雜志名稱(chēng)：城市建設(shè)理論研究

刊登期號(hào)：2013年第6期
作者：楊天驕

[摘  要] 大型工業(yè)廠房承重地面的設(shè)計(jì)和施工，關(guān)鍵在于如何避免混凝土產(chǎn)生無(wú)規(guī)則裂縫和控制地坪表面的平整度。當(dāng)廠房地面要求行駛電瓶車(chē)、叉車(chē)裝卸車(chē)、載重汽車(chē)時(shí)，地面承受較大的移動(dòng)集中荷載，和承受由貨架等傳來(lái)的多點(diǎn)不動(dòng)的集中荷載。對(duì)這種地面的裂縫控制除在施工過(guò)程中按規(guī)范嚴(yán)格控制外，重點(diǎn)是在設(shè)計(jì)上要采用合理的構(gòu)造方案，本文結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)鋼纖維混凝土在承重地面施工中的應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)及大面積地面施工工藝。

[關(guān)鍵詞] 施工技術(shù)  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(guò)程中按一定設(shè)計(jì)要求加入鋼纖維的混凝土，這類(lèi)混凝土具有很好的韌度、很高的抗彎拉、抗剪強(qiáng)度，并且具有抗震、抗裂縫、抗?jié)B透等特點(diǎn)，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(zhì)上區(qū)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(chē)（泉州）海峽軌道客車(chē)維修組裝項(xiàng)目一期一標(biāo)段包括三棟單層門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)廠房及配套輔助用房，總建筑面積65,399m²，該項(xiàng)目將建設(shè)成具備國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的軌道客車(chē)維修組裝基地（圖1）。項(xiàng)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。

 圖1 項(xiàng)目效果圖

 2、鋼纖維混凝土受力機(jī)理分析

        對(duì)于鋼纖維混凝土而言，若握裹力相對(duì)于鋼纖維抗拉強(qiáng)度過(guò)大，會(huì)造成鋼纖維在受力過(guò)程中被拉斷；若握裹力相對(duì)于鋼纖維抗拉強(qiáng)度過(guò)小，會(huì)造成鋼纖維在受力過(guò)程中被拉出。

鋼纖維長(zhǎng)徑比越大，單位重量的鋼纖維數(shù)量越多，同摻量情況下同體積混凝土內(nèi)的鋼纖維作用點(diǎn)就越多，鋼纖維混凝土構(gòu)件抗荷載能力也就越高。在一定范圍內(nèi)，鋼纖維摻量越多，鋼纖維混凝土構(gòu)件抗荷載能力越強(qiáng)。

2.1  鋼纖維控制裂縫的作用機(jī)理

        鋼纖維自身具有一定的抗拉強(qiáng)度，保證鋼纖維在隨混凝土工作時(shí)不會(huì)被拉斷；鋼纖維與混凝土之間通過(guò)握裹力，使鋼纖維能有效地傳送和分配應(yīng)力，從而可有效地控制裂縫在混凝土中的發(fā)展。

2.2  增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗沖擊能力

        鋼纖維在混凝土中均勻地分布，從而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)全方位均勻地進(jìn)行增強(qiáng)，使混凝土結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊時(shí)鋼纖維能吸收大量的沖擊能量，減少了應(yīng)力集中，有力地控制裂縫在混凝土內(nèi)部的產(chǎn)生和發(fā)展。

2.3  提高耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度

        加入鋼纖維后混凝土結(jié)構(gòu)的耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度都會(huì)大大提高，可減少?zèng)_擊所產(chǎn)生的表面損傷，尤其適用于沖磨破壞嚴(yán)重的工程部位及對(duì)抗疲勞強(qiáng)度要求較高的建筑結(jié)構(gòu)。

2.4  改善混凝土的耐久性

        對(duì)于鋼筋混凝土而言，混凝土?xí)蜾摻钌P膨脹而產(chǎn)生剝落現(xiàn)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?chē)鷷?huì)形成濃厚的氫氧化鈣堿性薄膜，這層薄膜對(duì)鋼纖維起到很好的保護(hù)作用；同時(shí)鋼纖維能夠減少混凝土的裂縫從而阻礙腐蝕物質(zhì)的侵入，從而會(huì)減少甚至避免這種破壞現(xiàn)象的發(fā)生，大大改善混凝土的耐久性，延長(zhǎng)使用壽命，降低后期維修費(fèi)用。

