摘　要:就如何進行鋼纖維噴射混凝土的施工質(zhì)量控制,從鋼纖維噴射混凝土的組成材料、施工設(shè)備與施工工藝、施工人員及管理三個方面進行了分析,并結(jié)合施工現(xiàn)場經(jīng)驗,提出了保證鋼纖維噴射混凝土施工質(zhì)量的控制途徑。

關(guān)鍵詞:鋼纖維噴射混凝土;施工質(zhì)量;控制

中圖分類號: TU712. 3 　文獻標(biāo)識碼:B 　文章編號:1004 —5716 (2007) 03 —0206 —03

  　鋼纖維噴射混凝土是在空氣壓力作用下,高速噴射至受噴面上而形成的分布有不連續(xù)鋼纖維的混凝土,具有鋼纖維混凝土的良好性質(zhì),與素噴混凝土相比,提高了彎拉強度、韌性、延性和阻裂能力,可以有效減少混凝土的收縮裂縫,增強混凝土的耐久性和密實性,施工時,避免了掛網(wǎng)操作,可以實現(xiàn)無?；焖偈┕?。因此,這項技術(shù)發(fā)展以來,在隧道和地下工程中的襯砌支護、礦山巷道的軟巖支護、建筑物與橋梁的修補加固、水工建筑的面板防滲加固處理等很多工程項目上得到應(yīng)用。

　　鋼纖維噴射混凝土不能人工振搗,只是依靠噴射時高速氣流的作用,對混凝土的不斷沖擊達到振實的目的。鋼纖維噴射混凝土施工作業(yè)要保證施工效率,而且通過材料措施和技術(shù)措施降低回彈率、節(jié)約材料、增強施工質(zhì)量。因此需研究如何通過控制材料質(zhì)量和配合比、改進施工技術(shù)來提高鋼纖維噴射混凝土的施工質(zhì)量。

1 　鋼纖維噴射混凝土施工質(zhì)量控制的目標(biāo)

　　鋼纖維噴射混凝土在素噴混凝土中摻加了一定比例的鋼纖維,改進了錨噴工藝,在施工時可以快速有效地進行。同素噴混凝土施工工藝相比,鋼纖維噴射混凝土由于纖維的加入更需要控制施工材料質(zhì)量和性能,混凝土拌和物的流動性、粘聚性、體積穩(wěn)定性、低回彈率,施工技術(shù)人員的培訓(xùn)。因此,鋼纖維噴射混凝土施工質(zhì)量控制的主要目標(biāo)是有較好的工作性、耐久性、強度、經(jīng)濟性。

2 　鋼纖維噴射混凝土施工質(zhì)量控制的影響因素

　　鋼纖維噴射混凝土施工技術(shù)發(fā)展至今,其施工工藝以干噴法和濕噴法為主,通常根據(jù)不同的施工條件來選用合適的施工工藝。濕噴法施工時水灰比易控制、回彈率低、粉塵少,但是施工距離短;干噴法施工操作方便,施工距離長,但水灰比不易控制、回彈率高、粉塵多,改進后的潮噴工藝效果好一些。但不論哪種施工工藝,鋼纖維噴射混凝土的施工控制目標(biāo)是一樣的。影響施工質(zhì)量控制的主要因素有組成材料、施工設(shè)備和施工工藝、施工人員和現(xiàn)場管理等。

2. 1 　組成材料

　　(1) 水泥和水灰比:鋼纖維噴射混凝土施工的首要要求是有良好的工作性,即混凝土拌和物有較好的流動性、保水性、粘聚性。水泥水化之后,膠合料覆蓋在集料和鋼纖維表面,減少了摩擦阻力,形成良好的流動性,促使鋼纖維混凝土與受噴面粘結(jié);水泥的強度與鋼纖維噴射混凝土的強度基本上成正比例關(guān)系,但是高標(biāo)號的水泥增加施工成本,水化熱大,不利于混凝土強度的增長。

　　一般混凝土的抗壓強度與灰水比成正比例的關(guān)系,但對于鋼纖維噴身混凝土,其噴射時的水灰比與到達受噴面的混凝土的水灰比有一定的差異。而且水灰比過大,水泥的水化反應(yīng)充分,但是混凝土拌和物易離析、泌水,混凝土硬化后收縮變形大;水灰比過小,富余的水泥顆粒多,干噴工藝增加粉塵和回彈率,且鋼纖維噴射混凝土是噴敷成層狀的,粘結(jié)不好。因此,水灰比既要使鋼纖維噴射混凝土有良好的流動性和強度,又不能使鋼纖維噴射混凝土離析、泌水,增加回彈率,造成浪費。

　　(2) 集料:鋼纖維噴射混凝土所用集料包括粗集料和細集料兩種。粗集料為鋼纖維噴射混凝土提供支架作用,對于混凝土的強度起主要作用,卵石表面光滑,與水泥膠合料的粘結(jié)不如碎石,但相對碎石來說可以減少對噴射設(shè)備的損傷。同時水泥漿體與單個石子之間界面的過渡層周長和厚度都很小,不容易形成大的缺陷,有利于界面強度的提高,有利于混凝土彈性模量的增長和耐久性的提高。細集料起填充空隙作用,其細度模數(shù)和砂率影響混凝土的粘聚性和流動性。砂子的比表面積大于同等質(zhì)量的石子的比表面積,需要水泥漿的數(shù)量多,流動性隨著砂率的增大越來越好。

