补偿收缩钢纤维混凝土用于加固工程的研究现状与发展

薛学涛 崔朋勃

河南省建筑科学研究院有限公司（450053）

0 前言

在工程加固施工中，经常会遇到二阶段成型的混凝土叠合构件，由于新旧混凝土不能有效的协同工作、混凝土的干缩常常导致加固构件裂缝的产生等问题，使得加固工程达不到理想的效果，经济效益和社会效益都受到很大的影响。考虑在混凝土中同时加入膨胀剂和钢纤维,配制出协调性能较好、长期性能稳定的具有防水和抗裂功能的补偿收缩钢纤维混凝土，用于解决混凝土补强加固工程中叠合构件的关键技术问题有着重要的意义，其应用前景非常广阔。

1 补偿收缩混凝土

补偿收缩混凝土是指由膨胀剂或膨胀水泥配制的自应力为0.2～0.7MPa的混凝土[1]。补偿收缩混凝土在限制条件下,在混凝土中建立一定的预应力，改善了混凝土的内部应力状态，抑制或减少了裂缝的出现，吴中伟院士称之为“少裂或不裂混凝土”。

赵顺增、游宝坤等[2]系统研究了补偿收缩混凝土在硬化前后的基本性能。结果表明，无论掺何种膨胀剂，都会使混凝土的凝结时间提前。宋春香[3]研究了补偿收缩混凝土的渠道防渗工程中的应用，结果表明，粉煤灰掺量对混凝土膨胀率的影响比较显著。樊华、汪庆玲研究了微膨胀喷射混凝土在结构加固中的应用，结果表明，一定量的膨胀剂加入混凝土中不但可以抵消混凝土收缩和徐变的影响，而且可以使新旧两部分混凝土协同工作，提高了加固的质量。

目前补偿收缩混凝土依然存在着许多问题，比如需要较长时间的水养护和较好的约束条件等，这些都需要在工程实践中进一步的研究。

2 钢纤维混凝土

纤维增强混凝土，是当代迅速发展的新兴复合建筑材料之一，是发展最快、应用最广的是钢纤维混凝土[4]。

钢纤维混凝土是用一定量乱向分布的钢纤维增强的以水泥为粘结料的混凝土，属于一种新型的复合材料。20世纪70年代瑞典将Ekebro纤维喷射混凝土技术应用于岩石稳定和结构加固工程中。日本也在隧道中使用钢纤维混凝土支护和修补不良地层和围岩[4]。

近年来，钢纤维混凝土在加固工程中的应用也比较普遍，与钢板和碳纤维不同的是，钢纤维混凝土的抗拉强度、温度线膨胀系数和刚度等均与被加固的混凝土材料相接近，能够更好的粘结，协调一致共同受力。合肥工业大学陈送财[5]在分析佛子岭水库大坝存在问题的基础上,通过对大坝的两端拱、墙垛原结构设计的分析，提出多种加固方案，对方案进行技术与经济比较，最后采用喷射钢纤维混凝土对大坝坝面、垛内局部进行加固处理。

3 补偿收缩钢纤维混凝土

3.1 研究现状

近年来，许多学者对钢纤维和膨胀剂两种材料的复合使用做了大量的研究。

李国新[6]等对膨胀剂与钢纤维协同增强轻骨料混凝土进行了研究，实验表明:掺入膨胀剂后，混凝土基体会产生一定量的膨胀，而带模养护和钢纤维的掺入约束了这种膨胀,致使混凝土更加密实，使水泥石与粗骨料界面、钢纤维与基体界面的强度都可能得到增强，因此表现出明显的协同增强效果。

罗成立等[7]对膨胀剂和钢纤维不同的掺量进行了对比试验研究。结果表明，双掺法补偿收缩钢纤维混凝土的抗压、抗折、劈裂抗拉强度及抗渗、抗收缩能力有了显著的提高，达到了1+1＞2的效果。

崔朋勃[8]研究表明，相比素混凝土，喷射补偿收缩钢纤维混凝土养护28 d后的劈裂抗拉强度最大可提高53.2%，钢纤维和膨胀剂对混凝土的联合增强效果依次为∶劈裂抗拉强度、抗折强度和抗压强度。

