钢筋钢纤维复合混凝土管片的生产与应用

《 建筑施工 建筑施工总承包合同建筑施工企业管理制度建筑施工合同书建筑施工合同协议书房屋建筑施工合同 》第29卷 【作者简介】黄继承(1976-),男,在读硕士,工程师。联系地址: 上海市奉贤区西渡西闸公路861号(201401),电话:13817391030。 【收稿日期】2007-01-16 BUILDINGCONSTRUCTION建 筑 施 工 第29卷第3期 Vo1.29No.3 钢筋钢纤维复合混凝土管片 的生产与应用 □ 黄继承 (上海市建筑构件制品有限公司 上海201401) 【摘 要】根据地下轨道交通对钢筋钢纤维复合混凝土管片的需求,介绍了钢纤维混凝土配制的基本要求、钢纤维混凝土管 片生产的工艺流程,与普通混凝土管片相比:具有优良的力学性能及应用前景。 【关键词】地铁管片 钢纤维 聚丙烯纤维 复合混凝土 【中图分类号】TU755.6 /文献标识码 B 【文章编号】1004-1001(2007)03-0188-04 ProductionofSteel-FiberReinforcedConcrete Tube-SegmentanditsApplication 在上海轨道交通 6号线浦电路～蓝村路站上行线区间 SK18+840—SK18+909内浅埋有科研用直线环钢筋钢纤维复 合混凝土管片,总数为 48环,混凝土强度等级为C55P10。本 文介绍用于地铁管片钢纤维混凝土的制作工艺及与普通混 凝土管片的比较。 1 钢纤维混凝土的配制与生产 1.1 钢纤维混凝土的增强机理与配制原则 钢纤维混凝土可认为是把钢纤维和混凝土作为素材在 各自规定的空间进行均匀配制和制造的双向复合材料,与素 混凝土相比具有一系列优良的物理力学性能:它具有较高的 抗拉、抗弯、抗剪和抗压强度,如单轴抗拉可提高 40%~50%, 抗弯强度提高 50%以上;具有卓越的抗冲击性能;抗裂、抗疲 劳性能显著提高;变形性能改善,钢纤维可使混凝土的收缩 率降低 10%~30%。目前,对于混凝土中均匀而任意分布的短 纤维对混凝土的增强机理,存在两种不同的理论解释[2]。其 一为“纤维间距机理”。认为混凝土内部原来就存在着缺陷, 当外力作用于材料上时,缺陷部位的集中应力较大,于是裂 纹就从这些部位发展。在材料中掺入钢纤维后,裂纹端部钢 纤维的粘结应力发挥出阻止裂缝的作用,其结果,在裂纹尖 端的部位就减少了裂纹的扩大力量,抗裂强度得到增强。为 了扩大这种效果,减少纤维的间距是有效的。于是得出纤维 混凝土的抗裂强度是由纤维间距决定的。其二为“复合材料 机理”,将纤维增强混凝土看作是纤维强化体系,应用混合原 理来推定纤维混凝土的抗拉和抗弯强度,于是得出纤维混凝 土强度与纤维的掺入量、方向、长径比及粘结力之间的关系。 因此钢纤维均匀分散在混凝土中是必不可少的条件,也是配 合比 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 时必须首先考虑和满足的。 配合比设计原则:轴心抗压 ffc=26.0MPa,抗拉 fft= 2.62MPa,强度等级 C55,具有较好的工作性能,较好的粘聚 性,不泌水、不离析,钢纤维在拌制过程中不折断、不结团。 1.2 原材料的技术要求及选用 1.2.1水泥、粗细骨料、外加剂、粉煤灰的选用 (1)水泥:选用产量大、质量较稳定的上海海螺 52.5PII 水泥,R3=30.8MPa,R28=62.6MPa且与外加剂的适应性能良 好。 (2)细骨料:选用天然河砂,μf=2.6,含泥量 O.4%,泥 块含量 0.2%,级配良好。 (3)粗骨料:选用湖州新纪元 5~25mm连续级配碎石, 针片状含量 5%,含泥量0.4%,泥块含量0.1%。 (4)粉煤灰:混凝土中掺入钢纤维后,和易性会变差,而 且流动性降低,不利于施工,需利用矿物掺合料的叠加效应, 优化搅拌施工工艺。粉煤灰还可以减少混凝土的干缩与徐 变,降低水化热、提高混凝土后期强度。选用扬州洋榕生产的 II型低钙灰、45μm方孔筛筛余 17.2%,需水量比 103%。 (5)外加剂:选用欣良润榕公司生产的 XL—126减水 剂,掺量 1.2%,减水率 19.1%。 (6)拌合水:采用可饮用自来水。 1.2.2 钢纤维的技术要求 ● 结构施工 ·188· 2007年3月出版 · 黄继承:钢筋钢纤维复合混凝土管片的生产与应用 (1)钢纤维按其制造方式可分为切断钢纤维、切削钢纤 维,剪切钢纤维和熔抽钢纤维。本工程选用上海哈瑞克斯金 属制品有限公司生产的切断钢纤维,长度 lf=50mm,直径 df=0.9mm,抗拉强度 fsft>1000MPa,形状纵向平直,两端带 钩,表面光滑。 (2)聚丙烯纤维:选用格雷斯公司生产的 l=19mm、 d=18μm的聚丙烯纤维,它具有良好的阻裂性能。 1.3 配合比确定 通过计算,试配、调整及考虑材料质量情况,确定配合比 的技术参数:等效水灰比 0.353,粉煤灰掺量 25%,粉煤灰的 胶凝率 0.6,砂率 30%,外加剂掺量 1.2%,钢纤维掺量 30Kg/m3,聚丙烯纤维掺量 1.0kg/m3,钢纤维混凝土坍落度较 普通混凝土坍落度大,宜控制在60mm。 1.4 钢纤维混凝土的生产工艺 1.4.1 称量 (1)称量和配水机械装置应维持在良好状态,并每月定 期校核一次。 (2)所有混凝土材料按质量称量。细、粗集料称量的允许 偏差为±3%;水、水泥(含掺合料)、外加剂、钢纤维、聚丙烯纤 维的允许偏差为±2%。 1.4.2拌和 (1)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,故在搅拌过程中必须采用强制式搅拌机,采用干 拌与湿拌相结合的两次搅拌工艺,同时延长搅拌时间,使钢 纤维在混凝土中分散均匀。 聚丙烯纤维先于骨料散入料仓四壁,在骨料下料时均匀 带入搅拌机中,钢纤维采用机械分散加入,其做法是在料仓 上搭设平台,台上放置钢纤维分散机,当骨料从皮带口下料 进入料仓时,分层加入钢纤维,必要时可以人工配合。钢纤维 表面不得粘混有油污和其他妨碍钢纤维与水泥浆粘结的杂 质。搅拌时间控制为120s,控制出机坍落度 60mm。 (2)在下盘材料装入前,全部出空拌筒内的拌和料。搅拌 设备停用超过 30min时,须将搅拌筒彻底清洗,方可继续拌 和新混凝土。 1.4.3 运输 混凝土运输工具主要采用卡车集料斗。混凝土湿料的等 候时间不得超过 30min。 2 钢纤维复合混凝土管片的生产工艺 钢纤维复合混凝土管片与普通混凝土管片相比,生产工 艺有所变化,但工艺流程基本相同。其工艺流程为:钢筋断料 和成型→在钢筋靠模架上完成钢筋骨架制作→钢模按规定 操作完成清理和装配→对钢模进行精度检验→钢筋骨架安 装入模并垫保护层支架→预埋件焊接→隐蔽工程验收→按 当日的混凝土配合比调整单由电脑计量的搅拌机搅拌混凝 土→由放料斗向钢模内分层均匀布料并采用插入式振捣器 振捣成型→成型后管片外弧面混凝土根据气温进行收水抹 面→当混凝土表面已达到终凝后盖塑料薄膜静养、蒸养→在 满足起吊强度后用真空吸盘起吊→管片脱模后放置车间进 行整修→待管片表面温度和水温差小于 20℃时入水养护池 养护→水养 7d后吊入堆场进行堆放→出厂检验并盖合格 章→出厂。 2.1钢筋骨架制作与入模 首先熟悉配筋图,成型前先根据配筋图配料情况,配齐 各种规格,并结合钢筋形状确定合理的成型顺序。钢筋规格、 数量、位置按设计图分布,如有特殊原因未按图纸或加工图 所示位置连接钢筋,在安设钢筋以前,提交表明每个接点位 置的专用图纸,请设计签证或监理工程师批准。