混雜纖維增韌高強機敏混凝土的研究

通過計算機模擬和材料試驗相結(jié)合，研究碳----玻璃混雜纖維增韌高強混凝土的復(fù)合機理和機敏特性，建立該新型復(fù)合材料增韌的力學(xué)模型，探討纖維參數(shù)、材料組份和顯微結(jié)構(gòu)對電導(dǎo)性能和熱電效應(yīng)的影響以及構(gòu)件承載過程中電導(dǎo)率與材料內(nèi)部應(yīng)變、溫度、損傷等變量的關(guān)系，為混凝土智能結(jié)構(gòu)的設(shè)計、健康監(jiān)測和壽命評估提供理論依據(jù)和技術(shù)手段。 2100433B

鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土增強增韌阻裂防滲工法適用范圍

《鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土增強增韌阻裂防滲工法》適用于對混凝土的抗壓、抗拉（裂性、抗?jié)B性）、抗折強度、耐沖磨和耐久性有較高要求的地下工程、水池、人防工程、大體積混凝土工程、高層建筑、水工工程、公路橋梁、隧道、機場跑道等各種工業(yè)與民用工程的高強高性能混凝土。

鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土增強增韌阻裂防滲工法工藝原理

《鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土增強增韌阻裂防滲工法》的工藝原理敘述如下：

彈性模量高的鋼纖維主要起增強材料的作用當(dāng)混凝土的微小裂紋在外荷載作用下發(fā)生擴展時，緩解了裂縫尖端的應(yīng)力集中，增加了裂縫的擴展阻力，提高了混凝土的初期斷裂性能和抗拉、抗壓、抗折強度，但因為鋼纖維摻量的限制，在沒有鋼纖維分布的部位不能對混凝土的開裂產(chǎn)生阻滯作用，因此對混凝土裂后變形能力作用不大彈性模量與混凝土相當(dāng)?shù)木郾├w維，雖然不能從根本上提高混凝土的強度和抗裂能力，但因為眾多聚丙烯纖維在混凝土中的亂向分布，在初裂發(fā)生后使較大的裂縫轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€細小的裂縫，即形成所謂的多點開裂，能提高混凝土的裂后變形能力。在混凝土中同時摻入鋼纖維和聚丙烯纖維，這兩種纖維在不同的受荷階段和不同的結(jié)構(gòu)層次發(fā)揮增強增韌作用，比不摻或單摻某種纖維具有更高的抗壓、抗拉、抗折強度和更好的抗沖磨性能和耐久性。

鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土增強增韌阻裂防滲工法施工工藝

• 工藝流程

《鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土增強增韌阻裂防滲工法》的工藝流程：施工準備→纖維分散→投料攪拌→混凝土運輸→混凝土澆筑、振搗、抹面→混凝土養(yǎng)護。

• 操作要點

《鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土增強增韌阻裂防滲工法》的操作要點如下：

一、施工準備

施工準備主要包括配合比設(shè)計、拌合物試驗、模板支設(shè)與驗收、鋼筋安裝與驗收、材料與設(shè)備準備、施工人員安排、方案編制、培訓(xùn)與交底。

1.配合比設(shè)計：根據(jù)具體工程的結(jié)構(gòu)和使用功能要求進行配合比設(shè)計，一般可根據(jù)混凝土強度等級確定水泥、砂、石、外加劑、摻合料和水的配比，然后根據(jù)不同的使用要求（抗裂性、抗沖磨性或耐久性）側(cè)重點確定鋼纖維和聚丙烯纖維的摻入量。根據(jù)實驗研究和工程經(jīng)驗，混雜纖維混凝土的各組分中，混雜纖維、水膠比、粉煤灰的摻量變化對混凝土的工作性、強度和耐久性影響較大，減水劑、砂率、用水量對混雜纖維混凝土的強度及耐久性影響較小，可在允許范圍內(nèi)取較大值，以獲得較好的施工性能即工作性。為保證鋼、聚丙烯纖維與基體有效結(jié)合，宜選用較小粒徑的骨料，一般最大粒徑10~20毫米。從綜合提高混凝土的抗壓、抗拉、抗折強度和抗沖磨性、耐久性來考慮，經(jīng)工程試驗研究，混雜纖維混凝土的最優(yōu)配合比為：混雜纖維摻量（體積比）：鋼纖維0.8%（折合每立方米混凝土摻量62.4千克）；聚丙烯纖維0.1%（折合每立方米混凝土摻量0.91千克）；水膠比：0.34；粉煤灰摻量（重量比）：15%；砂率：40%；用水量：190千克/立方米；減水劑：1.2%（高效減水劑FDN，主要成分為萘磺酸甲醛縮合物）。聚丙烯纖維與銑削型鋼纖維混雜時的綜合作用效果優(yōu)于與其他類型的鋼纖維混雜。

