CF55特种钢纤维泵送混凝土的试验研究
［摘要］ 探讨CF55特种钢纤维泵送混凝土的配置工艺和施工工艺，研究CF55特种钢纤维泵送混凝土的抗压、抗折极限强度、抗裂纹与韧性指数及其耐磨性能，对推广应用钢纤维混凝土有一定的参考价值。
［关键词］ 斜拉桥 钢纤维 泵送 混凝土
1、前言
高架桥位于江苏省＊＊州市内，是东接连云港西达徐州的交通要塞，全桥长1912米，主桥跨度43.5米＋76米＋43.5米，上部结构为双塔双面预应力特种钢纤维混凝土斜拉桁架下承式连续梁，简称斜桁连续梁，为了减少钢筋混凝土梁的配筋率，减轻梁的自重，增加梁的承载力，提高梁的抗弯极限强度，为此，设计上采用CF55特种钢纤维混凝土（SFRC），施工要求输送泵灌筑，坍落度要求不加钢纤维的混凝土为18～20cm，加入钢纤维后的混凝土维勃度（VB）为5～10秒。目前国内已建成斜拉梁中有三座桥是利用钢纤维混凝土（SFRC），前三座桥的主跨最大只有50米，且钢纤维混凝土设计等级为FC50MPa。＊＊州高架桥主跨为76米，钢纤维混凝土设计等级为FC55MPa，比前三座桥高出一个等级，为了保证工程质量和满足施工泵送混凝土要求，我们进行了一些试验研究工作
2、原材料的选择及品质鉴定
（1）水泥：淮海水泥厂生产的普通硅酸盐水泥525＃，经现场抽样复验，3d，28d抗折及抗压强度分别为4.6MPa、7.9MPa和25.3MPa、58.4MPa，其他指标符合国家标准。
（2） 骨料：砂，＊＊州沂河中砂，细度模数：2.68，表观密度2.66g/cm3，含泥量1.2％；石料，＊＊州郭山碎石，粒径符合5～20mm连续级配要求，表观密度2.71g/cm3，含泥量0.2％，压碎值5.1％。
（3）钢纤维：江苏武进新型建材厂生产的W－Tr端钩形特种钢纤维，长度35mm，长径比60，抗拉强度640MPa，抗折性弯曲90°4次不断，伸长率8％。
（4） 外加剂：山东淄博产NoF－3超早强高效减水剂。
3、混凝土性能试验
3.1 钢纤维掺量选择
对每一种规格的钢纤维与每一种混凝土组分，均存在最大钢纤维掺量的限值，则拌制过程中钢纤维会互相缠结，钢纤维的掺量以体积率表示，一般为0.5～2％考虑到设计图纸上指定用端钩形特种钢纤维，所以钢纤维掺量选用1.1％，即每立方米钢纤维混凝土的钢纤维用量为86kg。
3.2砂率的确定
砂率是支配钢纤维在混凝土中的分散度和钢纤维混凝土稠度的重要因素，从泵送和强度方面考虑，砂率选用40～50％较合适。
3.3配合比选择
结合＊＊州高架桥施工情况，钢纤维泵送混凝土施工技术指标如下：
（1）钢纤维混凝土设计等级FC55，配制强度R配＝R设＋K＊δ
式中：K为系数1.645，δ为混凝土强度标准差，高强度混凝土取6MPa，则试配强度＝FC88＋1.645＊6＝64.9MPa
（2）泵送施工，不加钢纤维的混凝土坍落度要求18～20cm，加钢纤维的混凝土维勃度（扩展度）要求5～10秒。
（3）配合比设计步骤（依据JGJ／T55－96普通混凝土配合比设计规程中的假定重量法，以配合比编号1为例）；
a.水灰比按下式计算
W/C＝Afce／（fcu·o＋A·Bfce）＝0.34
式中：A、B－－回归系数，碎石混凝土A取0.48，B取0.52
fce：水泥实际强度，取56.2MPa
fcu·o：混凝土配制强度，取64.9MPa
b.选定每立方米混凝土的用水量
