钢纤维喷射混凝土试验大纲.docx

资源描述

钢纤维喷射混凝土试验大纲.docx

《钢纤维喷射混凝土试验大纲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢纤维喷射混凝土试验大纲.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

钢纤维喷射混凝土试验大纲.docx

钢纤维喷射混凝土试验大纲

一．试验任务

1.对钢纤维和与相应外加剂进行喷射混凝土试验，通过对材料特性的比较，选定钢纤维品种和外加剂。

2.检验施工工艺水平及喷射效果（钢纤维喷射混凝土的回弹量、已喷射混凝土中钢纤维的含量、分布均匀性、钢纤维变形情况等）。

3.检验喷射钢纤维混凝土的强度（抗压强度、劈拉强度、粘结强度、弯折强度）、厚度及弯曲韧性等性能。

4.分析和确定钢纤维喷射混凝土中钢纤维的含量、混凝土配合比是否合适，即确定钢纤维喷射混凝土的最优配合比。

二．试验依据

试验依据包括：

1.《钢纤维混凝土试验方法》CECS38:

89—中国工程建设标准化协会标准

2.《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》CECS38:

2004—中国工程建设标准化协会

3.《水工混凝土试验规程》JGJ/T55-96—水利部

4.《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001—

5.《喷射混凝土施工技术规程》YBJ226-91—

6.《混凝土外加剂》GB8076-1997—

7.《水工混凝土外加剂技术规程》DL/T5100-1999—水利部

8.《水利水电地下工程锚喷支护施工技术规范》SDJ57-85—水利部

9.《钢纤维混凝土实验方法》JSCE-SF4—日本土木协会

三．试验方案

1.首先根据主要试验材料——钢纤维本身的基本性能要求（钢纤维材质为普通碳素钢，抗拉强度≥1000MPa，长径比≥55，长度为25~40mm）确定拟试验的钢纤维厂家。

2.上述方案在做现场喷射试验的同时，需要做大板取样试验，用以测定抗压强度、抗拉强度、弯折强度、韧度系数等指标；对喷射到岩面上的钢纤维混凝土，要检测其粘结强度，测试喷射出的混凝土中钢纤维的含量，钢纤维混凝土的回弹量，并检验施工工艺水平。