钢筋骨架在 专门的成型靠模上就位后进行焊接,以保证钢筋骨架精度、 组模质量,并采用 CO2气体保护焊焊接成型,焊接中不得出 现咬肉、气孔、脱焊现象,焊缝长度、高度必须符合设计要求。 成型后的钢筋骨架,必须保证有足够的刚度和稳定性,以便 在运送、吊装和浇筑混凝土时不致松散、移位、变形。钢筋骨 架质量有专人负责检查,并按规格挂牌标识,整齐堆放,堆高 不宜多于4层。 钢筋骨架制作与普通混凝土管片骨架制作相比,大大简 化,钢筋的用量大幅下降,焊接点数大幅降低(见图 1)。钢纤 维复合混凝土管片含钢量为 415.6kg/环,普通混凝土管片 含钢量为790.56kg/环,含钢量下降了 374.96kg,下降幅度 达 47%,从而使 CO2保护焊的焊点由 5000点下降至 1935点,下降幅度达61%。 图1钢纤维复合混凝土管片钢筋布置图 钢筋骨架入模位置应保持正确,放于钢模中间,底面采 用高强度塑料支架作混凝土保护层,高度符合设计规定的混 凝土保护层厚度。钢筋骨架不得与螺栓手孔模芯相碰。预埋 件应与钢模、模芯保持可靠的密贴,压浆孔应平整密贴于模 板上。 所有预埋件按照设计要求准确就位,并固定(焊接)牢 靠,防止振捣时移位。 全面检查钢筋骨架及预埋件的安装质量,并详细 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 于 自检表中,交由专职质检员进行隐蔽工程验收,检查钢筋品 种、规格、尺寸、长度、保护层,钢筋和预埋件的位置和数量、 第3期3/2007 189· 《建筑施工》第29卷 防迷流测试等项目,验收合格后才允许浇捣混凝土。 2.2管片的浇捣与成型 钢纤维混凝土浇捣,是控制施工质量的重要环节。浇筑 中断会造成钢纤维沿接缝的表面排列,起不了增强作用。管 片成型采用先两端后中央,分层摊铺的振捣工艺。管片两端 振捣成型后盖上压板,压板必须压牢后方可继续进行加料振 捣,振捣时振捣棒须插入下部,但应避免碰钢模、芯棒、钢筋 和预埋件,振捣棒须快插慢拔,振捣半径控制在 30cm以内, 振捣时间较普通混凝土适当延长,以混凝土表面呈现浮浆, 混凝土不再下沉为准。成型后管片外弧面的混凝土收水时间 以管片外弧面混凝土表面已达到初凝来控制。外弧面收水抹 平操作时,依下列顺序进行:先用铁尺刮去多余混凝土,并使 外弧面沿钢模弧度平顺,达到平整效果。抹面次数较普通混 凝土应增加1~2次,以达到管片表面密实。混凝土初凝前应 转动一下芯棒,当混凝土达到初凝后再次转动芯棒,视混凝 土结硬程度,抽出芯棒,芯孔不得出现坍孔变形。芯棒抽出时 间应根据天气、温度、混凝土结硬程度来确定。管片收水抹面 后,立即覆盖塑料薄膜,避免混凝土管片出现失水龟裂。 2.3 管片的蒸养、脱模和水养护 (1)浇捣及抹面结束后,应覆盖防水薄膜静养约 2h, 方可开始蒸养。采用坑式蒸汽养护。管片养护必须严格分静 停、升温、恒温、降温等四个阶段进行。升温速度每小时不超 过 15℃,达到恒温温度 50℃～55℃时,保持恒温时间 2～ 3h,自然降温速度每小时不宜超过 15℃,可分次慢慢拉开 坑盖门,达到与外界温差少于 20℃为止。 (2)管片经蒸养后以同条件养护的试件的抗压强度达 到设计强度的 45%,养护坑内温度降到与外界 20℃的温差以 内,方可开坑、脱模。 (3)脱模操作要点:按钢模技术操作规程顺序拆除侧板 和端板螺拴,在脱模时严禁硬撬硬敲,以免损坏管片和钢模, 脱模的速度宜快,以免管片和钢模因收缩变型不同步而在管 片周围出现细裂缝。管片的脱模起吊应按不同的管片型号, 使用真空吸盘平衡起吊,并有专人操作。 (4)管片起吊后需用翻身架翻身直立,翻身架与管片接 触部位须有柔性材料予以保护。 (5)管片脱模后在厂房内临时堆放,且堆放排列整齐, 并搁置在柔性材料上,垫条厚度一致,搁置部位合理稳妥。