浅谈钢纤维混凝土在厂房承重地面施工中的应用

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[摘要] 大型工业厂房承重地面的设计和施工，关键在于如何避免混凝土产生无规则裂缝和控制地坪表面的平整度。当厂房地面要求行驶电瓶车、叉车装卸车、载重汽车时，地面承受较大的移动集中荷载，和承受由货架等传来的多点不动的集中荷载。对这种地面的裂缝控制除在施工过程中按规范严格控制外，重点是在设计上要采用合理的构造方案，本文结合实际工程案例，对钢纤维混凝土在承重地面施工中的应用的优点及大面积地面施工工艺。

[关键词] 施工技术钢纤维混凝土载重地面裂缝控制

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

钢纤维混凝土是指在混凝土搅拌过程中按一定设计要求加入钢纤维的混凝土，这类混凝土具有很好的韧度、很高的抗弯拉、抗剪强度，并且具有抗震、抗裂缝、抗渗透等特点，使原本呈脆性的混凝土材料成为一种韧性材料，从而使从本质上区别于普通混凝土，非常适合用于大型厂房承重地面。

工程概况

由我司总承包的北车（泉州）海峡轨道客车维修组装项目一期一标段包括三栋单层门式刚架结构厂房及配套辅助用房，总建筑面积65,399m2，该项目将建设成具备国内先进水平的轨道客车维修组装基地（图1）。项目三栋厂房约45,000m2的地面，均为添加了佳密克丝RC-80/60-BN钢纤维的混凝土承重地面。

图1 项目效果图

钢纤维混凝土受力机理分析

对于钢纤维混凝土而言，若握裹力相对于钢纤维抗拉强度过大，会造成钢纤维在受力过程中被拉断；若握裹力相对于钢纤维抗拉强度过小，会造成钢纤维在受力过程中被拉出。

钢纤维长径比越大，单位重量的钢纤维数量越多，同掺量情况下同体积混凝土内的钢纤维作用点就越多，钢纤维混凝土构件抗荷载能力也就越高。在一定范围内，钢纤维掺量越多，钢纤维混凝土构件抗荷载能力越强。

钢纤维控制裂缝的作用机理

钢纤维自身具有一定的抗拉强度，保证钢纤维在随混凝土工作时不会被拉断；钢纤维与混凝土之间通过握裹力，使钢纤维能有效地传送和分配应力，从而可有效地控制裂缝在混凝土中的发展。

增强结构抗冲击能力

钢纤维在混凝土中均匀地分布，从而对混凝土结构全方位均匀地进行增强，使混凝土结构受到冲击时钢纤维能吸收大量的冲击能量，减少了应力集中，有力地控制裂缝在混凝土内部的产生和发展。

提高耐磨性和抗疲劳强度

加入钢纤维后混凝土结构的耐磨性和抗疲劳强度都会大大提高，可减少冲击所产生的表面损伤，尤其适用于冲磨破坏严重的工程部位及对抗疲劳强度要求较高的建筑结构。

改善混凝土的耐久性

对于钢筋混凝土而言，混凝土会因钢筋生锈膨胀而产生剥落现象。但钢纤维混凝土中的钢纤维截面非常小，面积与体积之比较大，在钢纤维周围会形成浓厚的氢氧化钙碱性薄膜，这层薄膜对钢纤维起到很好的保护作用；同时钢纤维能够减少混凝土的裂缝从而阻碍腐蚀物质的侵入，从而会减少甚至避免这种破坏现象的发生，大大改善混凝土的耐久性，延长使用寿命，降低后期维修费用。

钢纤维原材选择

“佳密克丝”钢纤维是贝卡尔特独有的技术产品，是目前世界上独特的、技术性能最高的冷拔钢丝纤维产品。本工程采用的是“佳密克丝” RC-80/60-BN钢纤维，抗拉强度大于1200mPa，钢纤维长度60mm，直径0.75mm，长径比约为80，如图2所示。

