淺談鋼纖維混凝土在廠房承重地面施工中的應用

2014-01-06 kjb 348

雜志名稱:城市建設理論研究

刊登期號:2013年第6期
作者:楊天驕

 

[摘  ] 大型工業廠房承重地面的設計和施工,關鍵在于如何避免混凝土產生無規則裂縫和控制地坪表面的平整度。當廠房地面要求行駛電瓶車、叉車裝卸車、載重汽車時,地面承受較大的移動集中荷載,和承受由貨架等傳來的多點不動的集中荷載。對這種地面的裂縫控制除在施工過程中按規范嚴格控制外,重點是在設計上要采用合理的構造方案,本文結合實際工程案例,對鋼纖維混凝土在承重地面施工中的應用的優點及大面積地面施工工藝。

[關鍵詞] 施工技術  鋼纖維混凝土  載重地面  裂縫控制

前 言

        鋼纖維混凝土是指在混凝土攪拌過程中按一定設計要求加入鋼纖維的混凝土,這類混凝土具有很好的韌度、很高的抗彎拉、抗剪強度,并且具有抗震、抗裂縫、抗滲透等特點,使原本呈脆性的混凝土材料成為一種韌性材料,從而使從本質上區別于普通混凝土,非常適合用于大型廠房承重地面。

 

1 、工程概況

        由我司總承包的北車(泉州)海峽軌道客車維修組裝項目一期一標段包括三棟單層門式剛架結構廠房及配套輔助用房,總建筑面積65,399m2,該項目將建設成具備國內先進水平的軌道客車維修組裝基地(圖1)。項目三棟廠房約45,000m2的地面,均為添加了佳密克絲RC-80/60-BN鋼纖維的混凝土承重地面。

 

 

 1 項目效果圖

 2、鋼纖維混凝土受力機理分析

        對于鋼纖維混凝土而言,若握裹力相對于鋼纖維抗拉強度過大,會造成鋼纖維在受力過程中被拉斷;若握裹力相對于鋼纖維抗拉強度過小,會造成鋼纖維在受力過程中被拉出。

鋼纖維長徑比越大,單位重量的鋼纖維數量越多,同摻量情況下同體積混凝土內的鋼纖維作用點就越多,鋼纖維混凝土構件抗荷載能力也就越高。在一定范圍內,鋼纖維摻量越多,鋼纖維混凝土構件抗荷載能力越強。

2.1  鋼纖維控制裂縫的作用機理

        鋼纖維自身具有一定的抗拉強度,保證鋼纖維在隨混凝土工作時不會被拉斷;鋼纖維與混凝土之間通過握裹力,使鋼纖維能有效地傳送和分配應力,從而可有效地控制裂縫在混凝土中的發展。

2.2  增強結構抗沖擊能力

        鋼纖維在混凝土中均勻地分布,從而對混凝土結構全方位均勻地進行增強,使混凝土結構受到沖擊時鋼纖維能吸收大量的沖擊能量,減少了應力集中,有力地控制裂縫在混凝土內部的產生和發展。

2.3  提高耐磨性和抗疲勞強度

        加入鋼纖維后混凝土結構的耐磨性和抗疲勞強度都會大大提高,可減少沖擊所產生的表面損傷,尤其適用于沖磨破壞嚴重的工程部位及對抗疲勞強度要求較高的建筑結構。

2.4  改善混凝土的耐久性

        對于鋼筋混凝土而言,混凝土會因鋼筋生銹膨脹而產生剝落現象。但鋼纖維混凝土中的鋼纖維截面非常小,面積與體積之比較大,在鋼纖維周圍會形成濃厚的氫氧化鈣堿性薄膜,這層薄膜對鋼纖維起到很好的?;ぷ饔?;同時鋼纖維能夠減少混凝土的裂縫從而阻礙腐蝕物質的侵入,從而會減少甚至避免這種破壞現象的發生,大大改善混凝土的耐久性,延長使用壽命,降低后期維修費用。

3、鋼纖維原材選擇

        “佳密克絲”鋼纖維是貝卡爾特獨有的技術產品,是目前世界上獨特的、技術性能最高的冷拔鋼絲纖維產品。本工程采用的是“佳密克絲”RC-80/60-BN鋼纖維,抗拉強度大于1200mPa,鋼纖維長度60mm,直徑0.75mm,長徑比約為80,如圖2所示。

圖2 佳密克絲RC-80/60-BN鋼纖維

       “佳密克絲”鋼纖維主要有四個主要的特點:

       一是采用技術性能卓越的冷拔鋼絲制作鋼纖維。由于“佳密克絲”鋼纖維獨特的加工工藝和優良的性能,使冷拉型鋼絲纖維具有剪切型和銑削型鋼纖維無可比擬的優越性,可承受更多的外加荷載,吸收更多的變性能。

