引言

多年来,建筑物的防水防裂一直是关系到建筑物能否正常使用的关键。

高层楼房的地下室开裂造成的渗漏

工业厂房地面的开裂起鼓

加油站地面开裂渗漏污染地下水

动荷载造成的桥面开裂起鼓

以及温差引起的高速公路开裂和冻融起鼓等问题

都是由混凝土开裂引起。这些问题使建筑物的长期维修费用大大增加。

常用的防水防裂措施较为被动。如在高层楼房的地下室墙外做沥青外防水层,工业厂房地面开裂后用橡胶或沥青填缝, 公路或桥面开裂后用新混凝土修补等, 都不是主动防水防裂的概念。

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通过加入钢纤维使混凝土微裂缝不贯通, 成为防水材料, 则能从根本上解决了混凝土材料的防水问题, 是主动防水防裂的概念。

混凝土抗拉强度很低, 施工中的混凝土水化热、使用中的温差变化等因素都易使混凝土产生裂缝。即使配置了钢筋或钢丝网, 由于不是均匀分布在混凝土中, 混凝土产生裂缝还是不可避免。而钢纤维混凝土的应用, 由于其均匀分布在混凝土中, 与水泥砂浆紧密结合, 可有效防止混凝土微裂缝的形成和发展, 大大提高了混凝土的抗开裂强度。但也不是所有类型的钢纤维都有良好的防水防裂性能, 更不是钢纤维强度越高, 钢纤维混凝土的防水防裂性能越好。钢纤维混凝土的防水防裂性能取决于钢纤维与混凝土中水泥砂浆的粘结强度。钢纤维与混凝土中水泥砂浆的粘结强度越高, 钢纤维混凝土的防水防裂性能越好。

钢纤维种类

    由于采用不同的生产方式和不同的原材料, 常用的钢纤维可分为铣削型钢纤维、剪切型钢纤维及冷拔钢丝钢纤维等几种类型。

(1) 铣削型钢纤维是用昂贵的大型铣削机器将定尺生产的高强钢胚用铣削法加工而成。国际性代表产品是已申请了专利的德国哈瑞克斯铣削型钢纤维。该铣削型钢纤维具有特殊的几何外形, 如图1 所示。其横断面和纵截面均有锯齿形的边,加上两端有带钩的锚尾,使其与水泥砂浆的粘结强度成倍提高, 因而使铣削型钢纤维混凝土具有很好的防水防裂性能。从另一方面看,铣削型钢纤维的表面积与质量之比较大, 且表面一侧为毛面, 这也是铣削型钢纤维与水泥砂浆的粘结强度高的原因。因此, 铣削型钢纤维混凝土的抗裂性能在上述几种钢纤维混凝土中最好。

(2) 剪切型钢纤维是由钢板剪切而成,加工较为容易,因而生产成本较低。剪切型钢纤维的几何形状较为简单,其横断面和纵截面均为矩形,且表面较为光滑,因此剪切型钢纤维与水泥砂浆的粘结强度较低, 应用中常加大剪切型钢纤维的掺量。

(3) 冷拔钢丝钢纤维是由冷拔钢丝成型切断而成,横断面为圆形或方形。其材料成本较高, 而生产成本较低。冷拔钢丝钢纤维自身的强度很高, 表面光滑带锚尾。因其表面光滑,与水泥砂浆的粘结强度较低, 常在混凝土开裂后由于锚尾作用才进入工作状态。因此,冷拔钢丝钢纤维混凝土的抗裂性能较铣削型钢纤维差。图2 所示为几种类型钢纤维混凝土试件受拉试验曲线比较。从图2 可以看出, 铣削型钢纤维混凝土的抗拉开裂点大大高于其它几种钢纤维混凝土。

铣削型钢纤维混凝土的性能

3 .1 技术性能

    掺哈瑞克斯铣削型钢纤维(SF01 -32 型)的混凝土, 与普通混凝土相比, 技术性能指标(随钢纤维掺量多少而变)为:抗压强度提高5 %～ 20 %;弯拉强度提高20 %～ 50 %;抗拉强度提高20 %～ 40 %;耐磨性能提高40 %～ 60 %;抗冲击性能提高300 %～ 400 %;弯拉疲劳强度提高150 %～ 250 %;抗裂性能提高50 %～ 300 %。

3.2 经济指标

(1) 在同等强度下通过加铣削型钢纤维来减少混凝土的厚度,可节约混凝土用量20 %～ 30 %;

(2) 可通过加铣削型钢纤维取代或部分取代钢筋或钢丝网片,节省布钢筋或钢丝网片的施工时间;

(3) 加铣削型钢纤维可缩短施工周期20 %, 特别适用于要求连续、快速浇灌混凝土的较大工程, 如机场、港口、隧道、水库及工业地坪等;

(4) 铣削型钢纤维混凝土和普通混凝土的搅拌与施工工艺相同,不需增添任何设备。

 铣削型钢纤维混凝土的施工要点

    铣削型钢纤维可适用于各种不同的施工方法,无需增加设备。先将普通混凝土搅拌好,再在现场直接加入铣削型钢纤维与混凝土进行搅拌。铣削型钢纤维不会结团, 易于搅拌,并均匀分布于混凝土中。搅拌好的铣削型钢纤维混凝土可以泵送或喷射施工。特别适用于大面积摊铺混凝土, 可以大大缩短施工周期。铣削型钢纤维混凝土的养护与普通混凝土的要求相同。

表1 为铣削型钢纤维混凝土的常用配合比(供参考)。

铣削型钢纤维混凝土的应用范围

哈瑞克斯铣削型钢纤维混凝土因其优良的技术性能,特别是其抗裂防水性, 已在国内外各类重大工程中得到应用。著名工程有:德国法兰克福国际机场停机坪、德国法兰克福地铁隧道衬壳、德国各高速公路维修、上海南浦大桥桥面伸缩缝铺装、广西高速公路桥梁路面铺装、上海地铁站地下部分侧墙及顶板、上海浦东东方路道路铺装、北京霍曼门业有限公司工厂地坪、上海大众汽车厂房地坪、黄河小浪底水利工程喷射护坡、长江三峡船闸门槽等。具体可以分类归纳为下述几方面:

(1)地下建筑, 如高层楼房的地下室, 地铁车站、地铁隧洞。

(2)工业地坪和堆场, 飞机场、停车场、加油站。

(3)桥梁表面铺装,伸缩缝铺装。

(4)水利工程、护坡及堤坝、港口工程。

(5)预制混凝土制品,如预制混凝土铁路轨枕、预制混凝土桩顶桩尖、预制混凝土窨井盖等。

结语

钢纤维混凝土的防水防裂性能取决于钢纤维与素混凝土的粘结强度, 粘结强度越高,钢纤维混凝土的防水防裂性能越好。经分析比较得出铣削型钢纤维混凝土的抗裂性能较好, 并已在国内外许多工程中得到应用。

——本文转自《Water -proof Materials and Construction 防水材料与施工》