3、鋼纖維原材選擇

        “佳密克絲”鋼纖維是貝卡爾特獨(dú)有的技術(shù)產(chǎn)品，是目前世界上獨(dú)特的、技術(shù)性能最高的冷拔鋼絲纖維產(chǎn)品。本工程采用的是“佳密克絲”RC-80/60-BN鋼纖維，抗拉強(qiáng)度大于1200mPa，鋼纖維長(zhǎng)度60mm，直徑0.75mm，長(zhǎng)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(gè)主要的特點(diǎn)：

       一是采用技術(shù)性能卓越的冷拔鋼絲制作鋼纖維。由于“佳密克絲”鋼纖維獨(dú)特的加工工藝和優(yōu)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(wú)可比擬的優(yōu)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(qiáng)度高。“佳密克絲”鋼纖維具有足夠的抗拉強(qiáng)度，保證鋼纖維在混凝土內(nèi)受拉情況下不會(huì)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(duì)于鋼纖維抗拉強(qiáng)度的最佳握裹狀態(tài)，從而能最大程度地利用鋼纖維本身的抗拉強(qiáng)度。

       四是與混凝土有良好的和易性，攪拌無(wú)結(jié)團(tuán)。“佳密克絲”鋼纖維采用特殊水溶性膠水將鋼纖維粘結(jié)成排，可保證鋼纖維在混凝土中分散均勻、極易攪拌、杜絕結(jié)團(tuán)，避免了單根散纖維容易變形、結(jié)團(tuán)及堵管的問(wèn)題，在混凝土拌合過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了“二次”分散的技術(shù)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(shí)，壓實(shí)系數(shù)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(guò)程中混凝土體積收縮較大，易產(chǎn)生收縮裂縫，本工程擬采用“分倉(cāng)跳格法”施工。在地坪混凝土施工過(guò)程中按照5個(gè)柱距×3個(gè)柱距進(jìn)行分倉(cāng)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(qū)

4.2  鋼纖維混凝土配合比

        鋼纖維混凝土施工宜采用機(jī)械攪拌，當(dāng)鋼纖維體積率較高、拌合物稠度較大時(shí)，攪拌機(jī)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(yīng)按施工配合比確定，一次攪拌稱(chēng)重偏差不得超過(guò)下表：

表1 鋼纖維混凝土材料稱(chēng)重偏差

       混凝土質(zhì)量要求如下：

       • 混凝土抗壓強(qiáng)度：C25；

       • 水灰比在0.55以下；

       • 粗骨料最大粒徑不超過(guò)30mm；

       • 混凝土現(xiàn)場(chǎng)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(jié)團(tuán)，是鋼纖維混凝土制備的質(zhì)量控制要點(diǎn)。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(zhǎng)徑比、碎石粒徑、水灰比、砂率、以及攪拌機(jī)械、投料方法等，其中攪拌機(jī)械和投料方法尤為重要。

       鋼纖維混凝土制備時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)室設(shè)計(jì)的配合比下料，采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌合，可先投入砂、石、水泥、鋼纖維進(jìn)行干拌，使鋼纖維均勻分散于拌合料中，然后加入水進(jìn)行濕拌；也可先投入砂、石、水泥、水，在拌和過(guò)程中分散加入鋼纖維。為了提高分散性，在投放鋼纖維時(shí)，可用鋼纖維分散布料機(jī)。當(dāng)采用商品混凝土?xí)r，要安排專(zhuān)職試驗(yàn)員長(zhǎng)駐攪拌站，監(jiān)督、控制商品混凝土的攪拌質(zhì)量，確保混凝土配合比符合設(shè)計(jì)要求，攪拌質(zhì)量合格。

       鋼纖維混凝土的攪拌時(shí)間應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)攪拌試驗(yàn)確定，通常比普通混凝土規(guī)定的攪拌時(shí)間延長(zhǎng)1-2min，采用先干拌后加水的攪拌方式時(shí)干拌時(shí)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(chē)的行車(chē)路線(xiàn)和停駐位置，泵管出口要配合整平機(jī)整平的位置。卸料前，必須進(jìn)行混凝土坍落度試驗(yàn)，對(duì)不合要求的混凝土進(jìn)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(chē)運(yùn)輸時(shí)間不宜超過(guò)30分鐘，每小時(shí)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(jī)進(jìn)行混凝土的攤鋪及整平施工。激光整平機(jī)施工操作要點(diǎn)如下：

