纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法

《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》是河南泰宏房屋營造有限公司、河南國基建設集團有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是陳松華、原有生、李水才、趙建國、周忠義；該工法適用於水利、交通工程中的除險加固以及建築工程中的梁、板、柱、牆和一般構築物等多種混凝土結構的加固、施工縫的處理等。

《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》主要的工法特點是：與待修補構件的混凝土採用同一配合比或使新澆的混凝土比既有混凝土高一個強度等級，以減小新混凝土的收縮，降低收縮應力；施工操作簡單，易於質量控制。

2009年10月19日，《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法
• 工法編號：GJEJGF195-2008
• 完成單位：河南泰宏房屋營造有限公司、河南國基建設集團有限公司
• 完成人：陳松華、原有生、李水才、趙建國、周忠義
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2007-2008年度）

形成原因

纖維混凝土是一種新型複合建築材料，與普通混凝土相比，纖維混凝土具有優良的抗拉、抗彎、抗剪、抗裂、阻裂、耐衝擊、抗疲勞、高韌性等性能。用傳統混凝土材料修補、加固既有混凝土結構，往往由於使用環境惡劣、受荷複雜等原因，造成修補、加固結構粘結失效等多種問題。河南泰建設發展有限公司與鄭州大學聯合開展了纖維混凝土與既有混凝土粘結施工技術研究，項目研究結果表明，採用高性能纖維混凝土對既有混凝土進行粘結修補加固，粘結強度可提高14.1%～22.3%，粘結面耐久性能有大幅度提高﹔基於混凝土粘結修補加固施工質量提出的纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工藝可操作性強，便於在工程單位推廣套用，經總結形成了《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》。

工法特點

《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》的特點有：

1.解決了混凝土粘結修補加固中的關鍵問題。與待修補構件的混凝土採用同一配合比或使新澆的混凝土比既有混凝土高一個強度等級，以減小新混凝土的收縮，降低收縮應力，它們的彈性模量等物理力學性質相同，使新混凝土與既有混凝土能協同工作，而且工程套用中施工也比較方便。

2.提出了纖維混凝土與既有混凝土粘結施工關鍵技術，明確了粘結面的處理方法及表面粗糙度的檢測方法。施工操作簡單，易於質量控制。且極大地提高了粘結性能，明顯地提高了混凝土的抗裂性能，抗收縮性能及極限拉應變，經濟效益明顯。

操作原理

適用範圍

《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》適用於水利、交通工程中的除險加固以及建築工程中的梁、板、柱、牆和一般構築物等多種混凝土結構的加固、施工縫的處理等。

技術理論

《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》的技術理論是：

1.要對早已硬化的既有混凝土表面進行處理，粘結面的粗糙程度要達到相應的要求，並選擇合適的界面處理劑。

2.纖維混凝土的生產過程的各個環節，不論是投料、攪拌、運輸，還是澆築和成型，都要有利於纖維混凝土的密實性和纖維分布的均勻性。

施工工藝

• 工藝流程

《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》的工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

操作要點

《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》的操作要點如下：

一、施工準備

在進行混凝土粘結修補加固或者施工縫處理前，首先要對既有混凝土結構進行全面的調查分析，弄清既有混凝土的強度等級、損傷狀況、粘結修補面積等。根據調查所得的基本資料進行分析，做好詳細的施工方案，並經總工審批後，按照已定的方案組織好人員、設備、材料的準備工作。

根據已定的方案，委託有資質的實驗室確定配合比，配合比既要把坍落度、擴展度、強度作為考核指標，又把水膠比、外加劑摻量、粉煤灰摻量確定為主要因素，確定出最佳配合比。

二、老混凝土表面處理

（一）在澆築新混凝土前，要對既有混凝土表面進行粗糙處理，以清除既有混凝土表面的浮漿、損壞部分和部分水泥石，露出部分粗骨料，使其表面形成凹凸不平狀。具體的清理方法要根據現場的實際情況而定。小面積既有混凝土表面處理可以採用人工請鑿的方法。大面積既有混凝土表面處理首先要對既有混凝土表面進行機械鑿毛，基本清除碳化層，使約50%的粗骨料露出，然後再對處理面進行高壓水沖毛。不管採用何種方法，應先選擇小面積範圍為樣板進行試處理，處理完成後採用灌砂法測量其表面粗糙度，使其平均灌砂深度控制在3.8~5.1毫米範圍內。然後依此為標準進行大面積既有混凝土表面處理。