根据粗骨料品种，粒径及坍落度要求查表，选取用水量为230kg，掺用市郊减水剂减水率按17％计算，用水量调整为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.根据钢纤维混凝土必须符合泵送施工的要求，砂率确定为0.44
e.每立方米混凝土容重假定为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.钢纤维体积掺量一般为混凝土体积的1～2％，考虑到钢纤维为异型钢纤维，其值取下限，确定取1.1％，钢纤维比重为7.85
则每立方米钢纤维混凝土的钢纤维掺量＝7.85×1.1×1000L＝86kg
按以上设计步骤，水灰比、砂率做适当调整，计算出钢纤维混凝土配合比编号2、编号3。
试配中选取三个不同的水灰比：0.34、0.36、0.38，砂率选取0.44，0.46，0.48，每立方米混凝土用水量选取191kg，则每立方米混凝土水泥用量为562kg，531kg，503kg，选用水泥质量1％的NoF－3高效减水剂进行试验，见表1。
（4）由表1可看出，按和易性和抗压强度比较，编号2能够满足FC55钢纤维混凝土试配强度要求及
施工泵送维勃度指标。
4、钢纤维混凝土施工
4.1搅拌工艺
a）可使用强制式混凝土搅拌机，一次拌合量不宜过多，一般每盘拌100kg水泥为宜
b)钢纤维加入方法
为了使钢纤维能均匀分散于混凝土中，钢纤维应用振动筛或分散机徐徐加入料斗中
c)投料顺序
（1）钢纤维以外的材料预先搅拌均匀，随后加入钢纤维继续搅拌2分钟
（2）首先把水泥、骨料、钢纤维、外加剂（粉剂）干拌均匀，随后加水搅拌均匀且显颜色一致为止。
4.2模板要求
钢纤维混凝土对模板的质量要求高，我们在刨光板上钉一层地板革，模板接缝要求必须严密不漏浆，防止钢纤维乘隙而入，造成混凝土边角钢纤维外露，形成毛刺。
5、混凝土强度评定：
依据（GBJ107－87）《混凝土强度评定标准》中之规定，在钢纤维混凝土的浇筑地点随机取样，共抽取混凝土检查试件28组，在温度20±3℃，湿度大于90％的条件下标准养生28天，混凝土强度数据（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
对以上28组钢纤维混凝土检查试件按上述混凝土强度评定标准用数理统计方法进行评定得知，该批钢纤维混凝土检查试件的算术平均值为64.8MPa，标准离差S为4.66，变异系数CV为7.19％
用相应的判定公式及合格判定系数进行判定，该批钢纤维混凝土质量判定为合格，满足设计和施工要求。
6、混凝土性能比较
掺钢纤维混凝土与未掺钢纤维的混凝土，参用相同配合比，相同的试验条件浇制成抗压、抗折、抗冲磨试件，经28天龄期后测试，抗压强度比不掺者提高11.2％，抗折强度比不掺者提高43.5％，抗冲磨强度比不掺者提高36.8％，试件用压力机进行破损检测，掺钢纤维的混凝土试件，只开裂不粉碎，呈塑性变形，韧性好，不掺钢纤维的混凝土试件崩裂，呈瞬间变形，石屑飞溅，脆性大。
7、结束语
随着材料科学的迅猛发展，水泥基复合材料已进入高强度、高韧性、高阻裂、多功能的新阶段，在高强水泥基材中掺人钢纤维，能有效地改善界面结构，消除了界面薄弱，提高了界面粘结和界面效应范围，提高混凝土的阻裂能力，增强了混凝土的抗冲击和耐疲劳性能。钢纤维混凝土作为一种较为新型的结构材料，其优异的抗拉、抗裂、抗冲击、耐磨的力学性能，是较为理想的大跨度桥梁结构材料。