　　(3) 鋼纖維:鋼纖維在噴射混凝土中的不均勻分布提高了混凝土的彎拉強度、韌性和阻裂能力。實驗證明,鋼纖維噴射混凝土開裂后仍具有一定的負荷能力。常用鋼纖維的彈性模量為200GPa ,抗拉強度為380～1300MPa ,極限延伸率3 %～30 %。不均勻分布在噴射混凝土中的鋼纖維由于自身的高強度以及與集料的粘結(jié),提高了混凝土的整體密實程度和耐久性。鋼纖維的長徑比是影響鋼纖維增強增韌效果的重要參數(shù),也影響噴射混凝土的工作性。這兩方面有時是相互矛盾的,因為通常使用的表面粗糙、兩端帶鉤的鋼纖維增強、增韌效果好,但施工時,分散較為困難,容易結(jié)團,影響施工效率。鋼纖維在混凝土中的分布有一定的比例限制,鋼纖維太少,增強增韌效果不明顯;太多,不經(jīng)濟,且易絞結(jié)成團,影響混凝土的流動性和施工效率。

　　(4) 外加劑和摻和料:干噴法和濕噴法施工,都要求噴射混凝土拌和物的干料或是濕料在噴嘴處與速凝劑等混合噴出后,在很短時間內(nèi)凝結(jié)。施工時,常用速凝劑或高效減水劑等縮短噴射混凝土的凝結(jié)時間,尤其是初凝時間。如達不到要求,則混凝土與受噴面粘結(jié)不夠,回彈率增加,鋼纖維混凝土密實程度不高,混凝土的強度和耐久性無法保證,經(jīng)濟性也不好。

　　施工中,一些摻和料如活性粉煤灰、磨細礦渣、硅灰等被廣泛的應(yīng)用。這些摻和料能夠填充水泥石結(jié)構(gòu)的孔隙,增強混凝土的密實程度,改善混凝土拌和物的工作性,提高混凝土的黏聚性和體積穩(wěn)定性,降低混凝土水泥水化熱引起的溫升,調(diào)節(jié)混凝土強度的發(fā)展,而且按一定比例摻入來代替水泥可以節(jié)約材料。

2. 2 　施工設(shè)備和施工工藝

　　施工中,通常根據(jù)施工條件選擇合適的施工設(shè)備和施工工藝。在施工的過程中,噴射設(shè)備依靠高強的風(fēng)壓進行噴射,在高壓氣流的作用下,噴射混凝土不斷沖壓增加了水泥與集料和鋼纖維及受噴面的接觸,加速了水化反應(yīng),提高了混凝土的均勻密實程度,增強了混凝土的耐久性?！L(fēng)壓與噴射混凝土的回彈率有關(guān),較大的風(fēng)壓會增加回彈率,不經(jīng)濟。施工時,受噴面的處理是制約施工質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié),松動的巖面或受噴面會抵消鋼纖維噴射混凝土的作用。

2. 3 　施工人員與現(xiàn)場管理

　　在實際施工中,無論是施工設(shè)備的操作、施工進度的掌握、施工材料的控制都離不開現(xiàn)場人員。施工人員的熟練程度、專業(yè)知識的掌握、責(zé)任心影響鋼纖維噴射混凝土的施工質(zhì)量。鋼纖維噴射混凝土的施工環(huán)環(huán)相扣,尤其對于干噴法施工工藝,大多是遠距離操作,混凝土拌和料的拌和與運輸、鋼纖維的摻加工藝控制、噴射混凝土?xí)r水量的控制等將對施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴重影響。加強施工現(xiàn)場的管理與協(xié)調(diào)顯然是必要的。

3 　改善鋼纖維噴射混凝土施工質(zhì)量的途徑

　　針對鋼纖維噴射混凝土的施工控制目標(biāo),結(jié)合混凝土質(zhì)量控制的影響因素,可以根據(jù)施工的具體實際情況,從以下幾個方面來加強鋼纖維噴射混凝土施工質(zhì)量的控制。

3. 1 　因地制宜,選用合適的材料,使用合理的配合比

　　鋼纖維噴射混凝土的組成材料及配比是影響其施工質(zhì)量的根本原因,因此對于每一項工程,都必須因地制宜、就地取材,使用合理的配合比。這是降低混凝土施工成本的根本途徑,在此過程中不斷積累施工經(jīng)驗,以完善施工措施。