（二）用灌砂法測量粘結面的粗糙度，其方法如下：

用灌砂深度表示粘結面的粗糙度，其基本原理如圖5.2.2所示。在處理好的粘結界面上圍上塑膠薄板，塑膠板頂面與粘結面凸部的最高點齊平，將細密的標準砂置於塑膠板與粘結面之間並超過粘結面少許。用刮板沿粘結面頂面抹平至不再有砂粒掉下。將粘結面與塑膠板之間灌的砂全部收集倒入量筒中，測出砂的體積。取三處以上部位測量平均值，用粘結面灌砂平均深度定量反映粘結面粗糙度。灌砂法測量粘結面粗糙度示意圖見圖2，灌砂平均深度用下式進行計算：H=V/A

式中H為灌砂平均深度（毫米）；V為標準砂體積；A為粘結面灌砂面積。

圖2 灌砂法測量粘結面粗糙度示意圖

（三）既有混凝土表面粗糙處理完畢，在澆築新纖維混凝土前用清水沖洗接觸面，並應保證新老混凝土接觸面清潔濕潤且無明水。

三、鑽孔、埋設錨固筋

為使新老混凝土聯合受力，除做好結合面的處理和選擇合適的界面劑外，採取其他的加固措施也很重要。在新老混凝土結合面上，尤其是垂直面，鑽孔埋設錨筋，也可以增強新老混凝土粘結效果。錨筋的直徑、長度、間距應根據所在部位實際情況確定。

四、塗抹界面劑

傳統的新老混凝土結合面的接縫材料是水泥砂漿。試驗研究表明，合適高效的界面劑能有效提高新混凝土與既有混凝土粘結性能。在澆築新混凝土之前，在處理後的既有混凝土表面塗抹合適界面處理劑。使用新型高效的混凝土專用界面劑。界面劑的塗抹厚度在2毫米左右，並宜均勻塗抹，不得有氣孔、氣泡。大面積既有混凝土表面可用專業噴塗機進行噴塗。

五、纖維混凝土的拌合

纖維混凝土的生產過程的各個環節，不論是投料、攪拌、運輸，還是澆築和成型，都要有利於纖維混凝土的密實性和纖維分布的均勻性。為使纖維均勻分散，纖維混凝土的投料與攪拌採用工藝如圖3。

圖3 纖維混凝土攪拌工藝圖

纖維摻入混凝土中，不宜採用人工攪拌。在商品混凝土攪拌站拌制混凝土前，由施工單位派人攜帶纖維，按事先確定的使用量，在砂、石、水泥均勻拌合後，再加入定量的聚丙烯纖維進行乾拌，應將纖維與砂、石、水泥充分乾拌後再加水濕拌，攪拌時間也應適當延長，一般為80~100秒，整個攪拌時間較拌制普通混凝土延長40~50秒。為改善拌合物的和易性、泵送性，還必須摻加優質的減水劑或高效減水劑。

六、混凝土的運輸及澆築

纖維混凝土在攪拌站拌制均勻後，使用混凝土攪拌車進行運輸。應根據澆築情況選擇合適的運輸路線，以確保混凝土供應暢通，並在運輸過程中注意控制混凝土停放時間，攪拌車到達澆築地點，一般應加大馬力自轉25秒左右時間，混凝土經現場坍落度檢查合格後才可卸料至混凝土輸送泵送入模內，分塊分層澆築，兩罐之間的間歇時間不應超過混凝土的初凝時間。摻入聚丙烯纖維後，在澆築、振搗、抹面、養護等方面，還應做好以下工作：

1.選擇最佳澆築時間：避開晴熱天氣或選擇在下午和夜間作業，陰天尤佳，以保證混凝土澆築後緩慢收乾，減少早期乾裂縫的產生。

2.控制振搗時間和採用合理的振掏力法：比T士職中要有明確的分工，振搗細緻、認真。纖維混乾維A澆築混凝土前，應全面、專業的技術交底，在施工過程中要有明確的分工，振搗細緻、認真。凝土的振搗方法與普通混凝土相同，米用抽八式並在鋼筋密集部位加強振搗，從而確保混凝土的振榜E呈浮漿和不再下沉為準，搗固點間距不大於0.5米，並在鋼筋密集部位加強振搗，從而確保混搗質量，使纖維在混凝土中的作用在終凝後得到最大的體現。但注意不能過振，避免纖維分布不均勻，對於平板使用平板振動成型效果更好。