经检验和对试验成果认真分析后，优选各项性能指标较好的其中一个厂家的产品，作为喷射混凝土用钢纤维产品。

四．试验部位

试验部位在现场由设计单位会同监理和施工单位共同确定。

每个方案试验面积为5m2。

五．试验材料、配合比设计

（一）试验材料

钢纤维喷射混凝土的材料由钢纤维、水泥、砂子、骨料、水和外加剂。

1.钢纤维

钢纤维为钢丝冷拉型，材质为普通碳素钢，抗拉强度≥1000Mpa，长度30～40mm，长径比≥55；钢纤维表面不得有明显的锈蚀和污渍。

具体检测内容详见国家标准——《混凝土用钢纤维》（冶金部YB/T151-1999）。

2.水泥

采用符合国家标准的普通硅酸盐水泥，宜采用P.O42.5水泥。

3.砂料

采用坚硬耐久的砂料，粒径0~5mm。

4.粗骨料

粗骨料粒径5～10mm，最大粒径不大于10mm。

砂石料的级配应满足表5.1。

表5.1钢纤维喷射混凝土砂石料级配表

筛径（mm）

0.15

0.30

0.6

1.2

2.5

通过各筛径的累计重量百分比（％）

6~18

16~36

28~60

43~80

65~95

80~100

100

5.水

无有害杂质且PH大于4的水。

6.外加剂

减水剂：

为保证拌合物的流动性，使得钢纤维喷射混凝土具有很好的施工性能，可根据工程具体情况掺加一定剂量的减水剂；

速凝剂：

在现场喷射前，应在室内做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min。

（二）试验配合比

根据钢纤维喷混凝土强度标号要求确定水灰比，一般水灰比在0.35到0.50范围内，最大比例不能超过0.55；

根据韧度和抗折强度要求确定钢纤维掺量，钢纤维掺量一般在30～45kg/m3范围内；

根据混凝土的和易性和输送性能确定水和水泥用量，水泥的最小含量应当是300公斤/立方米；

在喷射前，配合比须在室内先进行试拌以测其塌落度。

塌落度宜控制在120～140mm范围内。

如不满足，则调整水灰比。

（三）试验钢纤维混凝土的用量

每个试验方案喷射到岩面上的钢纤维混凝土量（按5m2计算），另外还有大板试验需用量，以及一定损失量，同时考虑备用量，每个方案共准备3.0m3钢纤维混凝土量。

按照配合比，计算每个方案材料用量。

原材料按重量计，秤量的允许偏差应符合规定：

骨料为±1％，钢纤维、水、水泥、外加剂均为±0.5。

并填写室内试验记录如下。

表5.2方案喷射前室内试验记录

方案编号

方案内容

配合比设计

备注

减水剂

钢纤维

方案一

方案二

方案三

方案四

表5.3方案喷射前室内试验记录

方案编号

方案内容

初凝时间（min）

终凝时间（min）

塌落度（mm）

方案一

方案二

方案三

方案四

六．钢纤维喷射混凝土试验技术要求

1．拌和

混凝土的拌合有两种投料次序：

按着细骨料、粗骨料、水泥、硅粉、水、钢纤维、外加剂的顺序：

在搅拌机转动的同时，先依次加入细骨料、粗骨料、水泥、硅粉和水，待其基本搅拌均匀后，再用振动筛或专用投料机持续加入钢纤维继续搅拌，最后加入外加剂继续搅拌，直至配合料拌合均匀，钢纤维均匀分散、并不能出现结团成球的现象。

先搅拌除钢纤维以外的其他材料，然后逐渐投入钢纤维，当全部投入后再搅拌1分钟。

加入钢纤维的持续时间一般在1-2分钟，加入钢纤维后建议持续搅拌时间为1分钟。

每次搅拌的混凝土需要超过试验所需要的数量，而且不得小于5升。

同时混凝土的数量不得小于搅拌机容量的1/2，且不得大于搅拌机名义容量的80％。

对于掺加钢纤维的喷射混凝土，尤其要注意避免通过过量加水来改变其稠度。

加入钢纤维的喷射混凝土视觉表现比普通混凝土更为刚硬，其施工和易性略微有所降低，但改变不是很大。

如果过量加水改变其稠度，则会影响钢纤维混凝土的强度。

比较可行的办法是同时增加水泥和水的掺量。

一般情况下其塌落度宜控制在120～140mm的范围内。

2．基底表面处理

喷射钢纤维混凝土前，应将基底表面清洗干净，否则将严重影响所喷射混凝土的粘结力。

基底表面清洗：

直接用喷嘴加风压或喷水洗，清洗顺序应从上往下进行。

应当注意喷射时基底表面应保持适当湿度，如果表面过份干燥，将会部分吸收新喷混凝土中的水份，影响混凝土的设计配合比。

另一方面，基底表面也不能有水流动，否则，喷射时的混凝土将流失。

3．喷射设备和操作人员

为了保证喷射质量，要求采用先进的带机械手的湿喷机。

湿喷设备应当具有喷射0.5m3/h的能力。

设备必须事先调试好，各种机械配件齐全，各种管路必须满足输送料的压力要求，对易损坏的配件应有备用品。

对现场控制喷枪的人员要求有一定的技术水平要求，熟练掌握喷射工艺，以最大限度控制喷射混凝土回弹量至最小；同时喷射手不宜经常调动岗位。

输料或水泵操作人员负责给喷枪操作人员不间断地提供配比合理的材料。

4．喷射施工及外加剂掺入

试验时先用净浆（50～100kg兑水的浆液）将料斗及输料管润滑，连接好速凝剂管，接着将搅拌好的材料缓慢放入料斗中，当混凝土盛满料斗时，方可启动机器进行送料，当料送至喷嘴时，打开风阀门，启动速凝剂泵，速凝剂将在喷嘴处经高风压渗入混凝土中，从而达到速凝效果。

