計(jì)為鋼纖維混凝土，參入量25kg/立方。設(shè)計(jì)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(yàn)水池同時(shí)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(shí)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(shí)會(huì)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(yàn)水池實(shí)踐中遇到的問題及解決辦法與同行們共享。

根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場甲方組織試驗(yàn)檢測水池鋼纖維防水混凝土施工方案專家意見論證會(huì)及會(huì)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(hào)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(jì) 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(jì)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(jì)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(shí)間比不上加纖維的混凝土攪拌時(shí)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(jì)情況及對廠家配比進(jìn)行驗(yàn)收工作。

經(jīng)過試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(xiàng)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(yàn)沒有采用在現(xiàn)場投放鋼纖維的嘗試。

綜合考慮施工運(yùn)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(yùn)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(yùn)輸時(shí)間，合理安排澆筑順序，及時(shí)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(yùn)輸。鋼纖維混凝土運(yùn)輸采用自卸運(yùn)輸車。由于鋼纖維混凝土在運(yùn)輸過程中受到振動(dòng)，使鋼纖維下沉，坍落度和含氣量都會(huì)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(shí)盡量縮短運(yùn)輸距離，選擇合適的8T自卸運(yùn)輸車輛，以保證澆筑時(shí)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(shí)，宜注意運(yùn)輸時(shí)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(shí)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(dòng)性差，當(dāng)鋼筋混凝土密實(shí)度差時(shí)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(shí)還會(huì)引起鋼纖維腐蝕。過震則會(huì)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(shí)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(yàn)表明，良好的鋼纖維分布均勻性和和易性是密實(shí)性的前提和基礎(chǔ)。但是，鋼纖維混凝土拌合料振搗的密實(shí)性，與普通水泥混凝土振搗密實(shí)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(shí)性，也會(huì)影響其質(zhì)量。鋼纖維混凝土拌合料振搗密實(shí)，要比普通水泥混凝土拌合料振搗密實(shí)所消耗的能量大些，振搗時(shí)間要長，因?yàn)樵诨炷涟韬狭现屑尤氲匿摾w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(dòng)，尤其干硬性或半干硬性混凝土更為明顯。振搗時(shí)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(dòng)棒插入鋼纖維混凝土進(jìn)行振搗，會(huì)使鋼纖維朝振動(dòng)著的振動(dòng)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(shí)間，不重復(fù)振搗等措施。為保證邊角混凝土密實(shí)，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(shí)間以混凝土停止下沉、不再冒氣泡并泛出泥漿為準(zhǔn)，同時(shí)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(shí)，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，移動(dòng)距離和插入深度，嚴(yán)防漏振及過振；由項(xiàng)目技術(shù)人員和監(jiān)理工程師24小時(shí)值班，按照事先標(biāo)記的振搗點(diǎn)嚴(yán)格控制時(shí)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(jì)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(yàn)

鋼纖維的摻量在混凝土澆注地點(diǎn)取樣檢驗(yàn)，每組樣品為10升。檢驗(yàn)方法為水洗法，將鋼纖維從混凝土中洗出，曬干后稱量，單個(gè)取樣鋼纖維含量偏差不得超過配比摻量的20%，每三個(gè)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(yàn)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(shí)動(dòng)載對池壁的沖擊，原設(shè)計(jì)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(huì)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(yàn)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(dòng)較大。建議與項(xiàng)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