CF55特種鋼纖維泵送混凝土的試驗研究
［摘要］ 探討CF55特種鋼纖維泵送混凝土的配置工藝和施工工藝，研究CF55特種鋼纖維泵送混凝土的抗壓、抗折極限強度、抗裂紋與韌性指數(shù)及其耐磨性能，對推廣應用鋼纖維混凝土有一定的參考價值。
［關鍵詞］ 斜拉橋 鋼纖維 泵送 混凝土
1、前言
高架橋位于江蘇�。菔袃�，是東接連云港西達徐州的交通要塞，全橋長1912米，主橋跨度43.5米＋76米＋43.5米，上部結構為雙塔雙面預應力特種鋼纖維混凝土斜拉桁架下承式連續(xù)梁，簡稱斜桁連續(xù)梁，為了減少鋼筋混凝土梁的配筋率，減輕梁的自重，增加梁的承載力，提高梁的抗彎極限強度，為此，設計上采用CF55特種鋼纖維混凝土（SFRC），施工要求輸送泵灌筑，坍落度要求不加鋼纖維的混凝土為18～20cm，加入鋼纖維后的混凝土維勃度（VB）為5～10秒。目前國內已建成斜拉梁中有三座橋是利用鋼纖維混凝土（SFRC），前三座橋的主跨最大只有50米，且鋼纖維混凝土設計等級為FC50MPa。＊＊州高架橋主跨為76米，鋼纖維混凝土設計等級為FC55MPa，比前三座橋高出一個等級，為了保證工程質量和滿足施工泵送混凝土要求，我們進行了一些試驗研究工作
2、原材料的選擇及品質鑒定
（1）水泥：淮海水泥廠生產的普通硅酸鹽水泥525＃，經(jīng)現(xiàn)場抽樣復驗，3d，28d抗折及抗壓強度分別為4.6MPa、7.9MPa和25.3MPa、58.4MPa，其他指標符合國家標準。
（2） 骨料：砂，＊＊州沂河中砂，細度模數(shù)：2.68，表觀密度2.66g/cm3，含泥量1.2％；石料，＊＊州郭山碎石，粒徑符合5～20mm連續(xù)級配要求，表觀密度2.71g/cm3，含泥量0.2％，壓碎值5.1％。
（3）鋼纖維：江蘇武進新型建材廠生產的W－Tr端鉤形特種鋼纖維，長度35mm，長徑比60，抗拉強度640MPa，抗折性彎曲90°4次不斷，伸長率8％。
（4） 外加劑：山東淄博產NoF－3超早強高效減水劑。
3、混凝土性能試驗
3.1 鋼纖維摻量選擇
對每一種規(guī)格的鋼纖維與每一種混凝土組分，均存在最大鋼纖維摻量的限值，則拌制過程中鋼纖維會互相纏結，鋼纖維的摻量以體積率表示，一般為0.5～2％考慮到設計圖紙上指定用端鉤形特種鋼纖維，所以鋼纖維摻量選用1.1％，即每立方米鋼纖維混凝土的鋼纖維用量為86kg。
3.2砂率的確定
砂率是支配鋼纖維在混凝土中的分散度和鋼纖維混凝土稠度的重要因素，從泵送和強度方面考慮，砂率選用40～50％較合適。
3.3配合比選擇
結合＊＊州高架橋施工情況，鋼纖維泵送混凝土施工技術指標如下：
（1）鋼纖維混凝土設計等級FC55，配制強度R配＝R設＋K＊δ
式中：K為系數(shù)1.645，δ為混凝土強度標準差，高強度混凝土取6MPa，則試配強度＝FC88＋1.645＊6＝64.9MPa
（2）泵送施工，不加鋼纖維的混凝土坍落度要求18～20cm，加鋼纖維的混凝土維勃度（擴展度）要求5～10秒。
（3）配合比設計步驟（依據(jù)JGJ／T55－96普通混凝土配合比設計規(guī)程中的假定重量法，以配合比編號1為例）；
a.水灰比按下式計算
W/C＝Afce／（fcu·o＋A·Bfce）＝0.34
式中：A、B－－回歸系數(shù)，碎石混凝土A取0.48，B取0.52
fce：水泥實際強度，取56.2MPa
fcu·o：混凝土配制強度，取64.9MPa
b.選定每立方米混凝土的用水量
根據(jù)粗骨料品種，粒徑及坍落度要求查表，選取用水量為230kg，摻用市郊減水劑減水率按17％計算，用水量調整為230×（1－0.17）＝191kg/m3
c.每立方米混凝土水泥用量＝用水量／水灰比＝191／0.34＝562kg
