繆 菁

（山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012）

0 引言

混凝土由于是一種多相復(fù)合材料，受各組成材料性質(zhì)的差異以及施工和養(yǎng)護(hù)等方面的影響，導(dǎo)致普通混凝土存在如構(gòu)件自重大、易塑性干縮開(kāi)裂、抗疲勞性差、韌性差、抗拉強(qiáng)度低（一般僅為抗壓強(qiáng)度的7%～14%）、抗沖擊性差等缺陷，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展和建筑工程技術(shù)的不斷革新，公路、鐵路、房建、市政、水利等建設(shè)項(xiàng)目都對(duì)混凝土的性能提出了更高的要求（高性能化和高功能化），這些缺陷極大地限制了其在工程中的使用范圍。

上述缺陷是本質(zhì)性的，不可能通過(guò)本身材質(zhì)的改良來(lái)解決，只有采取“復(fù)合化”的技術(shù)途徑，而纖維混凝土由于纖維和混凝土的共同作用，其顯著改善了混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)始逐步應(yīng)用纖維混凝土這種新技術(shù)來(lái)解決工程中日益發(fā)生的許多新問(wèn)題。本文將對(duì)纖維混凝土的質(zhì)量控制談一些看法。

1 纖維混凝土概述

纖維混凝土是纖維增強(qiáng)混凝土的簡(jiǎn)稱，是一種以傳統(tǒng)素混凝土為基體開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型復(fù)合材料，它是將短而細(xì)、具有抗拉強(qiáng)度高、極限延伸率大、抗堿性好等良好性能的纖維均勻地分散在混凝土基體中形成的一種新型建筑材料。在纖維混凝土中纖維主要起到阻裂、增強(qiáng)以及增韌等3個(gè)方面的作用。一般來(lái)說(shuō)，纖維在混凝土中限制了混凝土早期裂縫的產(chǎn)生以及在外力作用下裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。在纖維混凝土受力初期，纖維與混凝土共同受力，此時(shí)混凝土是外力的主要承擔(dān)者，隨著外力的不斷增加或者外力持續(xù)一定時(shí)間，當(dāng)裂縫擴(kuò)展到一定程度之后，纖維成為外力的主要承擔(dān)者，橫跨裂縫的纖維極大地限制了混凝土裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。因此，纖維混凝土有效地克服了普通混凝土抗拉強(qiáng)度低、易開(kāi)裂、抗疲勞性能差等固有缺陷[1]。

與普通混凝土相比，F(xiàn)RC具有較高的抗拉、抗彎拉、抗沖擊、抗裂、抗爆和韌性、延性等性能，同時(shí)對(duì)混凝土的抗?jié)B、防水、抗凍、護(hù)筋性等性能也有較大的貢獻(xiàn)。

常用的纖維混凝土主要有鋼纖維混凝土和合成纖維混凝土。鋼纖維混凝土適用于對(duì)抗拉、抗剪、彎拉強(qiáng)度和抗裂、抗沖擊、抗疲勞、抗震、抗爆等性能要求較高的工程或局部部位；合成纖維混凝土適用于非結(jié)構(gòu)性裂縫控制，以及對(duì)彎曲韌性和抗沖擊性能有一定要求的工程或其局部部位[2]。

2 原材料和配合比質(zhì)量控制

2.1 原材料

纖維混凝土的原材料應(yīng)通過(guò)優(yōu)選確定，并嚴(yán)格對(duì)原材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，剔除掉不合格因素。

a）鋼纖維可采用碳鋼纖維、低合金鋼纖維或不銹鋼纖維等，鋼纖維的形狀可為平直形或異形，其種類、規(guī)格、質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

b）合成纖維可采用聚丙烯晴纖維、聚丙烯纖維、聚酰胺纖維或聚乙烯醇纖維等，合成纖維可為單絲纖維、束狀纖維、膜裂纖維和粗纖維等，合成纖維應(yīng)為無(wú)毒材料，其種類、規(guī)格、質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

c）鋼纖維混凝土宜采用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥。

d）宜采用5～25 mm連續(xù)級(jí)配的粗集料以及級(jí)配Ⅱ區(qū)中砂。鋼纖維混凝土宜選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的河砂，不得使用海砂；粗集料應(yīng)選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖等碎石或碎卵石，最大粒徑不宜大于鋼纖維長(zhǎng)度的2/3，鋼纖維噴射混凝土的集料最大粒徑不宜大于10 mm，粗集料顆粒中針、片狀顆粒含量不宜大于5%。

e）宜選用高效減水劑，對(duì)抗凍性有要求時(shí)宜選用引氣型減水劑或同時(shí)加引氣劑和減水劑；鋼纖維噴射混凝土宜采用低堿速凝劑。

f）原材料的其他技術(shù)要求大致與普通混凝土相同，應(yīng)滿足現(xiàn)行國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)規(guī)定。

2.2 配合比

纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)按《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55—2011）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，并應(yīng)分別滿足以下要求。

2.2.1 鋼纖維混凝土

鋼纖維混凝土配制應(yīng)符合下列規(guī)定：

a）強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于CF20，并應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)強(qiáng)度等級(jí)和抗拉強(qiáng)度（或彎拉強(qiáng)度、彎曲韌度比）的要求。

b）鋼纖維體積率應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，且不應(yīng)小于0.35%；對(duì)高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度不低于1 000 MPa）的異形鋼纖維不應(yīng)小于0.25%；鋼纖維預(yù)應(yīng)力混凝土中鋼纖維用量宜為（80±5）kg/m3。

c）水膠比不宜大于0.50，對(duì)耐久性有要求的不得大于0.45，水泥用量（或膠凝材料總用量）不宜小于360 kg/m3。

d）稠度可參照同類工程對(duì)普通混凝土所要求的稠度確定，其坍落度值可比相應(yīng)普通混凝土要求值小20 mm，其維勃稠度值與相應(yīng)的普通混凝土要求值相同。

