建筑结构工程中钢纤维混凝土的应用实例

建筑结构工程中钢纤维混凝土的应用实例

摘要：钢纤维增强混凝土的应用起始于60年代。随着纤维形状的改进、施工技术的提高, 从70年代起,钢纤维混凝土的使用范围便不断扩展, 它的优越性也在不断体现。本文主要探讨的是钢纤维混凝土在建筑结构工程应用中的施工工艺。

关键词：钢纤维混凝土；建筑结构；工程应用

1钢纤维混凝土的发展前景

钢纤维混凝土（Steel fiber reinforced concrete，简称SFRC）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。相对于普通混凝土来说，由于其抗裂性特强、韧性很大、抗冲击与耐疲劳强度高、抗拉与抗弯强度高，正广泛应用于道路、机场、桥梁、水工、港口、铁路、矿山、隧道、军事及工民建等工程领域。随着社会的不断发展，各种重要工程越来越多，具有抗裂、抗渗、抗冻、抗振等特殊要求的建筑物、构筑物也将会越来越多，钢纤维混凝土也将会因其优于普通混凝土的性能，而得到更加广泛的应用。

目前，许多建筑工程的土建结构部分，绝大多数仍然是以钢筋混凝土或钢、混凝土组合结构为主体的。这类钢筋混凝土或钢、混凝土组合结构工程，普遍存在着面板、墙体、梁端与跨中、地下室侧墙的混凝土裂缝、地下水渗漏等工程通病。针对混凝土结构工程中的这类通病，我们通过对目前国内一些已经应用了钢纤维混凝土的工程的了解与统计，有充分理由相信钢纤维混凝土的优异性能可以弥补普通混凝土的一些不足，进而改善工程建设质量。笔者在高架库区、平库区、待发待检区的地面施工中采用了钢纤维混凝土，这是一个大面积混凝土地面抗裂性能的较具代表性的工程实例。

2工程概况

总建筑面积19131m2，全长约130m。结合城市规划及消防的要求，按功能的要求分成6个防火分区，防火分区之间采用防火墙分隔，柱距为36×9m，为钢结构屋面，平均每个区的面积达3千平方米。根据以往的工程经验，如此大面积的混凝土地面若采用普通混凝土，则结构裂缝是难以避免的。因此，我们在整个设计与施工中采用了钢纤维混凝土。

3 钢纤维混凝土的设计要点

3．1 钢纤维混凝土的原材料钢纤维混凝土的原材料包括钢纤维和其他原材料（水泥、水、骨料、外加剂以及混合材料）。

（1）钢纤维。钢纤维按生产工艺可分为切断型、剪切型、熔抽型及铣削型等类型，横截面有圆形、矩形、月牙形及不规则形等，其外形可为平直形、波浪形、牙痕形、扭曲形、断钩形及大头形等。钢纤维的长度一般在15mm～16mm 之间，其截面直径或等效直径可为0.3mm～1.2mm，长径比宜在30～100 之间。钢纤维的技术要求与检验方法应符合建设部颁发的《钢纤维混凝土》（JG/T3064-1999）中的规定。

（2）其他原材料。所用的水泥、水、骨料、外加剂以及混合材料，应符合国家现行有关标准和规范中关于混凝土所用原材料的规定。粗骨料粒径不宜大于20mm 或钢纤维长度的2/3。同时，由于钢纤维的加入，JG/T3064-1999对钢纤维混凝土拌合物中氯化物的总含量以及所选用的外加剂性能作了明确的规定。

3．2钢纤维混凝土的强度

钢纤维混凝土的强度等级，按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值按现行有关的混凝土结构设计规范的规定采用。钢纤维混凝土的抗拉强度的标准值和设计值,, 可按下式确定：