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

       ② 用2～3 臺(tái)振搗棒依次排列。全幅振搗,振搗時(shí)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(diào)整整平機(jī)軸高，要求其正常作業(yè)時(shí)，只能擊打削平混凝土料，不能與模板接觸。

       ④ 開(kāi)啟整平機(jī)時(shí)，先后退30～50 cm，使之在模板上平衡行走，整平作業(yè)過(guò)程中，操作手要注意觀察布料情況，如積料過(guò)多或局部過(guò)低，都要立即停機(jī)，待人工處理后再重新開(kāi)啟。整平機(jī)前進(jìn)振動(dòng)后退靜滾2～3 遍后，前后靜滾整平至混凝土面。

       ⑤ 整平機(jī)整平后，采用手動(dòng)整平刮尺進(jìn)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(guò)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(jī)械壓光

       在混凝土地面初凝后且未到終凝時(shí)，采用葉片式混凝土壓光機(jī)對(duì)混凝土進(jìn)行表面壓光，由于本工程物流區(qū)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(lái)的乳漿進(jìn)行壓光。在混凝土終凝結(jié)束后再用磨光機(jī)二次磨光。

4.7 養(yǎng)護(hù)

      在混凝土澆筑完成后，應(yīng)在24h內(nèi)加以覆蓋并澆水養(yǎng)護(hù)，在常溫下連續(xù)養(yǎng)護(hù)不少于7d，使其在濕潤(rùn)的條件下硬化。為保證已澆筑好的混凝土在規(guī)定齡期內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度，并防止產(chǎn)生伸縮裂縫，必須認(rèn)真做好養(yǎng)護(hù)工作。養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)保證表面覆蓋塑料薄膜的嚴(yán)密性，局部可用重物壓住，并及時(shí)澆水以保持混凝土具有足夠濕潤(rùn)狀態(tài)。在澆筑完畢后，要注意成品保護(hù)，在未達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度前不得上人。

4.8 切縫、注膠

       為克服溫度變化產(chǎn)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(jī)切縫。待混凝土能上人時(shí)方進(jìn)行切縫，施工切縫時(shí)間應(yīng)從嚴(yán)掌握，過(guò)早切縫會(huì)使石子松動(dòng)損壞縫緣，過(guò)晚切縫困難且縫兩端易產(chǎn)生不規(guī)則開(kāi)裂。

      具體操作方法如下：在擬切縫的水泥混凝土上彈出墨線(xiàn)，安好導(dǎo)軌導(dǎo)向架，將切縫機(jī)定位，開(kāi)動(dòng)切縫機(jī)，放水潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄，緩慢進(jìn)刀，切縫間距根據(jù)柱距確定。本項(xiàng)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(yǎng)護(hù)一個(gè)月后，清除切縫處所有松動(dòng)顆粒和灰塵；先在切縫里塞入泡沫條，泡沫條直徑視當(dāng)時(shí)切縫開(kāi)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(shí)避免引入空氣；掀去美紋紙，清理污染處地面。

5、 經(jīng)濟(jì)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(jí)為C25，每方混凝土鋼纖維用量15kg。與本工程一類(lèi)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(nèi)配雙層雙向間距200Φ8鋼筋。我們對(duì)兩種設(shè)計(jì)方案做如下經(jīng)濟(jì)效益分析，見(jiàn)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(duì)照表

        可見(jiàn)，與傳統(tǒng)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(jīng)濟(jì)效益顯著。

6、 結(jié)語(yǔ)

        對(duì)于廠房承重地面，鋼纖維混凝土不僅提高混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，而且省去鋼筋綁扎，節(jié)省大量鋼筋，施工方法簡(jiǎn)單，節(jié)省大量人力和時(shí)間，在保證工程質(zhì)量的同時(shí)，降低了工程總造價(jià)，加快了施工進(jìn)度，具有良好的綜合社會(huì)效益。

       本工程鋼纖維混凝土地面于2012年4月10日開(kāi)始實(shí)施，2012年5月25日順利完成，經(jīng)參見(jiàn)各方驗(yàn)收，地面滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求各項(xiàng)指標(biāo)。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(xiàn)裂縫等質(zhì)量問(wèn)題。

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