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1 8 探矿工程( 岩土钻掘工程 ) 2 0 0 6年第 1期 泵送钢纤维混凝土在地下工程施工中的应用 刘 文庆 ，王鸷 ( 西北工业大学 陕西 西安 7 1 0 0 7 2 ) 摘要： 钢纤维混凝土作为 种新型复合材料， 已成为混凝土科学发展的一个方向， 并以其良好的抗裂性、 弯曲韧 性、 抗托与抗弯强度等性能， 止广泛应用 ： 各类工程建设领域。阐述 r特定的现场拌制条件下， 象送钢纤维混凝土 在地下上程施工中的应用。 关键词： 钢纤维混凝土； 泵送混凝土； 配合比； 地下工程 中图分类号： T U 5 2 8 ， 5 7 2 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 2 7 4 2 8 ( 2 0 0 6 ) O 1 0 0 1 8 0 3 Pu mp i n g Co n c r e t e o f S t e e l Fi b e r a n d I t s Ap p l i c a t i o n t o Un d e r g r o u n d Co r t s t r u c t i o n L U We n q i n g， W A NG Z h i ( N o r t h w e s t e rn P o l y t e c h n i c al U n i v e r s i t y ， X i a n S h a n x i 7 1 0 0 7 2， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e c o n c r e t e o f s t e e l fi b e r i s a d i r e c t i o n o f d e v e l o p i n g c o n c r e t e s c i e n c e a s a k i n d o f n e w c o mp o s i t e ma t e ria 1 B y i t s g o o d c r a c k r e s i s t a n c e ，t h e c u r v i n g t o u g h n e s s ，a n t i p u l l w i t h p e rf o r ma n c e a n d a n t i c u rve d i n t e n s i t y ，i t wi d e l y a p p l i e s i n e a c h k i n d o f e n g i n e e ri n g c o n s t r u c t i o n d o ma i n T h i s a r t i c l e e l a b o r a t e d t h e a p p l i c a t i o n o f s t e e l fi b e r p u mp i n g c o n c r e t e i n a n d e r g r o u n d c o n s t u c t i o n b y t h e f u l l a n d a c c u r a t e d a t a u n d e r t h e s p e c i fi c s y s t e m c o n d i t i o n Ke y wo r d s ：c o n c r e t e o f s t e e l fi b e r ；p u mp i n g c o n c r e t e；mi x i n g r a t i o；u n d e r g r o u n d c o n s t ruc t i o n 纤维混凝土是以水泥浆或混凝土为基材， 以 金属材料、 无机纤维或增强材料组成的一种复合材 料。钢纤维混凝土就是在混凝土基体 中掺入适量的 钢纤维和添加剂的一种混凝土基复合材料。