摘要： 鋼纖維混凝土良好的抗裂性、彎曲韌性和抗拉與抗彎強度等性能，廣泛地應用于工程領域。本文主要介紹在佛子嶺大壩加固中應用鋼纖維噴射混凝土良好的性能對大壩裂縫修補及加固技術。
關鍵詞： 噴射混凝土 鋼纖維 工程應用
1 概述
鋼纖維混凝土的應用起始于20世紀60年代。由于纖維的形狀、技術的提高和改進，從70年代起，鋼纖維混凝土成為商品并得到應用，其使用范圍也在不斷擴展。
鋼纖維混凝土是用一定量亂向分布的鋼纖維增強的以水泥為粘結料的混凝土，屬于一種新型的復合材料。由于其抗裂性特強、韌性很大、抗沖擊與耐疲勞強度高、抗拉與抗彎強度高，廣泛應用于道路、機場、橋梁、、港口、鐵路、礦山、隧道、軍事及工民建等工程領域。
鋼纖維噴射混凝土是通過管道輸送裝置在高壓作用下將摻入鋼纖維的混凝土拌合物高速噴射到作業面的的一項技術。[1]
鋼纖維噴射混凝土首次于1973年在美國愛華達州得到應用，其后，將其成功應用于隧道襯砌、斜坡穩定、涵洞、水庫等其他工程。
70年代，鋼纖維作為一種新工藝是為了加固噴射混凝土襯砌，它最顯著的特點是大大降低了過去那種繁重耗時的鋼筋網制作，而代之以機械化的連續的噴射混凝土。70年代末，瑞典曾對鋼纖維噴射混凝土的加固作用進行了大規模的試驗研究，包括鋼纖維噴射混凝土加固與鋼筋網噴混凝土加固效果的比較。70年代后期和80年代初期，加拿大廣泛開展了鋼纖維噴混凝土工藝的應用和研究，并將干拌法鋼纖維噴射混凝土工藝成功應用于巖石加固措施中。[1][2]
2 工程概況
佛子嶺水庫是我國50年代初期建造的第一個混凝土連拱壩。大壩由20個垛、21個拱及兩端的重力壩組成，壩高75.9m，壩長510m，厚度只有0.5~1.8m。建成蓄水后支墩基本沒有大的裂縫，但拱內裂縫較多。后多次進行了裂縫修補，并進行了兩次加固，仍有裂縫發展和新的裂縫產生，有的裂縫滲水，個別壩垛沉降較大且仍在發展。2001年佛子嶺水庫評定為三類壩。需要對其進行加固。加固方案中，主要是對大壩拱、垛的裂縫進行修補，軟弱風化巖體的回填。經論證大壩左右兩岸的邊拱和上、下游面均采用噴射鋼纖維混凝土，垛內采用現澆鋼纖維混凝土，垛內增設水平隔板。
3 鋼纖維混凝土技術指標
佛子嶺大壩對地質要求較高，抗震能力較差，對溫度變化和地基變形反應敏感。為恢復大壩的整體性，改善其應力條件，抑制裂縫的發展，加固方案要求垛內鋼纖維混凝土噴射厚度為40~70cm，兩端拱上下游面分別為10~15cm。鋼纖維噴射混凝土總方量15000多m3。
其主要的技術指標為：
容重：2.3T/m3；抗壓強度：4.0MPa；抗拉強度：3.5MPa；抗折強度：6MPa；彎曲韌度指數：η10為6~8，η30為18~24，η30/10為60~80；大板韌度試驗變形能量900~1000J（歐洲標準）。
4 材料
鋼纖維混凝土的原材料包括鋼纖維、水泥、水、骨料、外加劑以及混合材料。
（1）水泥：選用產量大、質量穩定、早期強度較高的巢湖東關水泥廠生產的P.O 42.5級水泥。
（2）粉煤灰：選用淮南平圩電廠生產的I級粉煤灰。
（3）鋼纖維：鋼纖維的類型對加固效果有著很大的影響，為達到較好的加固效果，通過鋼纖維噴射
作者簡介：唐祥勝（1970-），男，碩士生，講師，從事工程專業教學與研究。
混凝土試驗，采用上海貝卡爾斯有限公司和產的RC-65/35-BN和ZP305型銑削型鋼纖維，兩端彎曲。長度在25~40mm，直徑在0.53~0.57mm，長徑比分別為64和55，抗拉強度為
1145~1545MPa。所用鋼纖維符合美國標準ASTMA820的要求。
（4）骨料：用于噴射混凝土的骨料應有良好顆粒級配。細骨料顆粒級配見表1，粗骨料顆粒級配見表2。
表1 細骨料顆粒級配表