图2 佳密克丝RC-80/60-BN钢纤维

“佳密克丝”钢纤维主要有四个主要的特点：

一是采用技术性能卓越的冷拔钢丝制作钢纤维。由于“佳密克丝”钢纤维独特的加工工艺和优良的性能，使冷拉型钢丝纤维具有剪切型和铣削型钢纤维无可比拟的优越性，可承受更多的外加荷载，吸收更多的变性能。

二是抗拉强度高。“佳密克丝”钢纤维具有足够的抗拉强度，保证钢纤维在混凝土内受拉情况下不会被拉断。

三是与混凝土有良好的握裹力。“佳密克丝”钢纤维两端弯钩的外形保证钢纤维和混凝土之间具备良好的握裹力，这是相对于钢纤维抗拉强度的最佳握裹状态，从而能最大程度地利用钢纤维本身的抗拉强度。

四是与混凝土有良好的和易性，搅拌无结团。“佳密克丝”钢纤维采用特殊水溶性胶水将钢纤维粘结成排，可保证钢纤维在混凝土中分散均匀、极易搅拌、杜绝结团，避免了单根散纤维容易变形、结团及堵管的问题，在混凝土拌合过程中实现了“二次”分散的技术工艺。

钢纤维混凝土施工方法

施工部署

本工程厂房地面做法为：素土夯实，压实系数控制 0.94以上；250厚碎石垫层，M5水泥砂浆灌缝；200厚钢纤维混凝土。由于厂房地面面积较大，混凝土地面厚度较厚，在施工过程中混凝土体积收缩较大，易产生收缩裂缝，本工程拟采用“分仓跳格法”施工。在地坪混凝土施工过程中按照5个柱距×3个柱距进行分仓施工， 混凝土跳格分期浇筑，混凝土地坪浇筑顺序如图3所示。

图3混凝土浇筑分区

钢纤维混凝土配合比

钢纤维混凝土施工宜采用机械搅拌，当钢纤维体积率较高、拌合物稠度较大时，搅拌机一次搅拌量不宜大于其额定搅拌量。一次搅拌钢纤维混凝土的各种材料的重量应按施工配合比确定，一次搅拌称重偏差不得超过下表：

表1 钢纤维混凝土材料称重偏差

混凝土质量要求如下：

• 混凝土抗压强度：C25；

• 水灰比在0.55以下；

• 粗骨料最大粒径不超过30mm；

• 混凝土现场坍落度要求：130±10mm；

• 混凝土中不允许掺入粉煤灰；

钢纤维混凝土制备

如何保证钢纤维在混凝土拌合物中均匀分散，不结团，是钢纤维混凝土制备的质量控制要点。影响钢纤维在拌合料中分散均匀性的主要因素为：钢纤维的体积率、长径比、碎石粒径、水灰比、砂率、以及搅拌机械、投料方法等，其中搅拌机械和投料方法尤为重要。

钢纤维混凝土制备时，应严格按照试验室设计的配合比下料，采用强制式搅拌机拌合，可先投入砂、石、水泥、钢纤维进行干拌，使钢纤维均匀分散于拌合料中，然后加入水进行湿拌；也可先投入砂、石、水泥、水，在拌和过程中分散加入钢纤维。为了提高分散性，在投放钢纤维时，可用钢纤维分散布料机。当采用商品混凝土时，要安排专职试验员长驻搅拌站，监督、控制商品混凝土的搅拌质量，确保混凝土配合比符合设计要求，搅拌质量合格。

钢纤维混凝土的搅拌时间应通过现场搅拌试验确定，通常比普通混凝土规定的搅拌时间延长1-2min，采用先干拌后加水的搅拌方式时干拌时间不宜少于1.5min。

钢纤维混凝土卸料

本工程混凝土采用泵送方式浇筑，浇筑前需安排好搅拌车的行车路线和停驻位置，泵管出口要配合整平机整平的位置。卸料前，必须进行混凝土坍落度试验，对不合要求的混凝土进行退货处理。

钢纤维混凝土浇筑

本工程要求混凝土泵车运输时间不宜超过30分钟，每小时施工面积宜控制在150 - 200m2，采用有效作用半径为1000英尺的激光整平机进行混凝土的摊铺及整平施工。激光整平机施工操作要点如下：