在混凝 土中掺人适量钢纤维后， 有效地改善了混凝土机体 的微观结构， 使混凝土在抗拉、 抗剪、 抗弯强度及抗 爆、 耐磨、 抗、巾击 、 抗裂等性能方面都有较大提高， 同 时使结构的刚度及承载力等各项性能也有所改善。 另外， 钢纤维的存在 ， 减小 r混凝土碳化收缩的不利 影响， 对混凝土的碳化起到了抑制作用 j 。由于钢 纤维混凝土具有较多的优良性能， 并能成批生产， 价 格 比较便宜， 施工比较方便 ， 故受到工程界的普遍关 注 1 泵送钢纤维混凝土的配制 1 1 钢纤维的技术要求及选用 ( 1 ) 钢纤维常用体积率为 0 3 5 1 5 ， 最大 不宜超过 2 ； ( 2 ) 必须具有合适的尺寸范围和长径比， 一般 尺寸范围是 2 O一6 0 mm， 长径 比为 3 O一8 O ， 以搅拌 时不结团、 不折断， 混凝土破坏时不被拔出为宜； ( 3 ) 钢纤维要具有较高的强度和韧性， 一般强 度3 8 O M P a ， 韧性以弯折试验时， 钢纤维柱围绕直 径 3 m m的圆钢杆弯折到 9 O 。 不折断为宜； ( 4 ) 纤维表面不应有油污等影响粘接的杂质， 不应有浮锈和妨碍与水泥基体粘结的有害涂层或金 属镀膜 。 1 2 配制原则及方法 钢纤维混凝土要求混凝土强度符合设计要求， 具有较大的坍落度， 较好的粘聚性， 不泌水、 不离析， 钢纤维在拌合过程中不折断、 不结团， 易于泵送， 且 在破坏的硬化体中， 钢纤维不产生拔出现象。 配制的基本方法是建立在钢纤维混凝土拌合料 的特性及其硬化后的强度基础上的。其主要目的是 根据使用要求， 合理确定拌合料的水灰比、 钢纤维体 积率、 单位用水量和砂率等4个基本参数， 由此， 即 可算出各组成材料的用量。 2 工程应用 2 1 工程概况 某国防工程位于埋深 3 2 0 m的地下， 其 几部通 道采用 C 4 0钢筋钢纤维混凝土衬砌。由于受力复 杂， 钢筋稠密， 衬砌厚度达 2 5 0 c m， 采用现场配制、 运输、 泵送工艺施工。经过试验室多次试验， 配制出 _ 易于施工的钢纤维泵送混凝士， 并在此基础上与 同标号的普通混凝土做了对比试验， 验证了钢纤维 收稿 日期： 2 0 0 5 0 90 8 ；改回 日期 ： 2 0 0 51 2 0 5 作者简介： 刘文庆( 1 9 8 1 一) ， 男( 汉族) ， 东曹县人， 西北工业大学人义与经法学院硕士研究生， 西方经济专业， 研究方向为现代经济理论与 经济运行， 陕 省阿蟹市西北I 1 ： 业大学怡和公寓2 1 8 审， 1 3 5 7 2 1 3 3 9 6 6 ， 1 w x 7 1 3 s o h u c o rn； 土鸷( 1 9 7 3一 ) ， 男( 汉族) ， 陕西汉中人， 西北j 二 业人 学上木上程系硕 l ： 研究生， 结构工程专业， 从事结构优化与可靠性分析研究， 1 3 5 7 2 5 8 8 4 8 1 ， z w a n 0 0 6 1 6 3 t o m。 维普资讯 http:/ 2 0 0 6年第 1 期 探矿工程( 岩土钻掘工程) 1 9 混凝土的优 良性能 ， 在施工中取得 了良好的效果 。 2 2 泵送钢纤维混凝土的材料选择及配合比 2 2 1 钢纤维的选择 钢纤维尺寸过大、 过小或有表面缺陷， 均会影响 混凝土的和易性和力学性能。为满足钢纤维的增强 效果与施 性能 ， 通过钢纤维混凝土试验 ， 选用嘉兴 经纬钢纤维有限公司生产的切削型钢纤维， 两端弯 曲， 长度 2 54 0 mm， 直径 0 5 30 5 7 mm， 长径 比 6 4， 抗拉强度 1 1 4 51 5 4 5 MP a 。 2 2 2 混凝土原材料选用 混凝土原材料的选用包括水泥， 粗、 细骨料， 掺 合料及外加剂和水的选用。 ( 1 ) 水泥： 选用产量大、 质量稳定的秦岭水泥厂 产 P 0 4 2 5 级散装水泥， 强度富余系数 =1 1 5 ， 与外加剂适应性良好。 ( 2 ) 细骨料： 选用当地天然优质河砂， 细度模数 2 5 ， 含泥量 1 8 ， 级配良好。 ( 3 ) 粗骨料： 钢纤维用的粗骨料， 应选用质地坚 硬、 级配良 好的碎石。粒径过大或过小， 都会影响钢 纤维在混凝土中均匀分布及其增强的效果。选用当 地铁道碎石厂碎石， 其粒径规格为 5 2 0 m m， 针片 状含量5 8 、 压碎指标值 6 8 、 含泥量0 5 。 ( 4 ) 矿物掺合料： 混凝土中加入钢纤维之后， 其流 动f生会变差， 且为泵送施工， 需利用矿物掺合料的叠加 效应 ， 优化搅拌、 运输和施工工艺。粉煤灰能减少混凝 上干缩和徐变， 降低水化热， 提高 昆 凝土的后期强度。 本工程掺用宝鸡二电厂生产的臌 散装粉煤灰。 ( 5 ) 外加剂： 选用陕西天石产 T S H l 型高效泵 送剂， 掺量 5 时， 混凝土减水率可达2 0 。 ( 6 ) 拌合水： 可饮用自然水。 2 2 3 配合比设计中钢纤维掺量的确定 在预先设计的 C 4 0 泵送混凝土配合比( 水泥： 砂：碎石：水：粉煤灰：外加剂 = 3 8 6 ：7 1 9 ：1 0 3 6 ：1 6 4 ：8 0 ：1 9 2 ) 基础上调整钢纤维掺量进行掺量 验证 ， 选择钢纤维掺量7 O 、 9 5 、 1 1 0 k g m 进行试验对 比， 见表 1 。 表 1 钢纤维试验 对比 由表 1 可以看出， 第 2组试验通过调整砂率和 水泥用量完全可以达到要求。为保证钢纤维混凝土 设计的优良特性， 采用掺量为9 5 k g m 。 。 2 2 4 配合 比的调整及确定 由于在实际工程中， 影响钢纤维混凝土性能的 因素很多， 为了符合施工实际， 还需要对钢纤维混凝 土配合比进行试验调整。钢纤维混凝土砂率支配着 钢纤维在混凝土中的分散度和钢纤维混凝土的稠 度， 并对强度有影响。根据混凝土基体试配强度推 算出水灰比为0 3 5 ， 以 W C= 0 3 5为中间值进行 W C为 0 3 3 、 0 3 5 、 0 3 7的平行试验 ， 见表 2 。 表 2 水灰比平行试验结果 煳 栅 k 膻 g 粉 量 l 0 3 3 4 2 3 9 0 5 0 l 6 5 3 9 2 5 O 2 2 0 3 5 3 9 8 8 4 5 l 1 6 0 3 3 7 4 6 4 3 0 3 7 3 7 7 8 O 5 2 l 5 5 3 0 3 4 2 1 钢纤维混凝土配合比要考虑设计要求的抗压、 抗折等级， 还要顾及施工方便。在常用的 C 4 0泵送 混凝土配合比基础 ， 调整砂率， 适当增加胶凝材料 的总量， 共试拌 1 3 个配合比。通过综合比较试拌混 凝土的抗压、 抗折强度、 和易性、 钢纤维分布情况等， 最终确定泵送钢纤维混凝土配合比， 见表 3 。 表 3 混凝土的性能对比 2 2 5 泵送钢纤维混凝土的优良性能 通过表 3可看出， C 4 0泵送钢纤维混凝土比同 标号泵送? 昆 凝土水泥用量多， 砂率高， 2 8 d 抗压强 度稍大， 抗折强度明显提高； 通过破坏情况可以看 出， 泵送钢纤维混凝土具有较好的韧性和耐冲、 抗 裂、 抗爆性能。 2 3 施工与质量控制 2 3 1 施工工艺 在完成室内试验， 选定最佳配合比后， 必须从原 材料进场检测， 混凝土搅拌站计量上料、 拌合、 出料 坍落度检测、 混凝土试件留取、 泵送混凝土运输、 施 工现场作业、 以及混凝土养护等工序入手， 严格控制 各道工序， 确保现场施工质量。 2 3 1 1 钢纤维混凝土的搅拌 维普资讯 http:/ 2 0 探矿工程( 岩土钻掘 程 ) 2 0 0 6年第 1期 钢纤维的搅拌方法对钢纤维混凝土中钢纤维的 分散均匀 f 分重要。必须避免钢纤维的结团从而影 响混凝土性能， 故在拌制过程中采用强制式搅拌机， 采用干拌和湿拌二次搅拌工艺， 采取合理的投料顺 序以及正确的拌制方法， 同时适当延长搅拌时问， 使 钢纤维在混凝土中均匀分散( 不结团) ， 达到预期的 增强效果。 