大掺量铣削型钢纤维混凝土施工技术

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摘要：本文结合工程实例，对铣削型钢纤维混凝土施工技术及施工质量控制等方面作了控讨，供相关人员参考。

关键词：框支梁；铣削型钢纤维；大掺量；钢纤维混凝土；技术

引言

钢纤维混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrete,简写为SFRC）是普通混凝土中掺入钢纤维形成可浇筑、可喷射成型的一种新型复合材料。钢纤维能有效限制混凝土裂缝的扩展，能显著提高混凝土抗拉、抗弯、抗剪强度，能较大改善混凝土抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性，当掺量达到一定值时，混凝土的弯曲韧性指数已接近理想弹塑性材料，可大大延长结构使用寿命。常用的钢纤维有切断型钢纤维、剪切型钢纤维、铣削型钢纤维、熔抽型钢纤维等。

铣削型钢纤维是直接在高质量钢锭上，用旋转铣刀铣切而成。铣削型钢纤维表面干燥，加工过程不接触任何剂和冷却剂，横截面呈三角形，具有两个粗燥面和一个光滑面，径向扭曲，两端有带钩的锚尾。与其他钢纤维相比，铣削型钢纤维与混凝土的粘结力更大，开裂极限值更高，抗腐蚀能力更强，不结团，适宜搅拌，分散均匀，对混凝土的增强效果更显著。一般体积掺量0.4～0.8%时，抗压强度提高5-20%；弯拉强度提高20-50%；抗拉强度提高20-40%；耐磨性能提高约40%；冲击荷载作用下，抗裂性能提高3-4倍；弯拉疲劳强度提高1.65-2.25倍。当体积掺量达到1.17%（90kg/m³）时，混凝土的弯曲韧性指数已接近理想弹塑性材料，抗裂效果接近理想，能广泛应用于对韧性及抗裂要求较高的工业与民用建筑结构转换层框支梁。

钢纤维对混凝土的和易性和流动性影响很大，一般钢纤维混凝土的坍落度大小，与钢纤维掺量成反比。钢纤维在混凝土中会产生一种支撑效应，相互交错，形成一种网络，会大幅度削弱混凝土流动性能，增大混凝土运输、泵送及浇捣难度。当铣削型钢纤维体积掺量超过0.8%时，混凝土流动性差，尤其是泵送时，由于钢纤维混凝土表面摩擦力增大，泵送相当困难。实践证明，铣削型钢纤维体积掺量超过0.8%时，即便通过适当加大砂率，并放大水灰比或改用高效减少剂来增加坍落度，混凝土泵送仍相当困难，平均1小时泵送不足10m³，且极易发生堵塞泵管现象。本文结合工程实例对体积掺量>0.8%的大掺量铣削型钢纤维混凝土施工技术简述如下。

1工程概况

深圳市南山区龙珠大道66号××行政学院1号楼（行政教学楼）建筑面积8998m²，基础为天然独立基础（局部地下室为天然筏板基础），主体为框架结构，地上7层，局部地下1层， 2层1-21轴、1-22轴梁为框支转换梁，采用体积掺量1.2%铣削型钢纤维混凝土，梁截面1100×1400，跨度13m，见图1。

2技术要求

2.1设计要求

框支层的框支梁（包括梁柱节点区）设计等级为C30，采用长径比L/D为35-40、长度32mm铣削型钢纤维混凝土，钢纤维体积含量1.2%，按《纤维混凝土结构技术规程》CECS38:2004的要求进行施工。

2.2原材料要求

本工程采用预拌商品混凝土，水泥、骨料、水、外加剂和混合材料应符合《预拌混凝土》（GB/T14902-2003）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）有关规定。

（1）钢纤维：表面应洁净无锈无油，横截面和纵截面均有锯齿形的边，两端有带钩的锚尾，单根钢纤维的最低抗拉强度≥700Mpa，经对比分析，本工程选用上海哈瑞克斯金属制品有限公司生产的铣削型钢纤维。

（2）水泥：采用42.5级硅酸盐水泥，须符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）要求。

（3）碎石：采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、表面粗糙，近立方体颗粒的碎石，直径应不大钢纤维长度的2/3，含泥量不大于1%，细长、扁平颗粒及风化石、针片状含量不大于10%，必要时应将含有土颗粒的碎石用水冲洗，必须满足《建筑用卵石、碎石》（GB/T14685-2001）要求。

