喷射纤维混凝土在修复加固工程中的应用

1 　喷射纤维混凝土的特点

1.1 　喷射混凝土的特点

喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将按一定比例配合的拌合料，通过管道输送并高速喷射到受喷面(岩面、模板、旧建筑物)上凝结硬化而成的一种混凝土。它不是依赖振动来捣实混凝土，而是在高速喷射时，由水泥与集料的反复连续撞击而使混凝土压密，同时又可采用较小的水灰比(0.4～0.5)，因而它具有较高的力学强度和良好的耐久性。特别是与混凝土、砖石、钢材有很高的粘结强度，可以在结合面上传递拉应力和剪应力。喷射法施工还可以在拌合料中加入速凝剂，使水泥在10min内终凝，使混凝土喷射后能立即获得强度。喷射法施工可将混凝土的运输、浇筑和捣固结合为一道工序，不要或只要单面模板；可通过输料管在高空、深坑或狭小的工作区间向任意方位施作薄壁或复杂造型的结构，工序简单，机动灵活，具有广泛的适应性。

1.2 　喷射纤维混凝土的特点

1.2.1 　喷射纤维混凝土材料组成及配比

水泥：应优先选用不低于32.5级的新标准硅酸盐水泥或普通水泥。

砂：应选择中粗砂，细度模数大于2.5 。

石子：卵石或碎石均可，但以卵石为好，最大粒径不宜大于20mm，且不得含有活性二氧化硅材料。

外加剂：用于喷射混凝土的外加剂有速凝剂、引气剂、减水剂和增粘剂。

纤维：采用聚丙烯纤维，细度6～8μm，长度19mm，具有弹性好，抗多次形变能力强，吸水性好， 快速分散性好，化学稳定性好等特点，是改良混凝土性能的理想材料。

喷射纤维混凝土材料的配合比：

水泥∶砂∶石子= 1∶2∶2

速凝剂掺量(占水泥重)3%

合成纤维量600～900g/cm³

1.2.2 　喷射纤维混凝土特点及应用范围

    喷射纤维混凝土是在喷射混凝土中掺入高性能的聚丙烯纤维，因此，它除具备喷射混凝土抗压、抗拉、抗剪、抗弯、粘结强度高的优点外，还具有以下特点：①较好的抗裂、阻裂性能；②较高的抗冲击性能；③较好的耐磨、耐腐蚀性能；④较好的抗渗、抗冻融性能；⑤较好的抗疲劳性的抗碎裂性；⑥在施工过程中，由于纤维尚能提高混凝土材料的粘聚性，因此，在喷射纤维混凝土时，回弹率大大降低。正是由于喷射纤维混凝土具有以上优良性能，因此，它广泛被应用于工业及民用建筑的楼地面、公路路面、预制构件、水利工程、边坡防护、蓄水池、机场跑道和停机坪、人防工程以及各种构筑物的加固补强和保护。

2 　喷射纤维混凝土的工艺

2.1 　机械设备

机械设备及风、水压要求见表1

2.2 　喷射纤维混凝土施工安排

2.3 　喷射工艺

2.3.1 　机械安装

喷射机安好调试后，先注水，后通风，清理通风筒及管路，同时用高压水(或高压风)冲洗(吹) 受喷面。

2.3.2 　上料

干喷机要连续上料，经常保持机筒内料满，在料斗口上设一活动15mm孔径筛网，避免超径骨料进入机内。

2.3.3 　操作顺序

喷射时，应先注水，后送风，然后进料。根据受喷面和喷出的混凝土情况，调节注水量。

2.3.4 　喷射部位顺序

应分段、分片进行。每片均自下部起水平方向旋转移动往返一次喷射，然后向上移动。喷射前， 个别受喷面凹洼处， 应先找平。

2.3.5 　最佳喷射距离与角度

喷头出料口至受喷面距离，现供风压力大小随时调整，一般以0.6～1.0m为宜。喷射料束以垂直喷面为最佳。

2.3.6 　喷射料束运动轨迹

环形旋转水平移动，一圈压半圈，环形旋转直径约300mm，行间搭喷约20～30mm。

2.3.7 　喷射料束旋转速度及一次喷厚

以约2s转动一圈为宜，一次喷射厚度以不坠落时的临界状态和所需厚度时，才向前方移动， 一般不少于50mm。

2.3.8 　养护

由于喷射混凝土层一般较薄，外表面系数大，为此，喷射后2h必须浇水养护，养护时间不少于14d。

3 　喷射纤维混凝土在修复加固工程中的应用

喷射纤维混凝土不仅具有喷射混凝土的优良性能，同时由于掺入聚丙烯纤维后弥补了混凝土的先天不足，使这一技术得到发展和完善，应用范围进一步被拓宽，河北省建筑科学研究院在开展该项目研究的同时，成功地将这一技术应用于以下几项加固工程中。

3.1 　某焦化厂精炼分厂塔架的加固

该塔架是1970年建造的9层钢筋混凝土框架(高34m)，多年来，由于塔架所处环境恶劣，致使塔架多处出现钢筋锈蚀、剥落等现象，严重影响了塔架的正常运行，为保证该塔架安全使用，采用喷射纤维混凝土的方法，对该塔架进行了加固处理。在满足抗震设计的前提下，利用喷射纤维混凝土的抗裂、密实、防水、耐腐蚀等优良性能，满足了塔架的安全性和耐久性。

3.2 　某保险大厦箱基加固

某市人民保险大厦是一座高层框架结构，地下3层，地上25层，建筑高度107m，建筑总面积29962m²；该工程负三层箱基底板、墙板在施工时产生多条温度裂缝，渗漏水严重。为了保证该高层建筑物的正常使用，采用内衬喷射纤维混凝土刚性板的方法，解决了该建筑地下室渗漏水问题。

3.3 　某化肥厂破碎楼加固工程

某化肥厂破碎楼是该厂重点工程，建于1960年，4层钢筋混凝土框架结构，总高20m。由于环境恶劣，年久失修，多处钢筋锈蚀，混凝土剥落，严重影响该楼的安全使用。同时因此化肥厂技术改造，要在该楼上新增设备，荷载增加。为了满足使用要求和抗震设计要求，采用喷射纤维混凝土对该楼的梁、板、柱进行了加固，避免了因拆除重建而带来的巨大经济损失。

4 　结论

通过该技术的研究和加固工程的实践，得到以下结论：

①喷射纤维混凝土同样具有喷射混凝土的抗压、抗拉、抗弯、抗剪强度、粘结强度高的特点。

②喷射纤维混凝土具有密实、阻裂、防水、耐磨、耐腐蚀等优良性能。

③加入纤维后可以提高混凝土的抗裂、抗冲击强度。

④喷射纤维混凝土具有较高的抗渗、抗冻融特性。

⑤纤维在混凝土拌合料中分散性好、易拌合、黏聚性好。

⑥喷射纤维混凝土与喷射混凝土工艺相比，具有回弹率低，一次喷射厚度大、易养护的特点。

⑦喷射纤维混凝土具有较好的抗疲劳性和防裂性，抗震性能及延性好。