投料顺序： 向搅拌机中先加入砂石， 再加入钢纤 维， 搅拌3 0 s 后加入水泥； 再搅拌 3 0 s ， 加入水和外 加剂 ， 搅拌 1 2 0 s后即可出鼓 。由于钢纤维混凝土 粘聚性较普通混凝土大， 搅拌机一次投料不宜大于 额定搅拌量的8 0 ， 台则搅拌机可能囚负倚大而使 钢纤维混凝十搅拌 匀。搅拌时间较普通混凝土规 定搅拌时间延长 I 2 m i n ， 整个搅拌时间3 m i n 。 为使钢纤维能均匀分散于混凝土L 卜 I ， 把钢纤维加入 骨料中时町采用摇筛分层加入。 2 3 1 2 钢纤维混凝土的运输和泵送 钢纤维混凝土拌合料的运输可采用与普通混凝 相同的运输方法， 即由搅拌运输车运至泵送站。 由于运输过程中坍落度和含气量都会有损失， 拌合 料稠度下降， 且钢纤维混凝土更容易离析， 所以应尽 蕈缩短运输距离和时问， 否则会造成卸料困难和影 响浇筑质量。 为避免混凝土离析， 搅拌运输车将拌好的钢纤 维混凝土运到施工现场后， 先高速转动装筒 I m i n 使筒内拌合物均匀， 再出料入泵。泵送至施工位置 后， 沿通道两侧长度方向由一端向另一端退着来回 摊铺。 2 3 1 3 钢纤维混凝土的浇筑振捣 钢纤维混凝士的浇筑振捣， 是控制施工质量的 重要环节。钢纤维浇筑方法可采用与普通混凝土相 同的浇筑方法， 其特殊性是对浇筑的间断、 冷缝等更 为敏感， 当因浇筑产生前后浇灌拌合料的界面时， 纤 维即被界面分割， 界面上纤维的增强增韧效能消失， 对结构抗力十分小利。所以浇筑方法一定要保证钢 纤维分布的均匀性和结构的连续性。在规定的一个 必须连续浇灌的区域内， 浇注施工不得中断。 钢纤维混凝土严禁采用人工插捣。插捣会 将钢纤维击向下方， 使之分布不匀。应采用机械振 捣， 采用表面振动器或附着式震动器振捣密实， 限制 使用插入式振捣器。振动时间较普通混凝土适当延 长， 以混凝土袁面旱现浮浆、 混凝土不再下沉为准， 以免机械电机磁场影响钢纤维的无序排列。稠度相 同的钢纤维混凝土看起来比普通混凝土略为千涩， 但经振捣后仍表现为较好 的和易性 ， 因此不得 因拌 合料十涩而加水。漏振和过振对钢纤维混凝土的质 量都不利。漏振产生的不密实对于钢纤维混凝土可 能比普通混凝土还严 重。过振则会 引起钢纤维下 沉， 这对结构的抗力是不利的。 2 3 2 质量控制 2 3 2 1 质量检验 质量检验是控制施工质量的重要组成部分。要 按现行有关混凝土结构 工程施 上与验 收规范 的规 定， 严格检验原材料、 混凝土配制与浇筑施工的各个 环节 。 ( 1 ) 严格原材料检验， 包括： 水、 水泥、 砂、 粗粒 骨料、 钢纤维、 外加剂、 掺合料等各项检验， 确保使用 优质原材料。 ( 2 ) 加强现场施工计量 ， 严格按照配比施工。 ( 3 ) 现场试验员按有关规程做好出机混凝土坍 落度的检验， 确保新搅拌混凝土性能稳定。 ( 4 ) 钢纤维均匀性控制与检验： 拌合物中钢纤 维的均匀性十分重要， 每个台班应做二次钢纤维体 积率榆查。通常采用水洗法检查钢纤维在拌合物中 的均匀性 ， 具体方法是用 5 L的容积升将随机取样 的钢纤维混凝土拌合物用水冲洗干净装入， 放在振 动台上刮平 ， 称重。然后取出钢纤维烘干称其质晕， 计算钢纤维的体积率。在整个生产过程中， 要求检 验的体积率与设计要求的差值波动范围不超过 4 - l O 。 2 3 2 2 试件制作与养护 钢纤维的配比对混凝土强度影响较大， 所以试 件的制作也与普通混凝土有所不同。抗压试件宜分 层投料、 人工捣固、 水平方向左右晃动试模， 待基本 密实后， 再放在振动台上， 边振动边分批投料， 振动 密实后抹平， 避免钢纤维裸露在试件表面。由于钢 纤维混凝土配合比采用了比较大的砂率和胶结材料 用量， 浇筑后的混凝土水化热峰值相对较高， 因此在 钢纤维混凝土浇筑后应及时采取保温、 保湿养护措 施 ， 用厚塑料薄膜密封， 再用拧干的无游离水的湿麻 袋覆盖， 隔一定间距向塑料布内插入水管注水， 用不 间断的保水养护， 养护时间1 0 d 。 