① 凝土摊铺前，用洒水车将基层均匀湿润，摊铺混凝土料大约高出模板1～2 cm。

② 用2～3 台振捣棒依次排列。全幅振捣,振捣时间不少于20 s ，以混凝土停止下沉，不再冒泡并泛出水泥浆为宜。

③ 调整整平机轴高，要求其正常作业时，只能击打削平混凝土料，不能与模板接触。

④ 开启整平机时，先后退30～50 cm，使之在模板上平衡行走，整平作业过程中，操作手要注意观察布料情况，如积料过多或局部过低，都要立即停机，待人工处理后再重新开启。整平机前进振动后退静滚2～3 遍后，前后静滚整平至混凝土面。

⑤ 整平机整平后，采用手动整平刮尺进行二次刮平，去除混凝土表面的浮游物，并再次提高表面的平整度；在此过程中，可采用磁铁将露出混凝土地面的钢纤维吸出，以提高人工捡拾的工作效率。

机械压光

在混凝土地面初凝后且未到终凝时，采用叶片式混凝土压光机对混凝土进行表面压光，由于本工程物流区地面为耐磨地面，因此混凝土基层的压光不能洒水泥砂子粉，而是利用振捣和揉浆后表面反上来的乳浆进行压光。在混凝土终凝结束后再用磨光机二次磨光。

养护

在混凝土浇筑完成后，应在24h内加以覆盖并浇水养护，在常温下连续养护不少于7d，使其在湿润的条件下硬化。为保证已浇筑好的混凝土在规定龄期内达到设计要求的强度，并防止产生伸缩裂缝，必须认真做好养护工作。养护过程中，应保证表面覆盖塑料薄膜的严密性，局部可用重物压住，并及时浇水以保持混凝土具有足够湿润状态。在浇筑完毕后，要注意成品保护，在未达到规定强度前不得上人。

切缝、注胶

为克服温度变化产生裂缝，需在已浇筑好的混凝土地面上，垂直于混凝土浇筑方向用切割机切缝。待混凝土能上人时方进行切缝，施工切缝时间应从严掌握，过早切缝会使石子松动损坏缝缘，过晚切缝困难且缝两端易产生不规则开裂。

具体操作方法如下：在拟切缝的水泥混凝土上弹出墨线，安好导轨导向架，将切缝机定位，开动切缝机，放水，转动刀架手柄，缓慢进刀，切缝间距根据柱距确定。本项目为横向7500mm间距，柱边采用菱形切割，切割宽度为5mm，切割深度为70mm左右。

地坪养护一个月后，清除切缝处所有松动颗粒和灰尘；先在切缝里塞入泡沫条，泡沫条直径视当时切缝开展情况而定；缝两边贴上美纹纸，用胶枪打入具有持久弹性快速固化的聚氨酯密封胶；施工密封胶时避免引入空气；掀去美纹纸，清理污染处地面。

经济效益分析

本工程采用的200mm厚钢纤维混凝土地面，混凝土等级为C25，每方混凝土钢纤维用量15kg。与本工程一类似厂房地面采用的钢筋混凝土地面，其做法为：200厚C25混凝土，内配双层双向间距200Φ8钢筋。我们对两种设计方案做如下经济效益分析，见下表。

表二钢筋混凝土地面与钢纤维混凝土地面成本分析对照表

可见，与传统钢筋混凝土地面相比，采用钢纤维混凝土地面可明显降低工程成本，经济效益显著。

结语

对于厂房承重地面，钢纤维混凝土不仅提高混凝土各项技术指标，而且省去钢筋绑扎，节省大量钢筋，施工方法简单，节省大量人力和时间，在保证工程质量的同时，降低了工程总造价，加快了施工进度，具有良好的综合社会效益。

本工程钢纤维混凝土地面于2012年4月10日开始实施，2012年5月25日顺利完成，经参见各方验收，地面满足设计要求各项指标。本工程厂房于2012年7月投入使用至今，承重地面使用情况良好，未出现裂缝等质量问题。