另外，为确保试验工作正常进行，在喷射前，应将取样模具备齐，在试喷顺利后，约喷出0.5~0.7m3后，应开始试件大板的喷射。

外加剂掺入量精度误差为建议用量的0.5％。

外加剂的混合比应当考虑生产商的建议。

5．喷枪距离及喷射角度

工作面到喷枪的距离，通常取0.6～1.2m，这样可达到工作要求的效果：

回弹量最低，压实最好。

喷枪宜保持与工作面成垂直的角度，但决不允许与基面夹角小于45°。

为使喷射钢纤维混凝土分布均匀，并使由于不规范操作而造成的影响降到最低，在喷射混凝土时喷枪宜垂直正对工作面，连续平稳地按圆形或椭圆形状旋转喷射，喷射顺序应从下往上进行。

第一次喷层厚度宜控制在2cm左右，并且是经过两、三次圆形或椭圆形旋转喷射以后得到的。

以后每次喷层厚度可控制在5cm左右。

6．粘结

为了保证基底与喷射的钢纤维混凝土之间的相互作用，喷射的混凝土应尽量贴近基底。

为保留其自身强度，基底应尽量避免扰动。

7．回弹

为了保证喷层密实，减少回弹且不发生喷射混凝土塌落现象，应控制好喷枪喷射混凝土的距离、角度、喷射顺序及一次喷层的厚度。

回弹下来的回弹料不能重复使用。

为检测钢纤维含量和钢纤维喷射混凝土的回弹量，施工单位应安排专人负责现场取样工作。

8．压缩空气要求

为达到满意的喷射混凝土效果，必须有一个功率强大的空气压缩机。

压缩机必须持续提供干净、干燥、无油的空气并满足喷枪速度的要求。

湿喷法输送稠密拌和物所要求的设备必须在700kPa压强下，至少有输送3m3/min拌和料的能力，供气量保证15m3/min。

9．养护

养护可采用喷水及喷雾的方法，使喷射钢纤维混凝土保持湿润。

喷水养护时间应达到15天以上。

10.工作环境

除非有特殊规定,浇筑前的气温不宜低于50C。

七．钢纤维喷射混凝土试验现场检测成果要求

（一）现场喷射检测内容

在现场试验中严格记录好实际喷射出去的钢纤维混凝土的方量、回弹方量及总方量。

通过现场喷射试验，对喷射钢纤维混凝土的施工性、凝结时间、喷层厚度、回弹量、钢纤维含量及分布的均匀性进行检测，并检验施工工艺水平。

试验方案检测成果按表7－1填写。

表7.1现场检测成果表

方案

喷射时间

初凝时间

终凝时间

喷层厚度

回弹率

实测钢纤维含量

Min

kg/m3

一

二

三

四

（二）现场喷射检测技术要求

1.钢纤维混凝土的施工性

在拌合过程中，钢纤维分布是否均匀？

有否结团现象？

这两种现象一般都是有钢纤维本身的性能所引起的。

在拌和过程中有否出现钢纤维的“结团”现象、“V字形”现象？

这种现象也是由钢纤维本身的性能所引起的。

在喷射过程中有否出现堵管、中断现象？

如果有则要查明原因，是否配比原因？

如果属于钢纤维本身质量问题，则认为该产品不合格。

另外,在喷射过程中观察钢纤维对喷射软管的磨损情况。

事实证明：

铣削型钢纤维对管壁的磨损较冷拉型钢纤维要严重得多。

2.凝固时间的检测

钢纤维混凝土初凝时间为5分钟，终凝时间为10分钟，8小时后抗压强度应不小于8Mpa。

3.厚度的检测

喷层厚度的测定应在现场设有测量厚度的明显标志。

4.回弹的检测

对于钢纤维喷射混凝土，骨料粒径越大，回弹越大；钢纤维掺量越大，回弹越大。

喷射前应在现场喷射范围内地面铺有接回弹料的工具，现场喷射混凝土结束后，计算反弹到地面上的钢纤维喷射混凝土重量。

喷射混凝土回弹率=（回弹材料全部重量/钢纤维喷射混凝土全部重量）*100%

用湿喷法喷射钢纤维混凝土时，根据工程经验，顶拱的回弹在15－20％，侧墙在10－15％，若加入了适量的硅粉，可以将回弹近一步减少3－5％（顶拱在12－15％，侧墙为8－10％）。