3.掌握好收漿與壓光的時間：紅生豐而趕壓密實並壓光，以防纖維外露，使纖維混凝土表面平整、粉前收漿後抹平，並在其終凝前將混凝土表面趕壓密實並壓光，以防纖維外露，使纖維混凝土表面平整、密實、光滑。由於經振搗後，水泥漿在混凝土表面積聚，形成厚厚的一層浮漿，該浮漿強度低、收縮係數大，容易產生表面裂紋，影響結構混凝土的表觀質量及力學性能。故在混凝土澆搗後，一般在初凝前，先用長刮尺按標高刮平，再用滾筒碾壓數遍，並用木蟹打磨壓平，以閉合收縮裂縫，在收乾過程中檢查表面乾縮裂縫，適當增加收光次數，對終凝前出現的表面乾縮裂縫及時收光，避免裂縫蔓延、加大如澆築時遇晴熱天氣，收光後應及時做好覆蓋、保濕工作，延緩水分蒸發及混凝土的乾縮時間。

七、混凝土溫控和養護

既有混凝土凝期長，溫度已趨於穩定，而新混凝土受水泥水化熱、氣溫等的影響，二者之間存在溫差，在既有混凝土結構的約束下，將產生溫度應力。對大體積纖維混凝土與既有混凝土粘結施工，宜採取降低纖維混凝土澆築溫度、通水冷卻等措施，以降低溫度應力。混凝土終凝後，及時對混凝土進行針對性的養護，如氣溫較高，應採取覆蓋薄膜或麻袋，並不間斷澆水保濕養護，冬期施工則應做好覆蓋保溫工作，以使混凝土的各項指標達到最高的要求，並確保纖維混凝土的抗裂、抗滲性能，同時，混凝土終凝後，應嚴格避免對結構混凝土的擾動。

材料設備

《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》的材料設備要求如下：

1.主要材料見表1。

表1 主要材料表

序號	材料名稱	規格型號	備註
1	聚丙烯纖維	≥270兆帕	抗拉強度
2	鋼纖維	≥380兆帕	抗拉強度
3	界面處理劑	混凝土界面處理劑	-
4	水泥	視既有混凝土強度而定	-
5	細骨料	潔淨度達到要求	-
6	粉煤灰	Ⅰ級	-
7	減水劑	高效型	-

2.主要機具設備見表2。

表2 主要機具設備表

序號	設備名稱	規格型號	備註
1	平板振動器	-	-
2	振動棒	60型	-
3	混凝土輸送泵	HBT80型	-
4	量筒	1000立方毫米	-
5	保溫被	50毫米厚	視施工季節而定

質量控制

施工企業採用《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》施工時，應採取的質量控制要求如下：

一、質量控制標準

（一）一般規定

1.纖維混凝土工程的施工除應遵守《纖維混凝土結構技術規程》外，尚應滿足國家標準《混凝土結構工程施工質量驗收規範》和其他有關行業的混凝土工程施工及驗收規範的規定。

2.既有混凝土表面處理的粗糙程度，採用灌砂法檢測時，其檢測值應在3.8~5毫米範圍內。

3.配合比的設計和質量檢驗時，鋼纖維混凝土性能的測試方法應符合《鋼纖維混凝土試驗方法》的規定。

（二）原材料

1.所用纖維的質量應符合《纖維混凝土結構技術規程》CECS38∶2004的規定。鋼纖維的幾何參數還要滿足表3的規定：

表3 鋼纖維幾何參數參考範圍表

工程類別	長度（毫米）	直徑（等效直徑）（毫米）	長徑比
一般澆築鋼纖維混凝土	20~60	0.3~0.9	30~80
鋼纖維噴射混凝土	20-~5	0.3~0.8	30~80
鋼纖維混凝土抗振框架節點	35~60	0.3~0.9	50~80
鋼纖維混凝土鐵路軌枕	30~35	0.3~0.6	50~70
層布式鋼纖維混凝土複合路面	30~120	0.3~1.2	60~100

