钢纤维喷射混凝土的施工质量控制

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摘要：文章探讨了如何通过控制材料质量和配合比、改进施工技术来提高钢纤维喷射混凝土的施工质量。

关键词：喷射；钢纤维混凝土；质量控制

Abstract: This article discusses how to control the quality of the materials and mixture ratio, improved construction technology to improve the construction quality of steel fiber reinforced shotcrete.Keywords: injection; steel fiber reinforced concrete; quality control

中图分类号： O213.1 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

钢纤维混凝土是由水泥、水、中粗砂、骨料、钢纤维及必要时掺入外加剂或掺和料按一定比例配制而成。钢纤维混凝土具有良好的综合力学性能，钢纤维的加入可提高混凝土的强度、韧性及抗裂性，使混凝土的特性由脆性向弹塑性过渡，是目前国内外比较先进的外掺料。钢纤维按材质分为普通碳素钢和不锈钢两种类型，一般多用普通碳素钢钢纤维。这项技术发展以来，在隧道和地下工程中的衬砌支护、矿山巷道的软岩支护、建筑物与桥梁的修补加固、水工建筑的面板防渗加固处理等很多工程项目上得到应用。

喷射钢纤维混凝土的力学特性喷射钢纤维混凝土是在普遍喷射混凝土的拌合料中加入一定量的钢纤维，经喷射机和输料管是在喷头处加入适量水（干喷法）后直接喷射到工程结构物面上的一种先进混凝土施工工艺，由于短而细的钢纤维在混凝土基体中呈乱向且不连续分布，在受荷载作用下，纤维能限制或滞后混凝土基体裂缝的开展，即具有较高的阻裂效应，从而使原来脆性的材料呈现较高的抗拉、抗裂和抗弯韧性。由于采用高压喷射工艺，由水源与集料的反复连续撞击而使混凝土挤压密实，同时采用的水灰比较小（0．45～0．50），因而具有较高力学强效和良好的耐久性，尤为与混凝土、岩石有较高的粘结强度。它非常适用于地质条件较差洞室的喷射支护，目前已广泛应用于边坡稳定，隧洞支护和基他建筑物补强加固工程。

喷射钢纤维混凝土的材料质量要求

1、水泥和水灰比：钢纤维喷射混凝土施工的首要要求是有良好的工作性，即混凝土拌和物有较好的流动性、保水性、粘聚性。水泥水化之后，胶合料覆盖在集料和钢纤维表面，减少了摩擦阻力，形成良好的流动性，促使钢纤维混凝土与受喷面粘结；水泥的强度与钢纤维喷射混凝土的强度基本上成正比例关系，但是高标号的水泥增加施工成本，水化热大，不利于混凝土强度的增长。

一般混凝土的抗压强度与灰水比成正比例的关系，但对于钢纤维喷身混凝土，其喷射时的水灰比与到达受喷面的混凝土的水灰比有一定的差异。而且水灰比过大，水泥的水化反应充分，但是混凝土拌和物易离析、泌水，混凝土硬化后收缩变形大；水灰比过小，富余的水泥颗粒多，干喷工艺增加粉尘和回弹率，且钢纤维喷射混凝土是喷敷成层状的，粘结不好。因此，水灰比既要使钢纤维喷射混凝土有良好的流动性和强度，又不能使钢纤维喷射混凝土离析、泌水，增加回弹率，造成浪费。

2、集料：钢纤维喷射混凝土所用集料包括粗集料和细集料两种。粗集料为钢纤维喷射混凝土提供支架作用，对于混凝土的强度起主要作用，卵石表面光滑，与水泥胶合料的粘结不如碎石，但相对碎石来说可以减少对喷射设备的损伤。同时水泥浆体与单个石子之间界面的过渡层周长和厚度都很小，不容易形成大的缺陷，有利于界面强度的提高，有利于混凝土弹性模量的增长和耐久性的提高。细集料起填充空隙作用，其细度模数和砂率影响混凝土的粘聚性和流动性。砂子的比表面积大于同等质量的石子的比表面积，需要水泥浆的数量多，流动性随着砂率的增大越来越好。

3、钢纤维：钢纤维在喷射混凝土中的不均匀分布提高了混凝土的弯拉强度、韧性和阻裂能力。实验证明，钢纤维喷射混凝土开裂后仍具有一定的负荷能力。常用钢纤维的弹性模量为200GPa ，抗拉强度为380～1300MPa ，极限延伸率3 %～30 %。不均匀分布在喷射混凝土中的钢纤维由于自身的高强度以及与集料的粘结，提高了混凝土的整体密实程度和耐久性。钢纤维的长径比是影响钢纤维增强增韧效果的重要参数，也影响喷射混凝土的工作性。这两方面有时是相互矛盾的，因为通常使用的表面粗糙、两端带钩的钢纤维增强、增韧效果好，但施工时，分散较为困难，容易结团，影响施工效率。

