淺談鋼纖維噴射混凝土的施工質(zhì)量控制

摘　要:就如何進(jìn)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(gè)方面進(jìn)行了分析,并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),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(hào): TU712. 3 　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 　文章編號(hào):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(qiáng)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(qiáng)混凝土的耐久性和密實(shí)性,施工時(shí),避免了掛網(wǎng)操作,可以實(shí)現(xiàn)無(wú)?；焖偈┕ぁＲ虼?這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展以來(lái),在隧道和地下工程中的襯砌支護(hù)、礦山巷道的軟巖支護(hù)、建筑物與橋梁的修補(bǔ)加固、水工建筑的面板防滲加固處理等很多工程項(xiàng)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(shí)高速氣流的作用,對(duì)混凝土的不斷沖擊達(dá)到振實(shí)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(guò)材料措施和技術(shù)措施降低回彈率、節(jié)約材料、增強(qiáng)施工質(zhì)量。因此需研究如何通過(guò)控制材料質(zhì)量和配合比、改進(jìn)施工技術(shù)來(lái)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(jìn)了錨噴工藝,在施工時(shí)可以快速有效地進(jìn)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(dòng)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(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)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(lái)選用合適的施工工藝。濕噴法施工時(shí)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(zhǎng),但水灰比不易控制、回彈率高、粉塵多,改進(jìn)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(chǎng)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(dòng)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(dòng)性,促使鋼纖維混凝土與受噴面粘結(jié);水泥的強(qiáng)度與鋼纖維噴射混凝土的強(qiáng)度基本上成正比例關(guān)系,但是高標(biāo)號(hào)的水泥增加施工成本,水化熱大,不利于混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)。

　　一般混凝土的抗壓強(qiáng)度與灰水比成正比例的關(guān)系,但對(duì)于鋼纖維噴身混凝土,其噴射時(shí)的水灰比與到達(dá)受噴面的混凝土的水灰比有一定的差異。而且水灰比過(guò)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(guò)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(dòng)性和強(qiáng)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(fèi)。

　　(2) 集料:鋼纖維噴射混凝土所用集料包括粗集料和細(xì)集料兩種。粗集料為鋼纖維噴射混凝土提供支架作用,對(duì)于混凝土的強(qiáng)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(duì)碎石來(lái)說(shuō)可以減少對(duì)噴射設(shè)備的損傷。同時(shí)水泥漿體與單個(gè)石子之間界面的過(guò)渡層周長(zhǎng)和厚度都很小,不容易形成大的缺陷,有利于界面強(qiáng)度的提高,有利于混凝土彈性模量的增長(zhǎng)和耐久性的提高。細(xì)集料起填充空隙作用,其細(xì)度模數(shù)和砂率影響混凝土的粘聚性和流動(dòng)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(dòng)性隨著砂率的增大越來(lái)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(qiáng)度、韌性和阻裂能力。實(shí)驗(yàn)證明,鋼纖維噴射混凝土開(kāi)裂后仍具有一定的負(fù)荷能力。常用鋼纖維的彈性模量為200GPa ,抗拉強(qiáng)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(qiáng)度以及與集料的粘結(jié),提高了混凝土的整體密實(shí)程度和耐久性。鋼纖維的長(zhǎng)徑比是影響鋼纖維增強(qiáng)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(shí)是相互矛盾的,因?yàn)橥ǔＪ褂玫谋砻娲植?、兩端帶鉤的鋼纖維增強(qiáng)、增韌效果好,但施工時(shí),分散較為困難,容易結(jié)團(tuán),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(qiáng)增韌效果不明顯;太多,不經(jīng)濟(jì),且易絞結(jié)成團(tuán),影響混凝土的流動(dòng)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(shí)間內(nèi)凝結(jié)。施工時(shí),常用速凝劑或高效減水劑等縮短噴射混凝土的凝結(jié)時(shí)間,尤其是初凝時(shí)間。如達(dá)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(shí)程度不高,混凝土的強(qiáng)度和耐久性無(wú)法保證,經(jīng)濟(jì)性也不好。

　　施工中,一些摻和料如活性粉煤灰、磨細(xì)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(qiáng)混凝土的密實(shí)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(qiáng)度的發(fā)展,而且按一定比例摻入來(lái)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(guò)程中,噴射設(shè)備依靠高強(qiáng)的風(fēng)壓進(jìn)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(shí)程度,增強(qiáng)了混凝土的耐久性。‘風(fēng)壓與噴射混凝土的回彈率有關(guān),較大的風(fēng)壓會(huì)增加回彈率,不經(jīng)濟(jì)。施工時(shí),受噴面的處理是制約施工質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié),松動(dòng)的巖面或受噴面會(huì)抵消鋼纖維噴射混凝土的作用。

