钢纤维混凝土性能试验及推荐配合比

2001年12月份开始至2002年5月份结束的室内试验，进行了钢纤维混凝土原材料的选择和不同配合比钢纤维混凝土的各项性能指标的测试，使用国内生产的叶轮式和自动活塞式喷射机喷制了大板，进行了抗压、抗折、劈拉、轴拉强度和弯曲韧度及大板挠度—能量试验。根据试验成果，当时提出了喷射钢纤维混凝土推荐配合比。

推荐配合比钢纤维混凝土的抗压、抗折强度、大板变形能量指标及坍落度、凝结时间等性能指标满足设计要求，但钢纤维混凝土的轴拉强度和由喷射大板加工成的钢纤维混凝土试件弯曲韧度偏低，不满足设计要求。

室内试验阶段喷射大板时还发现以下问题，需要在现场试验阶段中结合喷射设备和操作方式的选择进一步研究、改进。

由于佛子岭钢筋混凝土连拱坝坝高有75.9m；坝垛顺坝轴线方向外侧宽只有6.5m，垂直坝轴线方向底部最大宽度有80多m，且垛内每隔4～5m就有一道竖向隔墙。按照批复的加固方案，只有两端拱可以在两侧施工，若采用国产钢纤维混凝土喷射机械，由于输送距离短，也需要搭建活动平台，才能实施；而垛内施工，若采用国产钢纤维混凝土喷射机械，就无法实施。为此，要使原批复的加固方案顺利实施，必须寻求更好的施工机械。经市场调查，了解到其他工程上使用的一种叫MEYCOsuprema的钢纤维混凝土喷射机械，但在国内各工程中使用的都是具有台车，配有机械手操作，自动化程度很高。但其台车体积庞大，只适宜地下工程中隧道和地下厂房的施工，对于佛子岭大坝加固这种特定的施工环境，设备无法靠近施工作业面。经过与这种设备的供应商进行商谈和了解，这种湿喷机的水平输送距离最大为300m，垂直输送距离最大为100m，生产效率可高达16m3/h（机械手操作）。单从输送距离来看，这种机械完全能够满足佛子岭大坝加固的需要，鉴于佛子岭大坝加固这种特定的施工环境，无法采用目前各工程上都使用的机械手，而必须由人来操作喷枪。根据有关方面在伦敦Heathrow高速公路工程中对MEYCOsuprema的钢纤维混凝土喷射机械性能测试，在其他条件相同的情况下，使用机械手喷射与人工喷射钢纤维混凝土的抗强度有较大差别（见表4.35）。

表4.35　机械手喷射与人工喷射钢纤维混凝土抗强度的比较

通过比较，发现：(www.xing528.com)

（1）使用国产喷射设备存在速凝剂掺量与钢纤维混凝土喷射量不同步，均匀性差。钢纤维混凝土中速凝剂的实际掺量（1.5%～6.8%）与设计掺量（3%）相差过大而影响一次喷射厚度或降低钢纤维混凝土后期强度。

（2）使用国产喷射机还存在实际生产量较低，输送距离较近，出料脉冲现象严重，易发生堵塞等问题。

（3）喷射钢纤维混凝土回弹的混合料中钢纤维含量过高，即钢纤维的回弹损失过大且分布不均匀。

（4）受所取材料限制，按推荐配合比的比例，粗细骨料混合后的级配中颗粒粒径小于0.63mm的含量偏少。

在通过前一阶段室内试验初步掌握喷射钢纤维混凝土原材料和不同配合比钢纤维混凝土特性的基础上，为了选择出适合佛子岭连拱坝加固设计和施工需要的，且经济合理的喷射钢纤维混凝土，有必要结合施工设备、喷射操作工艺和实际施工条件等在现场通过试喷进行各项试验研究和有关指标测试，以选定用于实际施工的喷射钢纤维混凝土的各种原材料及配合比、各项控制指标以及与其相适应的施工设备、操作程序和工艺等。

根据室内试验结果，设计部门又进行了认真研究，提出了《现场试喷任务书》（初稿），于2002年，建设单位邀请了国内从事钢纤维混凝土理论、试验研究和具有施工经验的专家和学者，对室内试验结果进行了分析和讨论，对设计单位提出的下阶段现场试验方案进行了研究和讨论，提出了很好的意见和建议，设计单位又根据专家们提出的意见，进一步完善了现场试验方案。

结合室内试验的具体情况，《现场试喷任务书》对喷射钢纤维混凝土的各项性能均提出了要求，提出了8种试验配合比方案，原计划现场试验分为两个阶段进行，第一阶段进行不同配合比的钢纤维混凝土的特性及喷射效果试验，第二阶段进行加固结构的钢纤维混凝土生产性试喷的检测和试验。随着现场喷射钢纤维混凝土试验的逐渐深入，人们对喷射钢纤维混凝土这种工艺的认识不断深化，在现场试验的过程中，根据各阶段试验具体情况，整个现场试验又衍生为两大部分即第一部分为现场喷射钢纤维混凝土试验，第二部分为现场模注及室内模注优化配合比试验。