d.根據(jù)鋼纖維混凝土必須符合泵送施工的要求，砂率確定為0.44
e.每立方米混凝土容重假定為2500kg
砂、石重量： 2500-水泥重量562－水重量＝1747kg
砂重量＝砂石重量×砂率＝1747×0.44＝769kg
石重量＝砂石重量－砂重量＝1747－769＝978kg
f.鋼纖維體積摻量一般為混凝土體積的1～2％，考慮到鋼纖維為異型鋼纖維，其值取下限，確定取1.1％，鋼纖維比重為7.85
則每立方米鋼纖維混凝土的鋼纖維摻量＝7.85×1.1×1000L＝86kg
按以上設計步驟，水灰比、砂率做適當調整，計算出鋼纖維混凝土配合比編號2、編號3。
試配中選取三個不同的水灰比：0.34、0.36、0.38，砂率選取0.44，0.46，0.48，每立方米混凝土用水量選取191kg，則每立方米混凝土水泥用量為562kg，531kg，503kg，選用水泥質量1％的NoF－3高效減水劑進行試驗，見表1。
（4）由表1可看出，按和易性和抗壓強度比較，編號2能夠滿足FC55鋼纖維混凝土試配強度要求及
施工泵送維勃度指標。
4、鋼纖維混凝土施工
4.1攪拌工藝
a）可使用強制式混凝土攪拌機，一次拌合量不宜過多，一般每盤拌100kg水泥為宜
b)鋼纖維加入方法
為了使鋼纖維能均勻分散于混凝土中，鋼纖維應用振動篩或分散機徐徐加入料斗中
c)投料順序
（1）鋼纖維以外的材料預先攪拌均勻，隨后加入鋼纖維繼續(xù)攪拌2分鐘
（2）首先把水泥、骨料、鋼纖維、外加劑（粉劑）干拌均勻，隨后加水攪拌均勻且顯顏色一致為止。
4.2模板要求
鋼纖維混凝土對模板的質量要求高，我們在刨光板上釘一層地板革，模板接縫要求必須嚴密不漏漿，防止鋼纖維乘隙而入，造成混凝土邊角鋼纖維外露，形成毛刺。
5、混凝土強度評定：
依據(jù)（GBJ107－87）《混凝土強度評定標準》中之規(guī)定，在鋼纖維混凝土的澆筑地點隨機取樣，共抽取混凝土檢查試件28組，在溫度20±3℃，濕度大于90％的條件下標準養(yǎng)生28天，混凝土強度數(shù)據(jù)（N/mm2）如下；
68.6 65.3 67.5 72.8 61.6 72.5 59.7 63.6 65.9 75.4 62.9 63.8 70.3 58.2 61.1 65.9 60.4 63.8 58.4 58.3 66.5 64.8 67.1 69.4 60.9 59.8 61.7 68.6
對以上28組鋼纖維混凝土檢查試件按上述混凝土強度評定標準用數(shù)理統(tǒng)計方法進行評定得知，該批鋼纖維混凝土檢查試件的算術平均值為64.8MPa，標準離差S為4.66，變異系數(shù)CV為7.19％
用相應的判定公式及合格判定系數(shù)進行判定，該批鋼纖維混凝土質量判定為合格，滿足設計和施工要求。
6、混凝土性能比較
摻鋼纖維混凝土與未摻鋼纖維的混凝土，參用相同配合比，相同的試驗條件澆制成抗壓、抗折、抗沖磨試件，經(jīng)28天齡期后測試，抗壓強度比不摻者提高11.2％，抗折強度比不摻者提高43.5％，抗沖磨強度比不摻者提高36.8％，試件用壓力機進行破損檢測，摻鋼纖維的混凝土試件，只開裂不粉碎，呈塑性變形，韌性好，不摻鋼纖維的混凝土試件崩裂，呈瞬間變形，石屑飛濺，脆性大。
7、結束語
隨著材料科學的迅猛發(fā)展，水泥基復合材料已進入高強度、高韌性、高阻裂、多功能的新階段，在高強水泥基材中摻人鋼纖維，能有效地改善界面結構，消除了界面薄弱，提高了界面粘結和界面效應范圍，提高混凝土的阻裂能力，增強了混凝土的抗沖擊和耐疲勞性能。鋼纖維混凝土作為一種較為新型的結構材料，其優(yōu)異的抗拉、抗裂、抗沖擊、耐磨的力學性能，是較為理想的大跨度橋梁結構材料。