　　施工時,根據(jù)施工設(shè)備和施工條件合理選擇施工工藝和施工材料,施工材料應(yīng)保證鋼纖維噴射混凝土的施工質(zhì)量控制要求。水泥一般選用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥,標(biāo)號為32. 5 號以上,有特殊施工要求的可以根據(jù)使用環(huán)境選用相應(yīng)品質(zhì)要求的水泥種類。水泥出廠后應(yīng)盡快使用,并妥善保管,防止淋雨受潮。水灰比一般為0. 40～0. 60 ,濕噴法的水灰比比干噴法的水灰比略大一些。砂石等集料的含水量和含泥量應(yīng)計＠量準(zhǔn)確,保證清潔,以保證噴射混凝土的流動性。一般,砂子宜選擇優(yōu)質(zhì)中粗河砂,細度模數(shù)為2. 5～3. 3 的范圍,石子應(yīng)有良好的顆粒級配,但最大粒徑應(yīng)不超過10mm。砂率一般為50 %～100 %,根據(jù)干噴或濕噴工藝進行相應(yīng)的級配試驗來選擇。工程上使用的鋼纖維一般長為20～35mm 范圍,其長度和粗集料的最大粒徑均不應(yīng)超過混凝土噴射管徑的一半為宜, 長徑比不能太大, 體積率一般為0. 5 %～2. 0 %。速凝劑的使用比例一般為2. 5 %～4. 0 %,減水劑根據(jù)試驗確定用量。同時,要通過試驗確定水泥與速凝劑和減水劑的相容性和具體用量。

　　干噴法施工時,鋼纖維噴射混凝土的水灰比依靠設(shè)備操作人員的經(jīng)驗控制,具有較大的隨機性,噴射混凝土的工作性不易控制;濕噴法施工是在噴射前按照既定的混凝土配合比進行拌和,混噴射混凝土的工作性較易控制。因此,一方面應(yīng)使工人熟練操作儀器,掌握相關(guān)的專業(yè)知識,較準(zhǔn)確判斷噴射混凝土的粘稠狀態(tài);另一方面在施工作業(yè)的同時,對于施工現(xiàn)場同批次噴射混凝土材料進行分析,現(xiàn)場取樣制模獲得強度并試驗材料的坍落度,由坍落度判斷其黏聚性,據(jù)此找出用水量規(guī)律,以供施工企業(yè)和施工人員進行參考,達到施工質(zhì)量控制的目標(biāo)。濕噴法施工也要進行施工配合比的試驗,并不斷改進,以提高噴射混凝土的工作性,減少回彈率。

3. 2 　不斷改進施工設(shè)備、完善施工工藝、提高施工技術(shù)水平

　　當(dāng)前,鋼纖維噴射混凝土施工所用設(shè)備大多沿用普通噴射混凝土噴射設(shè)備,很少改進。多數(shù)的鋼纖維喂料途徑是用旋轉(zhuǎn)的傳輸帶進行播撒,同時通過網(wǎng)篩進行過濾,以清除結(jié)團的鋼纖維,避免影響混凝土拌和物的流動性。有一些是將噴射機的管路進行改造,減少90°彎道和增大管徑,以減少堵管現(xiàn)象發(fā)生;有一些設(shè)備是通過獨立的高壓氣流分散鋼纖維播撒路徑并進行計量,只是在噴嘴處與干噴或濕噴混凝土進行混合,避免鋼纖維絞結(jié)成團堵管,影響混凝土的流動性和鋼纖維作用的發(fā)揮。

　　施工經(jīng)驗表明,播撒時,鋼纖維應(yīng)避免在攪拌機葉片處集結(jié),因鋼纖維絞結(jié)的機會相對較大。同時適當(dāng)減小風(fēng)壓和氣流速度以及噴嘴處的氣量,并改進為潮噴法,可以減少混凝土的回彈率和粉塵量。水溶膠粘片的鋼纖維束有利于濕噴法噴射混凝土的鋼纖維分散與拌和。

3. 3 　加強崗位培訓(xùn)教育,加強制度化建設(shè)

　　設(shè)備的操作離不開施工人員,他們素質(zhì)水平的高低、責(zé)任感的強否直接影響施工的質(zhì)量。而施工現(xiàn)場規(guī)范化、制度化的管理則是為施工創(chuàng)造良好的環(huán)境,為有良好的施工質(zhì)量提供保證,也有利于增強施工人員的責(zé)任感和使命感。

　　施工單位應(yīng)對施工人員經(jīng)常進行崗位培訓(xùn)教育,明確崗位責(zé)任,加強相關(guān)專業(yè)知識學(xué)習(xí)。對于施工現(xiàn)場的管理、施工進度的安排、施工質(zhì)量的檢查等應(yīng)作出明確的規(guī)定,并由質(zhì)量負責(zé)人不定時的抽檢,以確保施工的質(zhì)量。

4 　結(jié)束語

　　綜上所述,鋼纖維噴射混凝土的施工質(zhì)量受到很多因素的影響,但是可以通過很多途徑去提高。同時,各施工單位之間應(yīng)建立很好的協(xié)作機制,加強鋼纖維噴射混凝土的施工經(jīng)驗的積累,并進行計算機信息管理,為更方便的提高鋼纖維混凝土的施工質(zhì)量提供平臺。

參考文獻:

　　[1] 　CECS38 :2004 纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[ S] . 中國計劃出版社.

　　[2] 　黃承逵. 纖維混凝土結(jié)構(gòu)[ M] . 北京: 機械工業(yè)出版社,2004.