摘要： 钢纤维混凝土良好的抗裂性、弯曲韧性和抗拉与抗弯强度等性能，广泛地应用于工程领域。本文主要介绍在佛子岭大坝加固中应用钢纤维喷射混凝土良好的性能对大坝裂缝修补及加固技术。
关键词： 喷射混凝土 钢纤维 工程应用
1 概述
钢纤维混凝土的应用起始于20世纪60年代。由于纤维的形状、技术的提高和改进，从70年代起，钢纤维混凝土成为商品并得到应用，其使用范围也在不断扩展。
钢纤维混凝土是用一定量乱向分布的钢纤维增强的以水泥为粘结料的混凝土，属于一种新型的复合材料。由于其抗裂性特强、韧性很大、抗冲击与耐疲劳强度高、抗拉与抗弯强度高，广泛应用于道路、机场、桥梁、、港口、铁路、矿山、隧道、军事及工民建等工程领域。
钢纤维喷射混凝土是通过管道输送装置在高压作用下将掺入钢纤维的混凝土拌合物高速喷射到作业面的的一项技术。[1]
钢纤维喷射混凝土首次于1973年在美国爱华达州得到应用，其后，将其成功应用于隧道衬砌、斜坡稳定、涵洞、水库等其他工程。
70年代，钢纤维作为一种新工艺是为了加固喷射混凝土衬砌，它最显著的特点是大大降低了过去那种繁重耗时的钢筋网制作，而代之以机械化的连续的喷射混凝土。70年代末，瑞典曾对钢纤维喷射混凝土的加固作用进行了大规模的试验研究，包括钢纤维喷射混凝土加固与钢筋网喷混凝土加固效果的比较。70年代后期和80年代初期，加拿大广泛开展了钢纤维喷混凝土工艺的应用和研究，并将干拌法钢纤维喷射混凝土工艺成功应用于岩石加固措施中。[1][2]
2 工程概况
佛子岭水库是我国50年代初期建造的第一个混凝土连拱坝。大坝由20个垛、21个拱及两端的重力坝组成，坝高75.9m，坝长510m，厚度只有0.5~1.8m。建成蓄水后支墩基本没有大的裂缝，但拱内裂缝较多。后多次进行了裂缝修补，并进行了两次加固，仍有裂缝发展和新的裂缝产生，有的裂缝渗水，个别坝垛沉降较大且仍在发展。2001年佛子岭水库评定为三类坝。需要对其进行加固。加固方案中，主要是对大坝拱、垛的裂缝进行修补，软弱风化岩体的回填。经论证大坝左右两岸的边拱和上、下游面均采用喷射钢纤维混凝土，垛内采用现浇钢纤维混凝土，垛内增设水平隔板。
3 钢纤维混凝土技术指标
佛子岭大坝对地质要求较高，抗震能力较差，对温度变化和地基变形反应敏感。为恢复大坝的整体性，改善其应力条件，抑制裂缝的发展，加固方案要求垛内钢纤维混凝土喷射厚度为40~70cm，两端拱上下游面分别为10~15cm。钢纤维喷射混凝土总方量15000多m3。
其主要的技术指标为：
容重：2.3T/m3；抗压强度：4.0MPa；抗拉强度：3.5MPa；抗折强度：6MPa；弯曲韧度指数：η10为6~8，η30为18~24，η30/10为60~80；大板韧度试验变形能量900~1000J（欧洲标准）。
4 材料
钢纤维混凝土的原材料包括钢纤维、水泥、水、骨料、外加剂以及混合材料。
（1）水泥：选用产量大、质量稳定、早期强度较高的巢湖东关水泥厂生产的P.O 42.5级水泥。
（2）粉煤灰：选用淮南平圩电厂生产的I级粉煤灰。
（3）钢纤维：钢纤维的类型对加固效果有着很大的影响，为达到较好的加固效果，通过钢纤维喷射
作者简介：唐祥胜（1970-），男，硕士生，讲师，从事工程专业教学与研究。
混凝土试验，采用上海贝卡尔斯有限公司和产的RC-65/35-BN和ZP305型铣削型钢纤维，两端弯曲。长度在25~40mm，直径在0.53~0.57mm，长径比分别为64和55，抗拉强度为
1145~1545MPa。所用钢纤维符合美国标准ASTMA820的要求。
（4）骨料：用于喷射混凝土的骨料应有良好颗粒级配。细骨料颗粒级配见表1，粗骨料颗粒级配见表2。
表1 细骨料颗粒级配表