5.钢纤维含量的检测

喷射混凝土中钢纤维的实际含量,以喷射后每立方混凝土中纤维含量为准（单位：

公斤/立方）。

通过现场试验来确定用来达到韧度要求的现场纤维含量。

出于现场质量控制的目的，须确定不同类型的钢纤维达到相同设计指标时的不同最小纤维含量，并对它做检验。

i.钢纤维含量检测方法

钢纤维含量可从新鲜混凝土（湿检法）或硬化的混凝土（干检法）中测得。

新鲜混凝土取样可从现场或实验试件上得到；已硬化的混凝土取样可从现场或实验试件切割得到。

在不同部位，不同工艺下得到的钢纤维含量有所不同。

混凝土取样的体积计算（在提取纤维之前）：

可根据实际尺寸通过理论计算得到，也可以使用水体积置换法。

然后从中提取纤维，秤出纤维质量。

干检法。

从现场或实验大板中以钻芯法取3个试件，芯样尺寸：

直径75-150mm，长度75-150mm（若喷层厚度小于75mm，长度同喷层厚度）。

芯样体积可根据实际尺寸通过理论计算得到，也可以在空气或水中秤量得到。

将芯样在实验压机（或其它适当的设备）上压碎，使纤维从中分离出来。

磁性的纤维可以用吸铁石吸出，洗净纤维，秤出质量，精确到0.1克

湿检法。

实验样品可取自现场或从实验大板上割下。

试样重1-2Kg，应仔细保持试样完整。

试样体积可通过在空气中或水中秤量得到。

将纤维从喷射混凝土样品中洗出：

使用过滤器，使水泥等材料滤出，从中分离出纤维。

ii.钢纤维含量计算

每个芯样的纤维含量应当根据测定的纤维重量和芯样的体积，用以下的公式进行计算：

Cf（kg/m3）=mf1000/Vc

公式中

Cf—钢纤维含量（公斤/米3）

mf—从芯样中提取的钢纤维重量（克）

Vc—芯样体积（厘米3）

iii.含量要求

现场取样3组，取平均值，该平均值必须超过相应类型的钢纤维最小含量要求，且无一组低于纤维最小含量的75%（EFNARC）。

iv现场检测结果表

表7-.2现场检测情况表

方案

喷射

时间

初凝

时间

终凝

时间

喷层厚度

回弹率

实测钢纤维含量

分布均匀性评价

Min

min

kg/m3

八．钢纤维喷射混凝土的力学性能测试

1.抗压强度

抗压强度按《锚杆喷射混凝土支护技术规范》附录F加工试件，也可以从现场喷射的大板上切割而成。

其试验方法和普通喷射混凝土相同。

2.轴拉强度

3.劈拉强度

劈拉强度按《》加工试件，也可以从现场喷射的大板上切割而成。

其试验方法和普通喷射混凝土相同。

3.粘结强度

粘结强度试验按《锚杆喷射混凝土支护技术规范》附录A预留试件拉拔法进行。

4.抗渗和抗冻性能指标

九．钢纤维喷射混凝土的韧度试验

钢纤维喷射混凝土的韧度可以通过能量吸收等级（板试验）和残余强度等级（梁试验）来要求并衡量。

（一）板试验——能量吸收等级

1.大板的制作

试件（大板）的模板采用钢模或木模，钢模最小厚度4mm，木模18mm。

人工喷射时，试验模板最小尺寸600*600mm，建议尺寸800×800mm；机械喷射时，试验模板最小尺寸1000*1000mm。

大板厚度需和大板试验的试件要求尺寸相对应（100mm或150mm）。

将模板设置在斜面上，模型的一个侧面不设边模或留有较大开口。

喷射时模型约呈45o放置，开口朝下，以避免回弹影响。

试件（大板）的制作同实际工程一致。

应使用和实际工程一致的施工设备，施工程序，喷射距离，喷射角度，喷射厚度，并应使用相同的操作手。

并且对试件（大板）进行详细标明（配合比，试验地点，日期，操作员）。

大板成型后24小时内不得移动，并处于一定的湿度和温度（不低于5℃）场中。

在大板成型后的24～48小时之间将大板试件运送至试验室继续养护。

试件在运往实验室的过程中应当做好包装保护，防止机械损伤和湿度蒸发。

试验室内的相对湿度保持在98±2％左右，温度保持在23±2％左右。

在大板成型后的48～72小时之间将模板去除。

