深海基地试验水池钢纤维施工监理探讨

刘鹏++王永恺

【摘 要】本文主要结合具体工程分析了钢纤维混凝土的具体应用及碰到问题解决的办法，同时简单阐述钢纤维混凝土控制裂缝机理。最后，对钢纤维混凝土在工程中的应用和一些建议与同仁共享。

【关键词】钢纤维混凝土；施工应用 ；问题解决办法

深海基地试验水池赤壁为薄壳防水混凝土结构，池壁厚度500mm。本工程设计为钢纤维混凝土，参入量25kg/立方。设计意图为在混凝土中加入钢纤维增加抗拉强度高，韧性好，短而细的钢纤维以阻碍混凝土内部微裂缝的发生和发展，及宏观裂缝的形成。

试验水池同时增加了微膨胀外加剂和聚丙烯纤维0.9kg/m?膨胀混凝土是通过混凝土硬化过程中产生体积膨胀而获得一定预应力的混凝土。一般分为补偿收缩混凝土和自应力混凝土，将钢纤维分别掺入这两种膨胀混凝土中，可使钢纤维的增强增韧效应与自应力效应产生超叠加作用，以获得抗裂和韧性优良的复合材料。本工程采用高强钢丝切断端钩型纤维（散装）钢纤维混凝土虽然有很多长处，但在实际应用中存在仍有需要在工艺上解决的问题，如施工和易性较差，搅拌和振捣时会发生纤维成团或折断等问题，粘结性能也有待进一步改善。 本文结合深海基地试验水池实践中遇到的问题及解决办法与同行们共享。

根据项目现场甲方组织试验检测水池钢纤维防水混凝土施工方案专家意见论证会及会后意见，对施工图纸中部分地方进行优化调整，如下几条：

1.砼标号基础、挡墙、柱调整为C40.

混凝土的抗氯离子侵入性：

8d龄期氯离子扩散系数 DRCM（10-12m2/s）≤4

最大水胶比0.40. 保护层厚度按照结构设计 裂缝控制宽度0.2mm.

2.最小胶凝材料用量（kg/m3） 340

最大水胶比0.40.

最大氯离子含量（胶凝材料用量的百分比）：0.80

水池底板、挡墙、扶壁墙 粒径≤25mm。

3.拟定方案介绍

水池防裂措施：本水池池壁较深，为解决水池池壁开裂及防渗问题，池壁（不包括扶壁墙）设计采用钢筋混凝土结构掺加少量钢纤维抗裂；其中钢纤维选用散丝两端弯折钢纤维，抗拉强度不小于1100MPa，直径0.75mm，掺量：25Kg/m3，钢纤维产品须符合纤维混凝土结构技术规程CECS38：2004标准。池壁及底板（不包括扶壁墙）设计采用混凝土结构掺加聚丙烯纤维。每立方米混凝土中掺量为0.9kg。纤维在加入干料（砂石、水泥等）之后，加水之前投入。搅拌时间比不上加纤维的混凝土搅拌时间略延长30-60秒。本水池为地下结构且为大体积混凝土，水池采用C40防水混凝土，膨胀剂采用UEA高性能混凝土膨胀剂，掺量10%，或者SY-G高性能混凝土膨胀剂，掺量8%，抗压强度不低于基准混凝土，混凝土抗渗等级为P8。

本工程底板及侧墙混凝土浇筑施工过程中，为了提高混凝土的防裂性及和易性，掺入适量的减水剂，粉煤灰，细化和控制施工过程中混凝土一次浇筑高度1.5米、浇筑速度3米/15分鐘、砼养护14d等施工工艺。

钢纤维的混凝土的原材料：考察商品混凝土厂家，对现场拟用于的材料进行详细考察。其中对石子、沙、水泥、钢纤维、聚丙烯纤维、减水剂等材料进行封样。了解配合比设计情况及对厂家配比进行验收工作。

经过试验配比决定：选用带弯钩单根钢纤维，直径0.75mm，长度60mm，掺量：25Kg/m3；聚丙烯纤维，每立方米混凝土中掺量为0.9kg；SY-G高性能混凝土膨胀剂，掺量8%；粗骨料采用石灰岩碎石，粒径25mm以下。本工程试验水池参入钢纤维以防止开裂为主聚丙烯纤维0.9kg/mm?提高混凝土抗渗性，减少了混凝土的早期塑性收缩裂纹性能阻止它们发展，从而提高混凝土抗渗性。其中，对于试验水池选用的配比，在现场进行试配。