4结语 在混凝土中掺入钢纤维后， 改变了混凝土的破 坏形态， 由无纤维的脆性断裂向纤维含量较高时的 延性破坏， 初裂强度和极限强度明显提高， 并且钢纤 ( 下转第2 3 页) 维普资讯 http:/ 2 0 0 6 年第 1 期 探矿工程( 岩土钻掘工程) 2 3 桩时对其桩顶的水平 、 垂直位移进行监测， 当测到桩 顶水平位移达到 1 0 e m时， 应视作报警。该监测 由 成桩单位实施。 ( 3 ) 设置位移监测体系， 存打桩前进行定量测 量， 共布设水平位移监测点 1 4点， 地面可采用钢标 芯凿埋入或 0 2 0钢筋加 C 2 0 砼封而成。 ( 4 ) 报警值及调控措施： 施工前所测数据均作 为基准值 ， 施工时按监测数据反应情况 ， 一般每 2日 监测 1 次 ， 当发现连续 3天地 面测点位移速率 1 0 mm d时或位移量 4 0 mm时( 水平方向) 或深层土 体位移 速率 达到 2 0 m m d 、 最大位 移达 到 8 0 m m 时， 均应采取停工、 限桩或换区施工的措施， 并继续 观测， 当位移增量下降或稳定时方可恢复该区施工， 必要时增补取土孔。 ( 5 ) 调控手段： 主要采取控制日沉桩数的办法， 辅以增加防护工作量的方式进行， 以降低防护费用。 ( 6 ) 调控手段的启动均以实测变形 日 速率为依 据。 3 部分检测资料检测结果( 见表 3 ) 表3 金丰阳光住宅小区深层土体水平位移衰 最大累计位移值小于设定的预报警值， 扣 桩挤 土末对周围建筑、 道路、 管线产生破坏。 4 结语 截止本沦文截稿时， 通过严密观测， 本工程桩基 T程施工已经完成 9 0 ， 周边的民房基本没有受到 大的影响， 对龄期已达到2 8 天的桩基进行检测， 承载 力测试全部达到设计要求， 冈挤土造成的桩顶偏位 5 c m。通过夺工程的成功实践 ， 有以下 2点体会 ： ( 1 ) 科学的决策来自正确的科学 法， 在桩型 的选择过程巾， 要充分考虑选择各种桩型对本项 目 投资、 进度、 质量的影响。 从而选择最佳方案。 ( 上接第 2 O页 ) 维用于混凝土结构不仅仅是阻裂和增韧， 在许多场 合下钢纤维参与结构受力， 从而改善无筋混凝土、 钢 筋混凝土结构和预应力混凝土结构的性能。 钢纤维混凝土的抗冲击、 抗爆破、 抗受拉破坏的 能力较普通混凝土高， 它有较好的塑性变形。 在变形 过程中能吸收大量变形能， 冈而破坏不是突发性的， 破坏时构件不会发生骤然崩裂和碎块飞散现象， 因 此， 钢纤维混凝土抗爆裂和防破碎有着独特的优越 性 。钢纤维混凝土优 良的韧性还可以适应围岩变形 ( 2 ) 在沿海淤泥土质的挤 土桩基施工 中， 应注 意桩身密度超过规范带来的不利影响。 避免高强度 施工对地基土的扰动， 挤土桩施工前必须采取严格 的施工围护方案， 围护方案经专家审定后必须严格 实施。 参考文献 ： 1 G B 5 0 0 2 1 2 0 0 1 ， 岩土工程勘察规范 s ， 2 J G J T 8 9 7 ， 建筑， 整 形测量规程 s 3 C J J 8 9 9 ， 城市测量规范 s 4 D B J 0 2 0 1 2 0 0 0 ， 宁波市建筑桩基设计与 施工细则 S 5 J G J 1 2 o 一 9 9 ， 建筑基坑支护技术规程 s 6 宁波市软土深基坑支护设计与施工暂行技术规定 z 1 9 9 8 荷载， 保持围岩的整体和稳定性， 所以钢纤维混凝土 在地下工程中有着广泛的应用。 参考文献 ： 1 黄承垒， 纤维混凝土结构 M ， 北京： 机械工业出版礼 2 0 0 4 ， 2 朱海堂， 等 碳化环境下钢纤维混凝_ = 基本性能试验研究 J 郑州大学学报( 上学版) ， 2 0 0 5 ， 2 6 ( 1 ) ： 5 8 3 林小松， 杨国林 钢纤维高强与超高强混凝土 M 北京： 科学 出版社。 2 0 0 2 4 胡明文， 唐龙 高强钢纤维泵送混凝土的应用 J 西建筑， 2 0 0 1 2 7 ( 4 ) ： 7 4 7 5 维普资讯 http:/