4、外加剂和掺和料：干喷法和湿喷法施工，都要求喷射混凝土拌和物的干料或是湿料在喷嘴处与速凝剂等混合喷出后，在很短时间内凝结。施工时，常用速凝剂或高效减水剂等缩短喷射混凝土的凝结时间，尤其是初凝时间。如达不到要求，则混凝土与受喷面粘结不够，回弹率增加，钢纤维混凝土密实程度不高，混凝土的强度和耐久性无法保证，经济性也不好

三、喷射钢纤维混凝土施工

1）混凝土拌制、存放和运输。钢纤维在拌和料中的分布均匀性，不仅与原材料和搅拌工艺有关，而且受搅拌机械和投料方法影响更大。试验表明：采用强制搅拌机比自落式搅拌机效果好。本隧道施工中因受机械设备影响而采用自落式搅拌机。投料时采用先投水泥、砂和碎石，在拌和过程中分散加入钢纤维的方法进行拌和，拌和时间不少于2min.。

钢纤维混凝土施工时，喷锚料应尽量随拌随用，掺入速凝剂时存放时间不得超过20min，不掺入速凝剂时干混合料存放时间不超过2h，否则被视为废料，不可再行使用。在运输和存放过程中不得淋雨、流入水或混合杂物。

喷射作业。混合料通过胶管长距离的高速输送，在喷头处已稍有分离，水在距受喷面lm 左右处加入，喷射应根据其当前标定的给水速度调整水阀，按混凝土配合比设计确定的水灰比供水。喷射混凝土时，喷枪要垂直正对工作面，连续平稳地自下而上水平横向移动，喷头一圈压半圈的旋转喷射。

在施工时还应注意风压对喷射钢纤维混凝土的影响。在混合料输送时，采用适当的风压是钢纤维均匀分布、减少回弹损失的主要条件。风压太大钢纤维的分布就不均匀。试验表明，钢纤维混凝土喷射堆中心的钢纤维含量为喷堆周边的85.3% ，这种现象产生的主要原因是由于料流喷出后，分布在料束外缘的钢纤维在接近受喷面前被横向气流吹至周围（其中部分钢纤维落地，部分钢纤维滞留在喷堆周边），因此，降低风压则横向气流的压力和流速也会降低，这样不仅会减少钢纤维的回弹损失，也会改善钢纤维分布的不均匀性。一般混合料输送距离在100m以内时，喷射风压控制在0.15～0.2MPa为宜。

养护。混凝土施工质量的好坏，受养护的影响相当明显。因此在混凝土喷射完毕后要及时洒水或喷水雾养护。避免因养护不及时而导致喷射钢纤维混凝土的质量不合格。

质量控制措施

在实际施工中，无论是施工设备的操作、施工进度的掌握、施工材料的控制都离不开现场人员。施工人员的熟练程度、专业知识的掌握、责任心影响钢纤维喷射混凝土的施工质量。钢纤维喷射混凝土的施工环环相扣，尤其对于干喷法施工工艺，大多是远距离操作，混凝土拌和料的拌和与运输、钢纤维的掺加工艺控制、喷射混凝土时水量的控制等将对施工质量产生严重影响。加强施工现场的管理与协调显然是必要的。

干喷法施工时，钢纤维喷射混凝土的水灰比依靠设备操作人员的经验控制，具有较大的随机性，喷射混凝土的工作性不易控制；湿喷法施工是在喷射前按照既定的混凝土配合比进行拌和，混喷射混凝土的工作性较易控制。因此，一方面应使工人熟练操作仪器，掌握相关的专业知识，较准确判断喷射混凝土的粘稠状态；另一方面在施工作业的同时，对于施工现场同批次喷射混凝土材料进行分析，现场取样制模获得强度并试验材料的坍落度，由坍落度判断其黏聚性，据此找出用水量规律，以供施工企业和施工人员进行参考，达到施工质量控制的目标。湿喷法施工也要进行施工配合比的试验，并不断改进，以提高喷射混凝土的工作性，减少回弹率。

结语

施工单位应对施工人员经常进行岗位培训教育，明确岗位责任，加强相关专业知识学习。对于施工现场的管理、施工进度的安排、施工质量的检查等应作出明确的规定，并由质量负责人不定时的抽检，以确保施工的质量。

参考文献：

[1]TB10204—2002,铁路隧道施工规范[S].

[2]周爱国等. 隧道工程现场施工技术[M ]. 北京: 人民交通出版社, 2004.