试配钢纤维混凝土

钢纤维

检查钢纤维分布情况

在完成各项准备工作进入浇筑后，对已经预期的钢纤维纤维成团或折断等问题预料不足，见图片。

钢纤维成团

采取措施：加强搅拌站的投料控制，适当调整投料工艺。

派遣监理人员到搅拌站进行现场监督。

将按照试配的水泥，石子，沙子，掺合料一次性进入搅拌机械，干拌均匀。

将钢纤维缓慢撒入，边撒边干拌，搅拌均匀。（后期采用水溶性胶结的多根纤维，在拌和物中分散性较好）

加入水进行均匀搅拌。

在现场泵送部位，进行人工挑选。

经过上述措施，明显改善钢纤维成团现象。由于缺乏相应经验没有采用在现场投放钢纤维的尝试。

综合考虑施工运输过程中，由于罐车需要连续进行搅拌，对于钢纤维混凝土应区别对待，浇筑过程中要求运输中途只搅拌2次，以免连续搅拌造成钢丝抱团。尽量缩短混凝土的运输时间，合理安排浇筑顺序，及时卸料；在浇筑前，用水冲洗模板降温；泵管用麻布包裹，以防日光暴晒升温； 运输。钢纤维混凝土运输采用自卸运输车。由于钢纤维混凝土在运输过程中受到振动，使钢纤维下沉，坍落度和含气量都会有损失，影响钢纤维混凝土的均匀性。因此，选择钢纤维混凝土的搅拌场地时尽量缩短运输距离，选择合适的8T自卸运输车辆，以保证浇筑时的卸料高度不得超过1.5m，确保混凝土卸料过程中不发生离析现象。同时，宜注意运输时的温度，避免造成混凝土的施工和易性下降。

普通混凝土之中，以乱向的方式均匀地把一定量的钢纤维分布其中，再经过硬化从而制得钢纤维混凝土，这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，较之普通混凝土，物理力学性质大多都较高：良好的抗冲击性能；明显改善的变形性能；显著提高的抗裂与抗疲劳性能；对由于温度应力而造成的裂缝及裂缝的扩展的的阻止与抑制能力良好；

漏震或过震对钢结构混凝土的质量都不利。漏震产生的不密实对于钢筋混凝土可能比普通混凝土还严重，这主要是钢筋混凝土的流动性差，当钢筋混凝土密实度差时钢纤维和基体的粘结性就更差，即起不利增强作用，同时还会引起钢纤维腐蚀。过震则会引起钢纤维下沉。这就需要现场浇筑过程中，正确振捣，合理安排，做好现场交底。

钢纤维振捣拌合料振捣密实性和与钢纤维在混凝土中的分布均匀性和拌合料的和易性密切相关。试验表明，良好的钢纤维分布均匀性和和易性是密实性的前提和基础。但是，钢纤维混凝土拌合料振捣的密实性，与普通水泥混凝土振捣密实性相比，有特殊的意义。如果不注意钢纤维混凝土振捣的密实性，也会影响其质量。钢纤维混凝土拌合料振捣密实，要比普通水泥混凝土拌合料振捣密实所消耗的能量大些，振捣时间要长，因为在混凝土拌合料中加入的钢纤维，使钢纤维与混凝土的组成材料相互作用，阻碍钢纤维混凝土拌合料的流动，尤其干硬性或半干硬性混凝土更为明显。振捣时间与钢纤维的体积率、长径比有关。

因现场使用插入式振动棒插入钢纤维混凝土进行振捣，会使钢纤维朝振动着的振动棒聚集，产生集束效应，所以为确保钢纤维的三维乱向分布，采取控制拆入拔出时间，不重复振捣等措施。为保证边角混凝土密实，将振捣棒顺路线方向插入，使钢纤维成纵向条状集束，从而使钢纤維的排列有利于抵抗板体收缩应力、温度应力，有利于荷载的传递。振捣持续时间以混凝土停止下沉、不再冒气泡并泛出泥浆为准，同时防止过振。抹面、压纹。将外露的钢纤维压入混凝土中。

采取措施

1.保证振捣密实，严格控制振捣时间，移动距离和插入深度，严防漏振及过振；由项目技术人员和监理工程师24小时值班，按照事先标记的振捣点严格控制时间。

2.保证混凝土供应，搅拌站全程管理人员旁站，严禁随意留置施工缝；

3.做好现场协调、组织管理，要有充足人力、物力、保证施工按计划顺利进行

养护

水池池壁采用带摸养护，暴露混凝土采用薄膜或草包养护，保持表面湿润14天，正常保养周期28天。绝对不能出现部分池壁裸露在外，上面既无薄膜，又不洒水的情况。沿池壁布置淋水水管，全天候专人养护。

试验

钢纤维的掺量在混凝土浇注地点取样检验，每组样品为10升。检验方法为水洗法，将钢纤维从混凝土中洗出，晒干后称量，单个取样钢纤维含量偏差不得超过配比掺量的20%，每三个取样以上钢纤维含量平均值的偏差不得超过配合比掺量的5%。普通试块按照混凝土验收规范正常留置。

建议：

为了克服大体积水池对池壁产生高环向张力，蛟龙号下水时动载对池壁的冲击，原设计采用C35混凝土池壁，并正常配筋，采用钢纤维混凝土后大大增加韧性，理论上可以做出重大修改，减少池壁厚度及配筋。

现场试配和搅拌站试配由于机械和原材料不同，会出现较大差异。搅拌站的管理水平决定钢纤维混凝土的质量好坏与成败，钢纤维使用较少，混凝土搅拌站缺少相应的经验甚至设备（摇筛机 分散机），目前主要靠人工加纤维料，质量波动较大。建议与项目联合进行管理，联合交底。

严格控制混凝土原材料的质量，混凝土搅拌站的料场宜纳入质量监控。

宜使用分散机对钢纤维填料，使用带水溶性的成排钢纤维。聚丙烯纤维混合后不宜进行检测和观察，宜使用机械添加。

参考文献：

[1]黄承奎编著 钢纤维混凝土耐腐蚀性、纤维混凝土的研究与应用。大连理工大学出版社

[2]黄承奎编著 纤维混凝土结构 机械工业出版社

[3]李艺 赵文 著作 混杂纤维混凝土阻裂增韧及耐久性能 科学出版社