脱 模后遇有管片气泡或损坏等,应待管片冷却后及时按规定要 求修补。 (6)管片冷却后方可放入水池中进行 7d水养护,入池 时管片与水的温度差不宜大于 20℃,在水养护时管片必须 全部浸没水中。 2.4 管片的堆放 管片堆场的地坪、垫梁需坚实平整,管片在堆场上侧立 按同型号堆放,堆放高度以3层为宜。管片在出厂前及运输 过程中的堆放,采用元宝形堆放,最底部管片的垫条高度要 求不小于 200mm,且不同层间的垫条应竖直成一条直线。管 片在任何时候都搁置在柔性材料上,在堆放时管片与管片之 间保持一定的距离(垂向 10cm、平面 50cm),在吊运、堆放、 装卸时需有专人指挥,两人扶持管片,避免损坏管片的表面、 边缘和角部。 3 钢纤维复合混凝土管片的生产质量控制 3.1混凝土质量控制 (1)严格控制原材料质量,确保使用优质原材料。 (2)加强计量抽检力度,特别是钢纤维与聚丙烯纤维的 计量抽检,严格按施工配合比施工。 (3)出机坍落度检验,确保钢纤维混凝土工作性能。 (4)钢纤维均匀性控制与检验:除按普通混凝土质量、 计量控制外,还在生产过程中,采用水洗法检查钢纤维在拌 合物中的均匀性,即每班一次取拌合物 10Kg,用水冲洗干 净,取出钢纤维烘干称量,计算出每方混凝土中钢纤维掺量, 在整个生产过程中,该值的波动范围控制在±10%以内。 (5)混凝土抗压:采用试件尺寸 150mm×150mm× 150mm,共制作试件 19组,mfcu=63.4MPa,sfcu=1.475。 (6)混凝土抗折:采用试件尺寸 150mm×150mm× 550mm,ff,R7=5.8MPa,ff,R28=8.8MPa。 (7)混凝土抗渗检测:采用试件尺寸 175mm×185mm× 150mm,检测试件 1组,结果符合P10的抗渗要求。 3.2钢模的质量控制 3.2.1 钢模验收 钢模验收分为三步,首先是钢模制造单位的出厂检验, 其次是钢模使用单位的初验收,最后是三环试生产并进行拼 装验收。经业主、施工单位、设计单位、监理单位同意后再投 入正式生产。 3.2.2 生产过程的钢模尺寸检验 在钢模合拢后,用内径千分尺全数检查钢模的内净宽度 尺寸,控制点在 3点以上,其它检测项目则随机抽检 10%, 并如实记录在自检表中,若超过检验 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 (见表 1),则重新 整模,直至符合钢模合拢精度要求。 3.2.3生产过程的钢模目测检查 检查钢模的整体功能、构造、所有部件、外观以及机械装 置(包括操作中的问题)等,检查确认钢模结构坚固,装配紧 密,有无作业引起的误差,以及与混凝土接触面无损伤及凹 凸,所有附件或配件有无缺陷。并如实记录在自检表中,若超 表1钢模尺寸检验标准 序号 检测项目 单位 允差 1 钢模内径宽度 mm +0.40~-0.40 2 钢模内径高度 mm +1~-0.5 3 纵向、环向芯棒中心距 mm ±0.5 4 钢模外圆弧长及弦长 mm ±0.5 5 钢模内圆弧长及弦长 mm ±0.5 黄继承:钢筋钢纤维复合混凝土管片的生产与应用第3期 3/2007 ·190· 2007年3月出版 · 过误差,则重新整模,直至符合要求。 3.2.4钢模的检验维修 按照 500环 /套的周期强制大修。 3.3 钢纤维复合混凝土管片质量控制 (1)抗渗检漏:管片每生产一班抽查 2片进行抗渗检 漏,抗渗检漏试验水压 0.8MPa,恒压 3h,渗透深度以不超 过保护层5cm为合格,如发现检测不合格的管片,则扩大检 查范围或对当天生产的每块管片进行检测试验,对检验为不 合格的管片不得用于工程中。本工程共抽查 38块管片做抗 渗检漏试验,结果全部合格。 (2)外形尺寸:检测频率为每班生产量的 10%,但不得 少于 1环。