|
粒径（mm） |
累计筛余（%） |
|
5 |
6 |
|
2.5 |
20 |
|
1.25 |
38 |
|
0.63 |
79 |
|
0.315 |
98 |
|
0.16 |
99 |
表2 粗骨料颗粒级配表
|
筛孔尺寸(mm) |
10 |
5.0 |
2.5 |
1.25 |
0.63 |
0.315 | |
|
累计筛余（%） |
1# |
13 |
89 |
99 |
99 |
99 |
100 |
|
2# |
9 |
62 |
93 |
97 |
99 |
100 | |
（5）外加剂：由于佛子岭大坝垛内加固厚度为70 cm，远远超过一般钢纤维喷射厚度15~20 cm，因此选用既可增厚，又可以增加钢纤维混凝土喷射强度，并具有微膨胀效果的山西混凝土外加剂厂生产的XPM外加剂。
（6）速凝剂：选用河南巩义生产的8604型速凝剂，减少回弹，防止砼脱落。
（7）膨胀剂和高效减水剂：选用蒙城生产的UEA低碱型高效减水膨胀剂，减少收缩和回弹，降低水灰比。
（8）配合比：钢纤维喷射混凝土配合比见表3。
表3 钢纤维喷射混凝土配合比表
|
水胶比 W/C |
水 kg/m3 |
水泥kg/m3 |
粉煤灰kg/m3 |
硅粉kg/m3 |
UEA kg/m3 |
钢纤维kg/m3 |
中砂kg/m3 |
细砂kg/m3 |
石子kg/m3 |
8604 kg/m3 |
0.418 |
230 |
370 |
110 |
25 |
45 |
60 |
600 |
260 |
700 |
11.1 |
5 设备
强制式混凝土搅拌机，MEYCO麦斯特喷射机，其功效输送容量0~14m3/h，输送距离300m，输送高度100 m。
6 主要技术
为保证工程质量，喷射混凝土技术要求如下：
（1）为满足工程设计需要，保证喷射混凝土的最小回弹，人员必须具有熟练的操作能力。
图1 喷射混凝土示意图
（2）钢纤维混凝土的搅拌
搅拌是保证钢纤维在混凝土中均匀分布的重要环节。由于钢纤维混凝土在拌制过程中容易结团从而影响混凝土性能，故在拌制过程中要采取合理的投料顺序以及正确的拌制方法。[3]
在中采用以下投料顺序：砂、石、钢纤维、水泥、水、外加剂。
采用强制式搅拌机拌合。先加砂、石、钢纤维干拌，钢纤维逐渐洒散加入，再加入胶凝材料和外加剂干拌，最后加水湿拌。加料时不允许直接将钢纤维加到胶凝材料中，以防结团。
时，区域要通风良好，照明设备完善，没有多余的人和设备。喷混凝土时喷嘴尖头离喷面大约是0.8~1.2m左右，喷头垂直于喷面作螺旋状移动，转动直径约为30cm左右。时应尽量使喷头垂直于喷面，如图1所示，以减少喷混凝土的反弹，提高喷层质量。
（3）喷射混凝土时应自下面向上进行，以防回弹物被裹在喷层内。现场应配备风轮，以便随时清除喷层表面的回弹物。回弹料不得重新利用。
（4）喷射混凝土层达到初凝后应及时喷水养护，并始终保持喷层表面湿润。喷水养护时间一般不少于14昼夜。[1][3]
7 结语
目前喷射混凝土已广泛应用于各个工程领域，但钢纤维喷射混凝土仍用的较少，将其加固钢筋混凝土连拱坝还是首次应用。
喷射钢纤维混凝土能节省人力、物力，简化工序，降低成本，加快了速度，尤其在建筑物的狭小工作间可向任意方向，因此喷射钢纤维混凝土在工程中的应用必将越来越广泛。
参考文献
[1] 高丹盈，刘建秀.钢纤维混凝土基本理论[M] .北京：科学技术文献出版社，1994.
[2] 罗章，李启月，凌同华.钢纤维混凝土的工程应用研究[J].江西有色金属，2003,（2）:12-15
[3] 翟才旺，高广淳等.钢纤维喷混凝土加固技术及应用[J]. 红水河，2002，（1）:34-37