大板试件继续在试验室养护直至进行大板试验。

去除模板的过程中注意对大板试件的保护。

2.试验装置

试验设备必须采用刚性电液伺服万能型试验机（JGT/3064）。

位移控制，而非荷载控制。

试件四边支撑，中心加载，加载面积100x100mm。

板的底部为毛面，从而保证加载方向和喷射方向相反。

加载速率：

采取位移控制，板中心点变形为1.5mm／min。

3.计算

●欧洲标准

试验时记录荷载—变形曲线，试验到板中心位移达到25mm为止。

根据荷载—变形曲线可以画出第二根曲线——能量—变形曲线，表示板的变形能量吸收。

韧度要求可以用一定位移下的能量吸收值来表示。

（二）梁试验——残余强度等级

韧度试验和抗弯拉试验可从钢纤维喷射混凝土大板上截取试验梁，在三分点对称荷载下试验并计算得出。

1.试件（试验梁）的制作

试验梁由现场喷射、养护成型的大板上切割而成。

因此，大板的制作、养护同大板试验相同。

2..试件（试验梁）的取样

在大板成型后的14天（EFNARC要求7天即可）切割大板试件，舍弃边缘部分。

将养护好的大板切割成100x100x350mm或150x150x600mm的梁试件，试件的尺寸应精确到1mm，承压面与相邻面的不垂直度不应大于1o。

钢纤维混凝土应已经达到足够的强度，切割试件的时候不应损坏粗骨料，以及钢纤维和混凝土之间粘结。

在大板成型后的28天（既试验梁成型后的14天）、（EFNARC要求7天，即大板切割完成后可以马上进行梁试验）即可以进行钢纤维混凝土韧度试验。

试件在切割后到试验进行之前在水中放置至少3天的时间。

试件在运往实验室的过程中应当做好包装保护，防止机械损伤和湿度蒸发，试验时试件要保持湿润。

每一方案同一性能测试至少取三个试件，对每一种配合比的不同龄期应分别取样。

（建议每组试件数量不少于6件，4件检测试件，2件备用试件）。

试件尺寸：

当纤维的长度小于40mm的时候，试件尺寸为100×100×350mm3（跨度取300mm）；当纤维长度大于等于40mm的时候，试件尺寸为150×150×600mm3（跨度取450mm）。

检测各项强度力学指标的试件尺寸参照表9.1。

表9.1试件规格

抗压强度

抗拉强度

抗弯强度

等效抗弯强度

弯曲韧性指数

粘结强度

试件尺寸（mm）

100x100x100

150x150x600

直径300

高100

形状

立方体

长方体

圆柱体

3.试验装置

试验设备必须采用有变形控制的刚性电液伺服万能型试验机（JGT/3064），即要求设备有足够的刚度，以使试验能以位移控制的方式进行。

并且采用三分点对称加载方法。

在进行三分点弯曲韧度试验的时候，试件的浇注面必须作为顶部或底部。

试件应放置在支座的中间位置，上部加载位置在时间的三分点处。

在这种情况下，加载装置和试件的接触面之间不得有空隙。

试验的支座间距是试件高度的3倍。

加荷和支座应能在水平方向滚动。

（JSCEP58）

加载过程应连续、均匀，无冲击荷载。

在达到最大荷载之前，加载的速度应为常量（位移恒定）。

一般而言，加载的速度为每分钟L/1500--L/3000（L是支座间距）。

（JSCE）

加载的速度为每分钟0.2-0.3mm，直到0.5mm，此后为每分钟1.0mm。

（EFNARC）。

记录试验最大荷载直至试件破坏，保留3位有效数字。

破坏截面的宽度在距离0.2mm的3个部位进行测量，得到平均值，保留4位有效数字。

弯拉强度和等效弯拉强度取不少于4组实验结果的平均值。

当试件在受拉面跨度三分点以外处断裂，则该试验的结果无效。

4.计算

通过大板切割取样后，取试件（试验梁）做力学性能试验用以测定抗弯拉强度、等效抗弯拉强度、韧性指数等指标，并计算钢纤维混凝土的弯曲韧度系数、剩余强度因子。

●日本标准

4.1抗弯拉强度

抗弯拉强度用下式计算,保留3为有效数字.