单块管片检验允许偏差为宽度±0.5mm,弧弦 长±1.0mm,厚度+3~-1mm,螺孔直径及位置±1mm。本工 程所抽查的19环管片符合设计要求。 (3)管片三环水平拼装检验:每套钢模每生产 100环进 行一次三环水平拼装检验。其允许偏差为管片外半径 +2~ 0mm,内半径±1mm,相邻环环面间隙不得大于 1.0mm,纵 缝相邻块块间间隙不得大于 2mm(纵缝内需垫以压缩至 2mm厚的传力衬垫),对应的环向螺栓孔不同轴度小于 1mm。本工程三环拼装 1次,符合设计要求。 (4)防迷流检测:每 20环管片选择 1环做防迷流检测, 单块管片的迷流指标为不大于 5mΩ 的电阻值。所抽检管 片的迷流指标基本上在 2.5mΩ~3.5mΩ 之间。 (5)出厂检验:管片出厂必须无缺角掉边,无麻面露筋, 出现上述情况及时进行修补。管片的预埋件要完好,位置正 确,埋件表面清洁。管片型号和生产日期的标志醒目、无误。 管片混凝土的28天强度、抗渗,管片检漏等技术指标符合要 求。 4 钢纤维复合混凝土管片的安全监测 在该段管片区间内,有大量的管片都将在使用过程中进 行科研,积累相关数据,以监控钢纤维复合混凝土管片脱离 盾构推进机之后的安全性及与普通混凝土管片的比较。 4.1钢筋应力监测 采用钢筋应力计 (钢筋计直径为 16mm,总长度为 510mm,其中两个连接杆为弧形各长 160mm)监测管片的内 部钢筋应力,钢筋计测点布置在内外弧主筋上,测点沿环向 布置,圆环中轴线一侧为 30°一点,另一侧为复核参考以 45°一点,分别布置在管片邻近环面的两排主筋上,一共 10 个截面,每个截面 4个点,则计 40点 /环(见图 2),共监测三 环,其中两环为钢纤维复合混凝土管片,另一环为普通混凝 土管片,钢筋计点数总计为 120个。 4.2 管片变形监测 (1)采用光纤维传感器监测系统以微应变为控制量监 测钢纤维复合混凝土管片的受力变形及变形状况,共监测 5 环,其中 2环钢纤维复合混凝土管片内埋光纤传感器,2环 钢纤维复合混凝土管片表贴光纤传感器,1环普通混凝土管 片表贴光纤传感器。 图2钢筋应力计布置图 (2)采用应变膜监测钢纤维复合混凝土管片受力变形, 共监测10环。 5 结语 (1)根据对钢纤维复合混凝土管片的生产情况来看,该 型管片与普通钢筋混凝土管片比较,生产工艺有所改变,主 要是在钢筋骨架制作、混凝土生产、管片浇捣成型及收水抹 面等方面,其他方面如钢模检测、蒸养控制、出厂检验等基本 相同,管片质量检验参数也基本相同。 (2)钢纤维混凝土与普通混凝土相比,其优良的抗拉、 抗弯性能已经得到认同,在工程上应用逐渐增多。钢纤维混 凝土管片的质量控制在很大程度上取决于混凝土配合比和 施工工艺,在混凝土搅拌、运输、浇筑及振捣的全过程中应使 钢纤维尽可能均匀分布,在混凝土基体中,尽可能避免钢纤 维在混凝土中集中于局部而形成纤维球团,保证钢纤维与混 凝土基体之间有较大的增强作用。 (3)管片生产中应用钢纤维,可使管片的含钢量大幅下 降,CO2保护焊焊点大幅减少。但混凝土中掺入钢纤维后,由 于市场上钢纤维价格较高,钢纤维混凝土的显性成本可能在 一定的范围内高于普通混凝土。如果假定混凝土的拌和、运 输、浇筑成本不因钢纤维加入而改变,同时在使用钢纤维后, 混凝土管片在其他方面(如:钢筋用量、劳动人工成本)有明 显减少,因此与钢筋混凝土管片相比,两者在成本上的实际 差额不大。从长远来看,使用钢纤维复合混凝土管片可延长 使用年限和维护周期。按全周期投资成本 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,完全可以预 计使用钢纤维复合混凝土管片更为有利。 黄继承:钢筋钢纤维复合混凝土管片的生产与应用 第3期3/2007 191·