3.2 在加固工程中的应用

河南信阳某六层框架结构,已建成近六年，目前一、二层已投入使用，三层及以上正处于装修阶段，装修时发现第三层现浇板有比较明显的颤抖现象，委托相关检测机构对该建筑进行鉴定性检测。

现场调查发现，第三层顶楼板上部（第四层）堆放大量装修材料,楼板有十分明显的颤抖现象，现楼板最大挠度为24mm，检测该现浇板板底受力钢筋间距满足设计要求，未见楼板开裂。但现浇板厚度严重不满足设计要求，设计为130mm厚的现浇板，平均板厚在90mm左右，楼板跨高比较大致使楼板刚度不足，导致楼板受到活荷载时有明显的颤抖现象。另外，由于楼板厚度不足，而板上又放置大量的装修材料，使得楼板下挠变形。

加固设计时,考虑在原有现浇板的基础上，上部复浇一叠合层，使得楼板厚度满足设计及承载力要求。混凝土浇筑后，现浇板为二阶段成型的水平叠合受弯构件,叠合受弯构件的难点是协同工作问题，施工中容易出现“两层皮”的状况，因此，可在浇筑叠合层的混凝土中加入适量的钢纤维和膨胀剂，一方面抵消混凝土收缩和徐变的影响，另一方面可以为膨胀提供可靠的三维约束，使新旧两部分混凝土协同工作，有效提高加固的质量。

3.3 研究意义

加固质量是一个加固工程能否达到预期目的的关键所在。目前，工程中常见的加固材料是混凝土、碳纤维布和钢板。对于混凝土构件截面不满足设计要求、刚度不足的情况，常常采用混凝土进行二次浇注，采用混凝土对构件或结构进行加固的难点在于新旧混凝土的有效结合、协同工作；寻求一种速凝、快硬、早强、高强、抗渗防裂、提高混凝土的和易性、增加粘着力和新旧混凝土协同工作等性能于一体的复合混凝土加固材料，是提高和发展混凝土加固技术的重要途径。

二次成型的叠合式构件，主要存在于二次受力的情况，其极限承载力不是简单的与整体构件极限承载力相当，只有新旧混凝土有效粘结、协同受力，才能达到理想的效果。将补偿收缩钢纤维混凝土用于加固工程中，充分利用钢纤维在混凝土中的三维乱向分布，给混凝土提供均匀的内部约束，更好地发挥膨胀剂的性能；膨胀剂的反应物能够填充钢纤维周围的孔隙,增加了钢纤维与混凝土的粘结力，有利于改善结构的性能。钢纤维和膨胀剂的复合使用，能够相互取长补短，更好地发挥各自的优势。

4 结语

补偿收缩钢纤维混凝土在加固工程中的应用是一种新技术的实施和新材料的应用。加固工程中，一方面抵消混凝土收缩和徐变的影响，另一方面为膨胀提供可靠地三维约束，使新旧两部分混凝土协同工作，有效提高混凝土加固工程的质量。目前这方面的研究还比较少，且不够深入和系统。因此，深入开展补偿收缩钢纤维混凝土在加固工程中的技术研究，以便更好地应用于工程实践有着重要的意义。

[1]JGJ/T 178—2009,补偿收缩混凝土应用技术规程[S].

[2]赵顺增,游宝坤.补偿收缩混凝土应用技术规程实施指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[3]宋春香.补偿收缩混凝土在渠道防渗工程中的应用[D].咸阳:西北农林科技大学,2007.

[4]程庆国,高路彬.钢纤维混凝土理论及应用[M].北京:中国铁道出版社,1999.

[5]陈送财.钢纤维混凝土在佛子岭水库大坝加固（设计）中的应用[D].合肥:合肥工业大学,2005.

[6]李国新,李勤,杨俊芬,等.膨胀剂与钢纤维协同增强高强轻骨料混凝土研究[J].混凝土,2006(5):35～37.

[7]罗成立,王硕太,崔浩.补偿收缩钢纤维混凝土试验研究[J].四川建筑科学研究,2008,34(6):168～170.

[8]崔朋勃,马芹永.膨胀剂对喷射补偿收缩钢纤维混凝土力学性能的影响[J].混凝土与水泥制品,2010(5):45～47.