2. 3 　施工人員與現(xiàn)場(chǎng)管理

　　在實(shí)際施工中,無(wú)論是施工設(shè)備的操作、施工進(jìn)度的掌握、施工材料的控制都離不開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)人員。施工人員的熟練程度、專業(yè)知識(shí)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(duì)于干噴法施工工藝,大多是遠(yuǎn)距離操作,混凝土拌和料的拌和與運(yùn)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(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(shí)際情況,從以下幾個(gè)方面來(lái)加強(qiáng)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(duì)于每一項(xiàng)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(guò)程中不斷積累施工經(jīng)驗(yàn),以完善施工措施。

　　施工時(shí),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(hào)為32. 5 號(hào)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(jì)＠量準(zhǔn)確,保證清潔,以保證噴射混凝土的流動(dòng)性。一般,砂子宜選擇優(yōu)質(zhì)中粗河砂,細(xì)度模數(shù)為2. 5～3. 3 的范圍,石子應(yīng)有良好的顆粒級(jí)配,但最大粒徑應(yīng)不超過(guò)10mm。砂率一般為50 %～100 %,根據(jù)干噴或濕噴工藝進(jìn)行相應(yīng)的級(jí)配試驗(yàn)來(lái)選擇。工程上使用的鋼纖維一般長(zhǎng)為20～35mm 范圍,其長(zhǎng)度和粗集料的最大粒徑均不應(yīng)超過(guò)混凝土噴射管徑的一半為宜, 長(zhǎng)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(yàn)確定用量。同時(shí),要通過(guò)試驗(yàn)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(shí),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(yàn)控制,具有較大的隨機(jī)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(jìn)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(shí),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(shí),對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)同批次噴射混凝土材料進(jìn)行分析,現(xiàn)場(chǎng)取樣制模獲得強(qiáng)度并試驗(yàn)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(jìn)行參考,達(dá)到施工質(zhì)量控制的目標(biāo)。濕噴法施工也要進(jìn)行施工配合比的試驗(yàn),并不斷改進(jìn),以提高噴射混凝土的工作性,減少回彈率。

3. 2 　不斷改進(jìn)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(jìn)。多數(shù)的鋼纖維喂料途徑是用旋轉(zhuǎn)的傳輸帶進(jìn)行播撒,同時(shí)通過(guò)網(wǎng)篩進(jìn)行過(guò)濾,以清除結(jié)團(tuán)的鋼纖維,避免影響混凝土拌和物的流動(dòng)性。有一些是將噴射機(jī)的管路進(jìn)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(guò)獨(dú)立的高壓氣流分散鋼纖維播撒路徑并進(jìn)行計(jì)量,只是在噴嘴處與干噴或濕噴混凝土進(jìn)行混合,避免鋼纖維絞結(jié)成團(tuán)堵管,影響混凝土的流動(dòng)性和鋼纖維作用的發(fā)揮。

　　施工經(jīng)驗(yàn)表明,播撒時(shí),鋼纖維應(yīng)避免在攪拌機(jī)葉片處集結(jié),因鋼纖維絞結(jié)的機(jī)會(huì)相對(duì)較大。同時(shí)適當(dāng)減小風(fēng)壓和氣流速度以及噴嘴處的氣量,并改進(jìn)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(qiáng)崗位培訓(xùn)教育,加強(qiáng)制度化建設(shè)

　　設(shè)備的操作離不開(kāi)施工人員,他們素質(zhì)水平的高低、責(zé)任感的強(qiáng)否直接影響施工的質(zhì)量。而施工現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)施工人員的責(zé)任感和使命感。

　　施工單位應(yīng)對(duì)施工人員經(jīng)常進(jìn)行崗位培訓(xùn)教育,明確崗位責(zé)任,加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)。對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)的管理、施工進(jìn)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(fù)責(zé)人不定時(shí)的抽檢,以確保施工的質(zhì)量。

4 　結(jié)束語(yǔ)

　　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(guò)很多途徑去提高。同時(shí),各施工單位之間應(yīng)建立很好的協(xié)作機(jī)制,加強(qiáng)鋼纖維噴射混凝土的施工經(jīng)驗(yàn)的積累,并進(jìn)行計(jì)算機(jī)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(tái)。

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