|
粒徑（mm） |
累計篩余（%） |
|
5 |
6 |
|
2.5 |
20 |
|
1.25 |
38 |
|
0.63 |
79 |
|
0.315 |
98 |
|
0.16 |
99 |
表2 粗骨料顆粒級配表
|
篩孔尺寸(mm) |
10 |
5.0 |
2.5 |
1.25 |
0.63 |
0.315 | |
|
累計篩余（%） |
1# |
13 |
89 |
99 |
99 |
99 |
100 |
|
2# |
9 |
62 |
93 |
97 |
99 |
100 | |
（5）外加劑：由于佛子嶺大壩垛內加固厚度為70 cm，遠遠超過一般鋼纖維噴射厚度15~20 cm，因此選用既可增厚，又可以增加鋼纖維混凝土噴射強度，并具有微膨脹效果的山西混凝土外加劑廠生產的XPM外加劑。
（6）速凝劑：選用河南鞏義生產的8604型速凝劑，減少回彈，防止砼脫落。
（7）膨脹劑和高效減水劑：選用蒙城生產的UEA低堿型高效減水膨脹劑，減少收縮和回彈，降低水灰比。
（8）配合比：鋼纖維噴射混凝土配合比見表3。
表3 鋼纖維噴射混凝土配合比表
|
水膠比 W/C |
水 kg/m3 |
水泥kg/m3 |
粉煤灰kg/m3 |
硅粉kg/m3 |
UEA kg/m3 |
鋼纖維kg/m3 |
中砂kg/m3 |
細砂kg/m3 |
石子kg/m3 |
8604 kg/m3 |
0.418 |
230 |
370 |
110 |
25 |
45 |
60 |
600 |
260 |
700 |
11.1 |
5 設備
強制式混凝土攪拌機，MEYCO麥斯特噴射機，其功效輸送容量0~14m3/h，輸送距離300m，輸送高度100 m。
6 主要技術
為保證工程質量，噴射混凝土技術要求如下：
（1）為滿足工程設計需要，保證噴射混凝土的最小回彈，人員必須具有熟練的操作能力。
圖1 噴射混凝土示意圖
（2）鋼纖維混凝土的攪拌
攪拌是保證鋼纖維在混凝土中均勻分布的重要環節。由于鋼纖維混凝土在拌制過程中容易結團從而影響混凝土性能，故在拌制過程中要采取合理的投料順序以及正確的拌制方法。[3]
在中采用以下投料順序：砂、石、鋼纖維、水泥、水、外加劑。
采用強制式攪拌機拌合。先加砂、石、鋼纖維干拌，鋼纖維逐漸灑散加入，再加入膠凝材料和外加劑干拌，最后加水濕拌。加料時不允許直接將鋼纖維加到膠凝材料中，以防結團。
時，區域要通風良好，照明設備完善，沒有多余的人和設備。噴混凝土時噴嘴尖頭離噴面大約是0.8~1.2m左右，噴頭垂直于噴面作螺旋狀移動，轉動直徑約為30cm左右。時應盡量使噴頭垂直于噴面，如圖1所示，以減少噴混凝土的反彈，提高噴層質量。
（3）噴射混凝土時應自下面向上進行，以防回彈物被裹在噴層內。現場應配備風輪，以便隨時清除噴層表面的回彈物。回彈料不得重新利用。
（4）噴射混凝土層達到初凝后應及時噴水養護，并始終保持噴層表面濕潤。噴水養護時間一般不少于14晝夜。[1][3]
7 結語
目前噴射混凝土已廣泛應用于各個工程領域，但鋼纖維噴射混凝土仍用的較少，將其加固鋼筋混凝土連拱壩還是首次應用。
噴射鋼纖維混凝土能節省人力、物力，簡化工序，降低成本，加快了速度，尤其在建筑物的狹小工作間可向任意方向，因此噴射鋼纖維混凝土在工程中的應用必將越來越廣泛。
參考文獻
[1] 高丹盈，劉建秀.鋼纖維混凝土基本理論[M] .北京：科學技術文獻出版社，1994.
[2] 羅章，李啟月，凌同華.鋼纖維混凝土的工程應用研究[J].江西有色金屬，2003,（2）:12-15
[3] 翟才旺，高廣淳等.鋼纖維噴混凝土加固技術及應用[J]. 紅水河，2002，（1）:34-37