2.2.2 合成纖維混凝土

合成纖維混凝土配制應(yīng)符合下列規(guī)定：

a）合成纖維混凝土試配時(shí)，可不考慮纖維對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，按同條件的普通混凝土根據(jù)有關(guān)規(guī)范的規(guī)定確定配合比。

b）合成纖維的體積率宜為0.05%～0.3%的范圍內(nèi)選取，也可根據(jù)工程要求通過(guò)試驗(yàn)和已有工程經(jīng)驗(yàn)確定摻量，對(duì)于橋梁混凝土橋面防水層結(jié)構(gòu)中的保護(hù)層纖維混凝土，如設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)定時(shí)，聚丙烯纖維的摻量宜為1.8 kg/m3，聚丙烯晴纖維的摻量宜為1.0 kg/m3。

c）合成纖維混凝土的坍落度可比普通混凝土相應(yīng)要求降低，當(dāng)坍落度不滿足要求時(shí)，可通過(guò)改變外加劑摻量或在保持水膠比不變的條件下適當(dāng)增加用水量來(lái)調(diào)整。

根據(jù)以上理論和規(guī)定，先后應(yīng)用于忻保高速公路、太佳高速公路及和榆高速公路的橋面鋪裝，所用水泥為普通硅酸鹽52.5級(jí)水泥；鋼纖維采用河北衡水橋閘有限公司鋼纖維、上海貝卡爾特一二鋼有限公司鋼纖維、太原福乾物貿(mào)有限公司鋼纖維；外加劑主要為山西黃河新型化工高效減水劑、北京中建宏業(yè)科技有限公司減水劑。部分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 每立方米混凝土各材料單位用量 kg

3 施工質(zhì)量控制

3.1 攪拌

a）應(yīng)采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，并應(yīng)配備纖維專用計(jì)量和投料設(shè)備；投料次序和方法應(yīng)以攪拌過(guò)程中纖維不產(chǎn)生結(jié)團(tuán)，在拌合物中分散均勻，不因攪拌機(jī)超負(fù)荷而停止運(yùn)轉(zhuǎn)，出料口不堵塞為原則，宜先將纖維和粗、細(xì)集料投入攪拌機(jī)干拌，然后再加水泥、礦物摻合料、水和外加劑進(jìn)行攪拌。

b）攪拌時(shí)間應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)攪拌試驗(yàn)確定，并應(yīng)比普通混凝土規(guī)定的攪拌時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)1～2 min，采用先干拌后濕拌的攪拌方法時(shí)，干拌時(shí)間不宜小于1.5 min。

3.2 運(yùn)輸、澆筑

a）應(yīng)盡量縮短混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)避免拌合物產(chǎn)生離析。

b）鋼纖維混凝土的澆筑方法應(yīng)保證鋼纖維的分布均勻性和結(jié)構(gòu)的連續(xù)性；用于泵送鋼纖維混凝土的泵的功率，應(yīng)比泵送普通混凝土的泵的功率大20%；鋼纖維噴射混凝土宜采用濕噴工藝。

c）拌合物澆筑傾落的自由高度不應(yīng)超過(guò)1.5 m。當(dāng)傾落高度大于1.5 m時(shí)，應(yīng)加串筒、斜槽、溜管等輔助工具。澆筑應(yīng)保證纖維分布的均勻性和結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，在澆筑過(guò)程中不得加水。

d）應(yīng)采用機(jī)械振搗，不得采用人工插搗，在保證其振搗密實(shí)的同時(shí)，應(yīng)避免分層和離析。

e）鋼纖維混凝土的澆筑應(yīng)避免鋼纖維露出混凝土表面。對(duì)于豎向結(jié)構(gòu)，宜將模板角修成圓角，可采用模板附著式振動(dòng)器進(jìn)行振動(dòng)；對(duì)于上表面積較大的平面結(jié)構(gòu)，宜采用平板式振搗器進(jìn)行振搗，再用表面帶凸棱的金屬圓輥將豎起的鋼纖維壓下，然后用金屬圓輥將表面滾壓平整，待鋼纖維混凝土表面無(wú)泌水時(shí)，可用金屬抹刀抹平，經(jīng)修整的表面不得裸露鋼纖維。

f）當(dāng)采用三輥軸機(jī)組鋪筑鋼纖維混凝土路面時(shí)，應(yīng)在三輥軸機(jī)前方使用表面帶凸棱的金屬圓輥將鋼纖維壓下，再用三輥軸機(jī)整平施工；當(dāng)采用滑模攤鋪機(jī)鋪筑鋼纖維混凝土路面時(shí)，應(yīng)在擠壓底板前方配備機(jī)械夯實(shí)桿裝置，將鋼纖維和大顆粒集料壓下。

3.3 養(yǎng)護(hù)

a）混凝土澆筑成型后，應(yīng)及時(shí)用塑料薄膜等覆蓋和養(yǎng)護(hù)，可采用與普通混凝土相同的養(yǎng)護(hù)方法。

b）預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土軌枕的成型、振搗與養(yǎng)護(hù)，除應(yīng)符合同條件混凝土軌枕的工藝要求外，尚應(yīng)滿足下列要求：

（a）普振時(shí)間應(yīng)為3 min，加壓振動(dòng)時(shí)間應(yīng)為2 min；

（b）蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度為（60±3）℃。