2.拌合物試驗：正式澆筑鋼-聚丙烯纖維混凝土前應(yīng)按《普通混凝土拌合物試驗方法》GB/T 50080-2002進行拌合物試驗，拌合物試驗的內(nèi)容為纖維對拌合物的含氣量、坍落度隨時間變化特性、初凝和終凝時間以及泌水速度等的影響。通過拌合物試驗確定混凝土拌合物的性能指標，作為確定施工工藝的依據(jù)。

3.模板支設(shè)與驗收：模板支設(shè)按常規(guī)做法，要保證模板及支撐系統(tǒng)的強度和穩(wěn)定性，模板的幾何尺寸和平整、垂直度按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50204-2002進行驗收應(yīng)達到合格標準。

4.鋼筋安裝與驗收：鋼筋制作與安裝按常規(guī)做法按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50204-2002進行驗收應(yīng)達到合格標準。

5.材料與設(shè)備準備：見《鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土增強增韌阻裂防滲工法》的材料設(shè)備章節(jié)。

6.施工人員安排：根據(jù)澆筑工程量和澆筑速度安排施工人員，每個施工班組要保證有1個專門的纖維分散和投料工。具體的施工班組組成如下：

攪拌機操作工1人，水泥、摻合料、外加劑投料工1人，砂投料工1人，石子投料工2人，纖維分散、撒布工1人，混凝土輸送泵操作工1人，指揮工1人，混凝土布料工2人，混凝土攤鋪工3人，振搗工2人，抹面工3人，養(yǎng)護工1人。

7.方案編制、培訓(xùn)和交底：施工前編制鋼-聚丙烯纖維混凝土專項施工方案，對工人進行培訓(xùn)和交底，使工人熟練掌握鋼-丙烯纖維混凝土施工與普通混凝土施工的不同之處，如纖維的分散和撒布工藝、混凝土投料順序、混凝土的攪拌時間、輸送、澆筑、振搗、收面等工序應(yīng)注意的問題。

二、纖維分散

纖維分散工藝是保證鋼-聚丙烯纖維混凝土中纖維不結(jié)團、在混凝土中分布均勻的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1.鋼纖維分散

宜使用水融性膠水粘結(jié)成排工藝的佳密克斯鋼纖維，必要時采用分散機進行分散。鋼纖維在現(xiàn)場采用鋼纖維分散機振動分散，將待分散的鋼纖維放在鋼纖維分散機的活動篩上，鋼纖維在搖動、振動、撥散和碰撞作用下，陸續(xù)穿過兩層篩的篩條間隙而分散下落，將振動分散好的鋼纖維收集后存放待用。分散機的功率宜為0.75~1.0千瓦，分散力宜為20~60千克/分鐘。也可采用自行走鋼纖維分散撒布機進行分散的撒布，將待分散的鋼纖維按配合比稱量后放在鋼纖維分散機的存放料槽中，鋼纖維通過分散機分散后均勻撒布在強制式攪拌機內(nèi)。

2.聚丙烯纖維分散

采用聚丙烯自分散纖維，出廠時經(jīng)過特殊的防靜電及抗紫外線處理，使用時拆開包裝直接投入混凝土拌合料中，經(jīng)過攪拌使纖維在混凝土中分散均勻。

三、投料攪拌

投料順率和時間與施工條件及鋼、聚丙烯纖維的形狀、長徑比、體積率等有關(guān)，應(yīng)通過施工現(xiàn)場攪拌試驗確定，以攪拌過程中鋼、聚丙烯纖維不產(chǎn)生結(jié)團和保證一定生產(chǎn)率為原則。一般情況下可采用以下順序：

加入石子→加入1/3鋼纖維→加入砂→加入/3鋼纖維和1/2聚丙烯纖維→干拌0.5分鐘→加入水泥、摻合料（粉煤灰等）→干拌0.5分鐘→加入剩余鋼纖維和聚丙烯纖維、水、外加劑，邊加邊攪拌2-3分鐘。鋼-聚丙烯纖維混凝土攪拌應(yīng)采用強制式攪拌機，最好采用水平雙軸型攪拌機?？偣矓嚢钑r間約3~4分鐘，但最長不應(yīng)超過5分鐘，否則可能因攪拌時間過長而引起結(jié)團。當(dāng)纖維摻量較高或坍落度較小時，為不使攪拌機超負荷工作，攪拌機的利用率不應(yīng)超過額定功率的80%。嚴格控制各種材料的計量，按重量比進行控制，鋼纖維和聚丙烯纖維的計量誤差應(yīng)控制在1%以內(nèi)，其他各種材料的計量誤差應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50204-2002的規(guī)定。