       二是抗拉強度高。“佳密克絲”鋼纖維具有足夠的抗拉強度,保證鋼纖維在混凝土內受拉情況下不會被拉斷。

       三是與混凝土有良好的握裹力。“佳密克絲”鋼纖維兩端彎鉤的外形保證鋼纖維和混凝土之間具備良好的握裹力,這是相對于鋼纖維抗拉強度的最佳握裹狀態,從而能最大程度地利用鋼纖維本身的抗拉強度。

       四是與混凝土有良好的和易性,攪拌無結團。“佳密克絲”鋼纖維采用特殊水溶性膠水將鋼纖維粘結成排,可保證鋼纖維在混凝土中分散均勻、極易攪拌、杜絕結團,避免了單根散纖維容易變形、結團及堵管的問題,在混凝土拌合過程中實現了“二次”分散的技術工藝。

4、 鋼纖維混凝土施工方法

4.1 施工部署

       本工程廠房地面做法為:素土夯實,壓實系數控制0.94以上;250厚碎石墊層,M5水泥砂漿灌縫;200厚鋼纖維混凝土。由于廠房地面面積較大,混凝土地面厚度較厚,在施工過程中混凝土體積收縮較大,易產生收縮裂縫,本工程擬采用“分倉跳格法”施工。在地坪混凝土施工過程中按照5個柱距×3個柱距進行分倉施工, 混凝土跳格分期澆筑,混凝土地坪澆筑順序如圖3所示。

 

圖3  混凝土澆筑分區

4.2  鋼纖維混凝土配合比

        鋼纖維混凝土施工宜采用機械攪拌,當鋼纖維體積率較高、拌合物稠度較大時,攪拌機一次攪拌量不宜大于其額定攪拌量。一次攪拌鋼纖維混凝土的各種材料的重量應按施工配合比確定,一次攪拌稱重偏差不得超過下表:

表1 鋼纖維混凝土材料稱重偏差

 

材料名稱

鋼纖維

水泥、混合料

粗細骨料

外加劑

允許偏差(%)

±2

±2

±3

±1

±2

 

 

       混凝土質量要求如下:

       • 混凝土抗壓強度:C25;

       • 水灰比在0.55以下;

       • 粗骨料最大粒徑不超過30mm;

       • 混凝土現場坍落度要求:130±10mm;

       • 混凝土中不允許摻入粉煤灰;

4.3  鋼纖維混凝土制備

       如何保證鋼纖維在混凝土拌合物中均勻分散,不結團,是鋼纖維混凝土制備的質量控制要點。影響鋼纖維在拌合料中分散均勻性的主要因素為:鋼纖維的體積率、長徑比、碎石粒徑、水灰比、砂率、以及攪拌機械、投料方法等,其中攪拌機械和投料方法尤為重要。

       鋼纖維混凝土制備時,應嚴格按照試驗室設計的配合比下料,采用強制式攪拌機拌合,可先投入砂、石、水泥、鋼纖維進行干拌,使鋼纖維均勻分散于拌合料中,然后加入水進行濕拌;也可先投入砂、石、水泥、水,在拌和過程中分散加入鋼纖維。為了提高分散性,在投放鋼纖維時,可用鋼纖維分散布料機。當采用商品混凝土時,要安排專職試驗員長駐攪拌站,監督、控制商品混凝土的攪拌質量,確?;炷僚浜媳確仙杓埔?,攪拌質量合格。

       鋼纖維混凝土的攪拌時間應通過現場攪拌試驗確定,通常比普通混凝土規定的攪拌時間延長1-2min,采用先干拌后加水的攪拌方式時干拌時間不宜少于1.5min。

4.4  鋼纖維混凝土卸料

       本工程混凝土采用泵送方式澆筑,澆筑前需安排好攪拌車的行車路線和停駐位置,泵管出口要配合整平機整平的位置。卸料前,必須進行混凝土坍落度試驗,對不合要求的混凝土進行退貨處理。

4.5  鋼纖維混凝土澆筑

       本工程要求混凝土泵車運輸時間不宜超過30分鐘,每小時施工面積宜控制在150 - 200m2,采用有效作用半徑為1000英尺的激光整平機進行混凝土的攤鋪及整平施工。激光整平機施工操作要點如下:

       ① 凝土攤鋪前,用灑水車將基層均勻濕潤,攤鋪混凝土料大約高出模板1~2 cm。

       ② 用2~3 臺振搗棒依次排列。全幅振搗,振搗時間不少于20 s ,以混凝土停止下沉,不再冒泡并泛出水泥漿為宜。

       ③ 調整整平機軸高,要求其正常作業時,只能擊打削平混凝土料,不能與模板接觸。

       ④ 開啟整平機時,先后退30~50 cm,使之在模板上平衡行走,整平作業過程中,操作手要注意觀察布料情況,如積料過多或局部過低,都要立即?;?,待人工處理后再重新開啟。整平機前進振動后退靜滾2~3 遍后,前后靜滾整平至混凝土面。

