隧道工程钢纤维砼质量要求及检测

隧道工程钢纤维砼质量要求及检测

张伟

【摘要】本文详细介绍了隧道工程钢纤维砼原材料质量要求、钢纤维砼质量检测，供同仁们在施工中参考。

【关键词】钢纤维砼质量要求质量检测

1、钢纤维砼的质量要求

1.1 钢纤维砼对原材料的质量要求

1.1.1 水泥：对喷射钢纤维砼来说，一般以普通硅酸盐水泥为主要材料。对水泥品种要求，一般应根据喷射钢纤维砼设计强度等级，水泥凝结硬化状况，是否需要加入缓凝剂以及与速凝剂的相容性等因素，来确定水泥标号。

1.1.2 细骨料

作为喷射钢纤维混凝土的细骨料，以干净的天然砂或人工砂均可。其基本要求是：

A、有害杂质：含泥量（＜0.15mm）不大于5%。否则，这些光滑的细粉，吸附于纤维与砂子表面，将影响两者的胶结力、强度和耐久性。尤其对围岩的粘结与弯拉强度影响更大。

片状的云母含量，不得大于2%。

硫化物及硫酸盐（黄铁砂、石膏及硫酸钠）的含量也应适当控制，否则，将不仅直接影响SFRS的凝结时间和回弹率的增大，甚至可能因体积膨胀而导致水泥结石的破坏。

B、粒径：一般以平均粒径为0.35～0.5mm的中砂或中粗砂为宜（M k=2.5～3.3）。太粗回弹加大，太细（M k＜2）需要增加水灰比，强度降低，收缩量增大，而且不能保持中粗砂那样的稠度。另外，若采用干喷，则会因细砂的密实度大、水的渗透能力差、干混合料与水接触后的拌和时间短（＜1s）拌和不均等而导致粉尘大、回弹多和强度低的恶果，据日本大量试验得知，细砂混凝土强度将比粗砂降低30%左右。

C、体积密度：一般要求砂子体积质量密度不低于1550kg/m3。否则，将会在喷出时额外增加“截流空气”，致使回弹增加。

D、自然含水率：含水率对干喷影响较大。对中粗砂的含水率在5%～7%为宜。试验表明，当砂中天然含水率小于3%～4%时，干混合料在管中输送时易产生离析，且不易在喷嘴处与水泥混合均匀，因而导致粉尘加大、强度低。但若含水太多，则不仅容易堵管，而且在喷射机罐内粘附大量水泥而增加拆装和清机的工作量。

1.1.3 粗骨料

天然河卵石或质地坚硬的人工碎石，均可作为SFRS的粗骨料（d≥5mm）。前者易于喷射，单位水泥用量略低，后者强度稍高。一般根据材料来源而定。

为保证喷射钢纤维混凝土的质量，小石中的粘土和粉状含量不得超过2%，大于设计粗骨料直径 1.5倍的针状含量应低于15%；软弱颗粒应小于5%。各类页岩不能使用。

SFRS中的骨料粒径（d）依喷射时输料管直径、钢筋网间距、钢纤维长度和最小喷层厚度而定。要求骨料粒径应小于喷射机输料管直径的1/3～2/3；小于一次喷射厚度的1/3；并不大于纤维长的1/2。

在干喷机的产品说明书中规定，最大骨料粒径可达20～30mm，只是说明机械的可喷性能，并非最优粒径。近年研究证明，粗骨料粒径愈小愈好，采用低风压、短喷距可获得较高的强度，因此，在实际生产中粒径多为8～10mm，甚至有喷射粗砂砂浆的趋势。

1.1.4 水

SFRS对水的要求，一般只要不含影响水泥正常凝结和硬化的有害杂质（油类、糖类、污水）以及不含对纤维及基体有腐蚀作用[pH值小于4的酸性水和硫酸盐含量（按SO3计）不超过水量的1%]的水均可使用。

1.1.5 速凝剂

速凝剂是适应喷射工艺的专用外加剂。加入速凝剂的混凝土，在正常情况下，3分钟左右可以初凝，10分钟以前达到终凝。尤其利用新奥法（NATM）进行不良地质条件下的隧道开挖时，如果没有速凝早强特点，将很难控制开挖后围岩的初期过大变形，甚至可能导致围岩的失稳与塌方。因此，速凝剂对推动地下工程高速发展与施工安全有重要作用。大量工程实践证明，它不仅有上述的优点，而且对减少喷射回弹量、增加一次喷层厚度、防止新喷层的剥离掉块，以及提高有水部位的喷敷效果等，均有重要作用。

在半湿喷工艺中，要解决好速凝剂的加入部位，过早加入容易堵管，而且降低强度。为解决上述问题，往往把粉状速凝剂化成溶液和水一起，在喷头处加入。一般认为粉状速凝剂是不溶于水的，但实践和理论已证明，它的固体颗粒虽不溶于水，但对速凝效果影响不大，因为其中起凝结作用的成份可以与水溶解。在我国吉林省察尔森水库，曾进行了试验获得满意效果。

速凝剂使用效果对水泥品种关系密切，即是同一厂同一品种的水泥，也由于各批材料来源不同、化学成份的不均匀性、煅烧制度、混合料种类及掺量不同，也会产生不同的效果，有的甚至相差很大。因此各工程在喷射混凝土前要进行水泥与速凝剂相容性试验，最终找出；凝固快、早强高、后期强度损失小而又满足设计强度标号的材料匹配。

不相容的表现为：急凝、缓凝（初凝或终凝）、早期强度低（一天强度等于或低于不掺速凝剂的喷射钢纤维混凝土）、后期强度损失太多（与不掺者相比，28天抗压强度损失等于或大于40%）。我国生产的固体速凝剂，除个别品种外，一般掺量为水泥用量的2%～4%，初凝时间3min左右，终凝时间8min左右、一天抗压强度为28天的40%左右，后期（28d）强度损失不大于30%，均属正常现象。

速凝剂的掺量，对不同品种掺量不同；同一种速凝剂对不同品种水泥，其掺量也不同。因此，对一个具体工程来说，应根据实际情况（水泥品种、速凝剂品种）进行最优方案的试验（初凝、终凝、早强和后期强度均能满足设计和工艺要求）。一般来说，国内外的粉状速凝剂，大多数的掺量为2%～4%；个别为7%左右。液体速凝剂多为15%～30%。

1.1.6 减水剂

众所周知，无论采用什么方式成型的混凝土，其强度与水灰比有密切关系，水灰比越大则强度越低，反之亦然。当加入有机化合物的表面活性剂——减水剂，就可在施工条件不变的情况下，降低单位用水量（一般可减少用水量的15%～20%），提高强度，若配比不变，可增加坍落度50～100mm。

SFRS加入减水剂后有以下特点：

⑴当水泥用量和坍落度不变时，28天抗压强度提高20%～30%。

⑵在保持喷射钢纤维混凝土标号不变时，可节约水泥10%～15%；