b=PL/bh2

其中b=弯拉强度（N/mm2）

P=定义的最大荷载（N）

L=支座间距（mm）

b=破坏截面宽度（mm）

h=破坏截面高度（mm）

4.2等效抗弯拉强度

根据JSCE—SF4的有关规定：

b=（Tb/tb）x（L/bh2）

其中

b=等效弯拉强度（N/mm2）

Tb=由荷载-位移曲线中,位移达到间距L的1/150部分下包含的面积。

tb=支座间距的1/150（mm），当支座间距是450mm为3mm,当支座间距是300时,为2mm.

注：

当试件在达到规定挠度前发生破坏时,Tb取试件破坏前曲线所包含的面积，tb取规定的挠度，即支座间距的1/150.

当试件在达到规定挠度后发生破坏,Tb取试件位移达到间距L的1/150部分时，荷载－位移曲线下所包含的面积；tb取规定的挠度，即支座间距的1/150.

4.3弯曲韧度系数Re,3

弯曲韧度系数指在规定变形范围内钢纤维混凝土的等效抗弯拉强度和抗弯拉强度极限值的比值。

Re,3％＝（b／b）*100％

备注：

中国钢纤维喷射混凝土韧度测试的试验方法与上述介绍的日本标准相同，中国钢纤维喷射混凝土韧度标准值不得低于70％。

●美国标准

4.4韧性指数Ij

根据美国ASTM—C1018-89规范，将钢纤维混凝土的初裂强度定义为抗弯强度f0,继而确定其不同点的弯曲韧性指数Ij。

初裂点定义为荷载-挠度曲线由线性转为非线性的点。

弯曲韧性指数Ij实际上是钢纤维混凝土在荷载作用下达到给定挠度所吸收的能量与其达到初裂挠度所吸收能量的比值。

荷载挠度曲线所包含的面积则为不同挠度下所吸收的能量。

在该标准中，定义弯曲韧度指数I5、I10和I30分别为变形达到3

、5.5

和15.5

时试件对应的吸收能与试件初裂时的吸收能之商值。

其中

为初裂挠度。

弯曲韧性指数参照美国ASTMC1018-89标准试验计算得到，根据该规范计算剩余强度因子

R10/30＝5（I30-I10）；

5.试验报告的内容

5.1试验结果整理

在试验报告中必须包含以下内容：

试验设备，试件编号，试件数量，试件尺寸，龄期，配合比，挠度测量位置，弯拉强度，等效弯拉强度，弯曲韧度系数的计算过程及结果，养护方法和温度，破坏状况，荷载－位移曲线记录（EFNARC）以及最高的荷载值。

5.2当试验曲线中出现以下情况，该曲线无效。

a.初裂点对应的挠度大于0.2mm。

b.梁的中心点位移没有达到规定的挠度值，（当梁尺寸为100×100×300mm时，该值应为2mm）。

c.曲线中出现突然的下降和上升段。

d.当试件在受拉面跨度三分点以外处断裂，则该试验的结果无效。

5.3试验成果记录表

现场取样和大板试件测试钢纤维喷射混凝土的各项力学指标如下表所示。

每个方案应有相应试验记录表格，同时要注明配合比和试件规格。

表9.2钢纤维喷射混凝土的各项力学指标测量

力学指标

14d

28d

备注

抗压强度

Mpa

√

抗拉强度

Mpa

－

抗弯拉强度

Mpa

－

√

等效抗弯拉强度

Mpa

－

√

弯曲韧度系数

Re3

－

√

弯曲韧性指数

I10

－

√

I30

－

√

剩余强度因子

R10/30

－

√

粘结强度

Mpa

－

√

注：

“√”表示该项目需取样进行试验。

5.4要求测出的28d各项力学指标不得低于表9－3所列的技术指标

表9.3钢纤维喷射混凝土28d各项力学指标值

抗压强度

标准值

抗拉强度

标准值

抗弯拉

强度

等效抗弯拉

强度

弯曲韧度

系数

弯曲韧性

指数

粘结强度

Mpa

展开阅读全文