       ⑤ 整平機整平后,采用手動整平刮尺進行二次刮平,去除混凝土表面的浮游物,并再次提高表面的平整度;在此過程中,可采用磁鐵將露出混凝土地面的鋼纖維吸出,以提高人工撿拾的工作效率。

4.6 機械壓光

       在混凝土地面初凝后且未到終凝時,采用葉片式混凝土壓光機對混凝土進行表面壓光,由于本工程物流區地面為耐磨地面,因此混凝土基層的壓光不能灑水泥砂子粉,而是利用振搗和揉漿后表面反上來的乳漿進行壓光。在混凝土終凝結束后再用磨光機二次磨光。

4.7 養護

      在混凝土澆筑完成后,應在24h內加以覆蓋并澆水養護,在常溫下連續養護不少于7d,使其在濕潤的條件下硬化。為保證已澆筑好的混凝土在規定齡期內達到設計要求的強度,并防止產生伸縮裂縫,必須認真做好養護工作。養護過程中,應保證表面覆蓋塑料薄膜的嚴密性,局部可用重物壓住,并及時澆水以保持混凝土具有足夠濕潤狀態。在澆筑完畢后,要注意成品?;?,在未達到規定強度前不得上人。

4.8 切縫、注膠

       為克服溫度變化產生裂縫,需在已澆筑好的混凝土地面上,垂直于混凝土澆筑方向用切割機切縫。待混凝土能上人時方進行切縫,施工切縫時間應從嚴掌握,過早切縫會使石子松動損壞縫緣,過晚切縫困難且縫兩端易產生不規則開裂。

      具體操作方法如下:在擬切縫的水泥混凝土上彈出墨線,安好導軌導向架,將切縫機定位,開動切縫機,放水潤滑,轉動刀架手柄,緩慢進刀,切縫間距根據柱距確定。本項目為橫向7500mm間距,柱邊采用菱形切割,切割寬度為5mm,切割深度為70mm左右。

      地坪養護一個月后,清除切縫處所有松動顆粒和灰塵;先在切縫里塞入泡沫條,泡沫條直徑視當時切縫開展情況而定;縫兩邊貼上美紋紙,用膠槍打入具有持久彈性快速固化的聚氨酯密封膠;施工密封膠時避免引入空氣;掀去美紋紙,清理污染處地面。

5、 經濟效益分析

      本工程采用的200mm厚鋼纖維混凝土地面,混凝土等級為C25,每方混凝土鋼纖維用量15kg。與本工程一類似廠房地面采用的鋼筋混凝土地面,其做法為:200厚C25混凝土,內配雙層雙向間距200Φ8鋼筋。我們對兩種設計方案做如下經濟效益分析,見下表。

表二  鋼筋混凝土地面與鋼纖維混凝土地面成本分析對照表

 

每平米鋼筋混凝土地面成本

每平米鋼纖維混凝土地面成本

鋼筋材料費:(0.395kg×12)/1000×5189.13×2=49.18元;

混凝土材料費:0.2m³×455=91元;

鋼筋綁扎人工費:(0.395kg×12)/1000×682.77×2=6.48元;

機械費:(0.395kg×12)/1000×39.26×2=0.19元;

地面施工人工費為:0.2×31=6.2元;

地面施工機械費為:0.2×0.6=0.12元;

混凝土材料費:0.2m³×455=91元;

鋼纖維材料費:0.2³×120=24元;

地面施工人工費:0.2×31=6.2元;

地面施工機械費:0.2×0.6=0.12元;

合計:49.18+91+6.48+0.19+6.2+0.12=153.17元

合計:91+24+6.2+0.12=121.32元

每平方米鋼纖維混凝土節約成本:153.17-121.32=31.85元

 

        可見,與傳統鋼筋混凝土地面相比,采用鋼纖維混凝土地面可明顯降低工程成本,經濟效益顯著。

6、 結語

        對于廠房承重地面,鋼纖維混凝土不僅提高混凝土各項技術指標,而且省去鋼筋綁扎,節省大量鋼筋,施工方法簡單,節省大量人力和時間,在保證工程質量的同時,降低了工程總造價,加快了施工進度,具有良好的綜合社會效益。

       本工程鋼纖維混凝土地面于2012年4月10日開始實施,2012年5月25日順利完成,經參見各方驗收,地面滿足設計要求各項指標。本工程廠房于2012年7月投入使用至今,承重地面使用情況良好,未出現裂縫等質量問題。

【作者簡介】楊天嬌(1987-),男,本科,助理工程師,廣東省深圳市羅湖區深南東路2105號中建大廈22層,郵編:518005,電話:13959896557

 

 

 

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