（4）细集料：采用天然中粗砂，砂粒必须坚硬、洁净、干燥、无杂质、颗粒均匀，细度模数为2.0~3.0，含泥量不大于3%，含泥量超过标准的砂必须过筛。细集料的洁净程度，以不小于0.075mm含量的百分比表示，质量必须满足《建筑用砂》（GB/T14684-2001）规范要求。

（5）水：洁净无污染的自来水，符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）要求。

（6）外加剂：宜选用优质减水剂，对抗冻性有明确要求的钢纤维混凝土宜选用引气型减水剂，外加剂须满足《混凝土外加剂》（GB8076-2009）、《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）要求。

2.3配合比要求

铣削型钢纤维混凝土的配合比设计，必须满足结构设计要求的抗压强度、抗拉强度（或弯曲强度、弯曲韧度比）以及强度要求的和易性。

配合比设计采用试验计算法，按下列步骤进行。

（1）根据强度设计值以及施工配制强度的提高系数，确定试配抗压强度与抗拉强度；

（2）根据试配抗压强度计算水灰比，一般水灰比W/C宜采用0.45～0.5，每立方米钢纤维混凝土的水泥用量（或胶凝材料总用量）不小于360kg，也不得大于550kg，由于钢纤维对混凝土的和易性和流动性影响很大。坍落度的大小，与钢纤维掺量成反比，因此掺量越大，流动性越差，一般坍落度值要比同强度普通混凝土的要求值小20mm；

（3）按设计要求的钢纤维体积率确定铣削型钢纤维掺加量；

（4）根据施工要求的稠度通过试验确定单位体积用水量，掺加外加剂时要综合考虑外加剂的影响；

（5）通过试验确定合理砂率；

（6）按绝对体积法计算材料用量，确定试配配合比；

（7）按试配配合比进行拌合物性能试验，检验其稠度、粘聚性、保水性是否满足施工要求，若不满足要求，则应在保持水灰比不变的条件下，调整用水量或砂直到满足要求为止，并据此确定用于强度试验的基准配合比；

（8）根据强度试验结果调整水灰比，确定施工配合比。

2.4拌和要求

钢纤维混凝土宜选用商品混凝土、采用滚动式拌合设备拌和，一次拌和量不大于其额定拌和量的80%，铣削型钢纤维混凝土体积掺量>0.8%时，一次拌和量不应大于其额定拌和量的60%。

搅拌的投料次序和方法以搅拌过程中保持钢纤维不结团、不产生弯曲或折断，不出现拌和机因超负荷停止运转或堵塞出料口为原则，投料顺序为：钢纤维、水泥、粗细骨料先投料进行干拌，然后加水湿拌，钢纤维混凝土的搅拌时间应通过现场搅拌试验确定，一般应比普通混凝土规定的搅拌时间延长1～2min，且干拌时间不宜小于1.5min。

3施工质量控制

3.1 生产质量控制

铣削型钢纤维混凝土应严格按配合比生产，钢纤维掺量的允许偏差按±2%控制，每班至少检验2次。

3.2 运输质量控制

铣削型钢纤维混凝土运输与普通混凝土运输一样，运输过程中应控制避免混凝土离析。搅拌运输车运输途中，搅拌筒以3-6r/min的缓慢速度转动，不断搅拌混凝土拌合物，以防止其产生离析。

铣削型钢纤维混凝土比普通混凝土和易性、流动性要差很多，掺量越大，和易性、流动性越差，因此对于大掺量铣削型钢纤维混凝土应加强运输过程中的时间、和易性、流动性的控制，确保铣削型钢纤维混凝土运输过程质量。一般铣削型钢纤维混凝土硬化时间比普通混凝土的要短，且掺量越大，混凝土泵送越困难，硬化越快，为避免出现混凝土到工地等待浇筑时间过长，大掺量铣削型钢纤维混凝土单车运输不宜超过5m³。本工程因钢纤维仅仅用于框支梁，方量不大，但铣削型钢纤维体积掺量达1.2%，为确保质量，铣削型钢纤维混凝土单车运输控制在2.5m³以内。且控制发车时间间隔在30min左右。