式中，, 分别为钢纤维混凝土抗拉强度标准值、设计值分别为根据钢纤维混凝土强度等级按现行有关混凝土结构设计规范确定的抗拉强度标准值、设计值为钢纤维含量特征参数；为钢纤维体积率；为钢纤维长度；为钢纤维直径（或等效直径）；为钢纤维对抗拉强度的影响系数，宜通过试验确定，当钢纤维混凝土强度等级为～时，可按以下标准采用：对于熔抽型（）、圆直型钢纤维，取，对于熔抽型（）、剪切型钢纤维，取。

通过以上各式可以看出，钢纤维混凝土较之同强度等级的普通混凝土，其抗拉强度有了明显的提高；混凝土结构亦因其抗拉性能的显著增强而有效阻止了结构中微裂缝的开展与传播。

3．3 钢纤维混凝土配合比

钢纤维混凝土配合比除满足普通混凝土一般要求外，还应满足抗拉强度、韧性、施工时拌合物和易性和钢纤维不结团的要求。（钢纤维混凝土强度等级为CF30）的设计中，我们采用钢纤维混凝土的目的在于增强地面混凝土的抗裂性。因此，我们借鉴一些已有工程实例的钢纤维掺入量，确定每m3混凝土中掺入50kg剪切波形普通碳素钢纤维（钢纤维体积率约为0.64% ）。最终钢纤维混凝土的施工配合比由施工单位根据现行施工规范先完成配合比设计计算，然后根据试配结果经调整最终确定。本工程施工配合比如下：水:水泥:砂: 石子: 粉煤灰: 钢纤维:减水剂FDN-5R: =0.57:1.00:2.66:2.77:0.24:0.15:0.124。

按以上配合比制作的混凝土试块，经试验室抽样检测，其28d 抗压强度达到39.8MPa，满足设计要求。

4 钢纤维混凝土的施工要点

4．1钢纤维混凝土的搅拌

由于钢纤维混凝土在拌制过程中容易结团从而影响混凝土性能，故在拌制过程中要采取合理的投料顺序以及正确的拌制方法。在施工中我们采用了以下投料顺序：砂→石→钢纤维→水泥→水→外加剂。

在施工中我们采用了以下拌制方法：先干拌2min～3min（以钢纤维均匀分布为宜），后加水湿拌2min～3min（以水泥完全裹握钢纤维为止），必要时可延长搅拌时间。

拌制前须测定骨料的含水率，以便及时调整用水量和材料用量。拌制过程中采用了电脑自动配料，从而增加了配料的精确性，减少了人为因素误差。钢纤维布料则采用人工连续分散，这样既确保了投料速度，又确保了钢纤维在混凝土中能均匀分布。

4．2 钢纤维混凝土的运输

钢纤维混凝土应采用大型搅拌运输车运输。运输过程应控制在30min 以内，以防止钢纤维混凝土结团，进而影响混凝土的可泵性。钢纤维混凝土运到施工现场后，在卸料前可快速旋转装料车，以利钢纤维均匀乱向分布。

4．3钢纤维混凝土的浇筑

由于在前面工序中做到了确保钢纤维混凝土的可泵性，故在钢纤维混凝土送至现场后，采用车泵泵送入模。钢纤维混凝土的浇筑，应保证结构的连续性，禁止因拌合料干燥而加水。在混凝土初凝前，按控制标高挂线找平，找平后，宜在混凝土即将初凝时采用二次碾压以保证钢纤维不外露。

4．4 钢纤维混凝土的养护

钢纤维混凝土的养护可以按照普通混凝土的养护方法进行, 但由于钢纤维混凝土的早期强度高, 开始养护时间应提前至施工后2h左右。

由于本工程屋面板在冬季施工，故在钢纤维混凝土施工完后24h，采用塑料薄膜加麻袋覆盖养护，养护时间不得少于14h。

5 结语

地面混凝土的施工中，我们发现，同标号、同施工条件出现在普通混凝土楼面板上的少量温差裂缝在钢纤维混凝土板面施工时却未发现。这一点有力地说明了钢纤维散乱地分布于混凝土中，通过钢纤维对混凝土的拉结作用及其本身的抗