四、混凝土運輸

通過拌合物試驗表明，同樣條件下混凝土摻入鋼纖維和聚丙烯纖維后坍落度降低約10%~30%且坍落度隨時間損失較快，特別是在30分鐘后損失速度加快，所以應(yīng)盡量縮短混凝土的運輸時間，優(yōu)先選用現(xiàn)場集中攪拌，如選用商品混凝土應(yīng)控制混凝土攪拌站與澆筑現(xiàn)場的距離，使混凝土自攪拌機出料至澆筑現(xiàn)場的運輸時間不宜超過30分鐘。嚴禁在拌合料中二次加水。運輸過程中如出現(xiàn)離析現(xiàn)象應(yīng)進行二次攪拌。

五、混凝土澆筑、振搗、抹面

鋼-聚丙烯混雜纖維混凝土的澆筑、振搗、抹面與普通混凝土基本相同。通過拌合物試驗表明，混凝土中摻入鋼纖維和聚丙烯纖維后，混凝土的初凝時間提前1~1.5小時，終凝時間也有所提前，同時纖維的摻入減少了塑性混凝土表面的析水，表現(xiàn)為泌水率下降，泌水推遲20分鐘開始，提早30分鐘結(jié)束，混凝土的坍落度降低約10%~30%，且隨時間損失較快，特別是30分鐘后損失速度加快。針對鋼-聚丙烯纖維的以上特點，對混凝土的澆筑、振搗、抹面工藝做以下改進：

1.對第一車混凝土要進行開盤鑒定，滿足設(shè)計要求后方可大面積澆筑。

2.采用地泵或汽車泵澆筑。混凝土的坍落度因為摻入鋼纖維和聚丙烯纖維而有所降低，但這并不表示混凝土的和易性降低了，因為坍落度指標不能全面的表征和易性。坍落度降低現(xiàn)象是由纖維摻入產(chǎn)生特殊觸變效果，會影響拌和物的靜態(tài)流變現(xiàn)象，如坍落度降低、泌水性降低、黏聚性提高。由于纖維并不增大混凝土的摩擦系數(shù)，摻纖維的混凝土雖然坍落度降低，但仍可保持與同配合比普通混凝土相似的泵送性，所以不必特意增大混凝土的塌落度，特別是嚴禁加水。如混凝土的可泵性較差時，可在征得建設(shè)單位、監(jiān)理單位工程師的同意下，適當(dāng)增加減水劑的摻量。

3.在澆筑第一盤鋼-聚丙烯纖維混凝土前，應(yīng)用水將運輸罐車、塔吊的料斗、滑槽、串筒、泵管、原澆筑面和模板進行濕潤，盡量保證混凝土的工作性能。

4.混凝土下料不宜太快，一般將混凝土堆高2~4厘米，用插入式振動器振搗后，再用平板振動器振動、搶平。一般采用一刮、二滾、三縱、四抹的方法，確保表面的平整度。混凝土入模后應(yīng)停留10~20分鐘，再進行振搗，這樣混凝土平整度和密實度較好，且混凝土漿充分泛出，把纖維埋在混凝土中。振搗器應(yīng)比澆筑普通混凝土?xí)r多1~2個振動棒的操作要做到“快插慢拔”，以便更有效地排出混凝土中的氣體，使之更加密實；振動棒插點應(yīng)均勻有序，插點間距宜為500毫米左右，每點振搗時間宜為5~15秒，以混凝土面不再下降，表面出現(xiàn)浮漿為止。

5.鋼-聚丙烯纖維混凝土較為粘稠，表現(xiàn)在插入式振搗器振搗時的穴坑復(fù)平時間較長，收面要適當(dāng)加強。在纖維混凝土澆筑1~2小時，必須對混凝土進行二次振搗，并對纖維混凝土表面拍打振實。收漿是鋼-聚丙烯纖維混凝土很關(guān)鍵的施工工藝。在施工過程中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時天氣的冷熱狀況，風(fēng)力大小等具體情況進行收漿，收漿過早或過晚都有可能影響平整度或出現(xiàn)早期裂縫等。最后一次抹面應(yīng)在剛初凝，并在終凝前完成，目的是將表面裂紋全部消除。

6.鋼-聚丙烯纖維混凝土必須連續(xù)澆筑，不得出現(xiàn)冷縫。每次倒料必須相壓15~20厘米，使鋼-聚丙烯纖維混凝土的澆筑保持整體連續(xù)性。

六、混凝土養(yǎng)護

混凝土凝固前應(yīng)保持表面濕潤狀態(tài)防止水分蒸發(fā)。在終凝后立即用塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護，施工放樣后，也必須立即澆水并覆蓋養(yǎng)護纖維混凝土澆水養(yǎng)護的時間不得少于14天。澆水次數(shù)應(yīng)能保持混凝土始終處于濕潤狀態(tài)，并做好混凝土養(yǎng)護記錄。豎向構(gòu)件應(yīng)帶模養(yǎng)護不少于3天，拆模后應(yīng)澆水養(yǎng)護或刷養(yǎng)護液，養(yǎng)護時間不少于14天。