3.3泵送质量控制

铣削型钢纤维混凝土泵送和普通混凝土泵送要求一样，应连续不间断，避免出现停滞导致塞管。当混凝土供应不及时时，应降低泵送速度保持连续泵送不停滞，但慢速泵送的时间不能超过从搅拌到浇筑的允许延续时间。不得己停泵时，料斗中应保留足够多的混凝土，作为间隔推动管路中的混凝土之用。拌合料从搅拌机卸出到浇筑完毕所用的时间不宜超过30min，当流动性太差，可以加减水剂在搅拌车内快速反转二次搅拌，浇筑过程中严禁因拌合料干涩而加水。

铣削型钢纤维混凝土因掺加了钢纤维，表面摩擦力变大，流动性变差，钢纤维掺量越大，表面摩擦力越大，流动性越差，泵送越困难，当体积掺量>0.8%时，泵送已相当困难，为确保浇筑连续性，当仅用一台泵车泵送时，现场应配置混凝土料斗，遇到泵送停滞时，应立即启用料斗通过吊装运输，确保浇捣连续性，避免出现施工冷缝。本工程铣削型钢纤维混凝土钢纤维体积掺量达1.2%， 每小时泵送已不到5m³，泵送与料斗吊运效率差不多，为确保框支梁混凝土浇筑质量，采用泵送+料斗吊运相结合的方式，浇筑框支梁混凝土至板底标高，然后泵车泵送普通混凝土，料斗吊运钢纤维混凝土。框支梁钢纤维混凝土浇筑在前，其它梁板普通混凝土在框支梁钢纤维混凝土浇筑之后。

3.4 浇筑与养护质量控制

钢纤维混凝土必须采用机械振捣，振捣时除应保证混凝土密实外，尚应保证铣削型钢纤维分布均匀。由于框支梁截面较大，混凝土浇筑时，应分层浇筑，确保荷载分布均匀，分层浇筑混凝土应连续，不得产生施工冷缝，框支梁钢纤维混凝土浇筑至次梁、板位置时，应沿次梁、板方向延展0.5m～1.0m宽（见图2），以确保钢纤维混凝土框支梁质量。框支梁钢纤维混凝土浇筑完初凝前，浇筑梁板普通混凝土。

铣削型钢纤维混凝土结构构件的养护与普通混凝土结构构件养护一样。框支梁作为非常重要构件，施工时除按规定留置抗压、抗折标准养护试块外，尚应留置同条件养护试块。

4质量检验

铣削性钢纤维混凝土浇筑前，应检查每车混凝土的塌落度，塌落度应控制在160mm-200mm之间。同时采用水洗法在浇筑点取样检查铣削型钢纤维的体积率，每班至少应检查1次。按《混凝土强度检验评定标准》（GB50204-2002）要求留置抗压强度标准养护试块、同条件养护试块。同时留置2组备用试块，一组用于测定7d抗压强度，一组测定14d抗压强度。并按规定留置抗折强度标注养护试块，以检验框支梁铣削性钢纤维混凝土的抗折强度。

5经济效益

结构转换层框支梁采用大掺量铣削型钢纤维混凝土与采用普通混凝土相比经济效益明显。

（1）在同等强度下可减小结构构件截面，节约空间，可减少混凝土用量；

（2）可取代或部分取代钢筋；

（3）与普通混凝土搅拌及施工相同，不需额外增添设备；

（4）可大大增加结构构件抗裂性，延长结构构件使用寿命。

6结束语

本工程目前已投入使用，铣削型钢纤维混凝土试块28d抗压和抗折强度试验均满足设计要求，结构构件实体检测结果表明完全合格，现场经多次观测，未发现任何裂缝出现，表面观感很好。

大掺量铣削型钢纤维混凝土所具备的优越性能以及在工程中的成功应用表明：大掺量铣削型钢纤维混凝土可以解决普通混凝土难以解决的抗裂性、耐久性等问题。因此，大掺量铣削型钢纤维混凝土在建设工程中具有广阔应用前景。

大掺量铣削型钢纤维混凝土虽有很多的优点，但应用上还是存在一定的局限性。如和易性较差，搅拌、泵送和振捣时会因大掺量铣削型钢纤维混凝土表面摩擦力大，施工困难，同时生产成本较高。为了推广和广泛应用大掺量铣削型钢纤维混凝土，一方面，应通过降低钢纤维生产成本以降低造价；另一方面，应用时不应只计一次性投资，应考虑大掺量铣削型钢纤维混凝土的优越性能、使用寿命等综合效益。我们有理由相信：在不久的将来，大掺量铣削型钢纤维混凝土一定会得到更多、更广的应用。

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