2.不得採用海水、海砂拌制鋼纖維混凝土，嚴禁摻加氯鹽。

3.配製纖維混凝土宜選用高效減水劑。外加劑的性能應符合《混凝土外加劑套用技術規程》的規定，經試驗驗證後方可採用。

（三）攪拌

1.宜採用機械攪拌，當稠度較大時，攪拌機一次攪拌量不宜大於其額定攪拌量的80%。

2.攪拌纖維混凝土的各種材料的重量，應按照施工配合比和一次攪拌量確定，其稱量偏差不應超過表4的規定：

表4 材料稱量的允許偏差

材料名稱	鋼纖維	水泥、混合材	粗細骨料	水
允許偏差（%）	±2	±2	±3	±1

3.纖維混凝土的攪拌時間應通過現場攪拌試驗確定，並應比普通混凝土規定的攪拌時間延長1~2分鐘。採用先乾拌後加水的攪拌方式時，乾拌時間不宜少於1.5分鐘。

（四）質量檢驗

鋼纖維混凝土的質量檢驗，除應對原材料、配合比、施工的主要環節按現行有關混凝土結構工程施工與驗收規範的規定執行外，尚應補充下列檢驗項目：

1.按《纖維混凝土結構技術規程》附錄A的規定對鋼纖維進行質量檢驗；

2.鋼纖維的稱量每一工作班至少檢驗2次；

3.應採用水洗法在澆築地點取樣檢驗鋼纖維體積率，每一工作班至少2次，水洗法檢驗鋼纖維體積率的誤差不應超過配合比要求的鋼纖維體積率的士15%。

4.鋼纖維混凝土強度檢驗的試件製作、數量以及對強度的評定方法應參照現行有關混凝土工程施工驗收規範及國家標準《混凝土強度檢驗評定標準》的規定執行。

二、質量保證措施

（一）施工不要在雨天進行，氣溫最好低於30℃。

（二）專人檢查原材料的穩定性，儘量與試驗吻合，特別注意骨料的質量。

（三）在施工前和施工時，複合原材料稱量系統，稱量偏差符合相關規範。

（四）泵送纖維膨脹混凝土的攪拌，採用將纖維、摻合料、水泥和骨料先乾拌，而後加水和減水劑的方法，並增加攪拌時間。

（五）在攪拌合泵送兩個環節上，派專人觀察混凝土的坍落度、和易性、稠度，混凝土不得有離析、泌水、纖維團聚現象。

安全措施

施工企業採用《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

施工過程嚴格按照《建築安裝工程安全技術規程》有關規定施工，尤其是在高空作業更應該加強安全施工意識，特別注意以下幾點：

1.―對攪拌工人進行安全教育：不要讓纖維進入眼睛，施工中不宜從高空拋灑，一旦進入眼睛，千萬不能揉眼，要翻開眼瞼用大量清水沖洗後就醫。

2.混凝土施工機械操作人員須經專門培訓，持證上崗。

3.使用振動器的作業人員，應穿膠鞋、戴絕緣手套。振動器設有漏電保護器。

4.設專人隨時檢查架子及模板穩定情況，發現問題應及時匯報並處理。

5.澆築平台應滿鋪架板，四周搭設防護欄桿。架子上嚴禁放置活動鋼管，架板鋪設應穩固，不得出現探頭板現象。保持通道通暢安全。

6.接拆泵管要先停泵，再接拆泵管。泵送期間不得進行接管工作。堵管時嚴禁在管正前方用手掏管內的混凝土。

7.施工用電應由電工接線，其他人員不得私自接電。電線不得直接掛在鋼管上或鋼筋上，應使電線掛在橫木上。

8.所有施工人員不得赤膊、穿拖鞋、袖口、褲腿上衣擺要緊，防止被他物掛住。

9.供電系統必須採用三相五線制，應有可靠的接地系統，電路絕緣好，避免漏電傷人。混凝土振動器等用電設備應設漏電保護器，並經安全檢驗合格，定期檢查。夜間施工應有足夠照明，線路設定應按電工及項目部管理人員的要求設定，不得亂拉亂扯電線。

環保措施

施工企業採用《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》施工時，應採取的環保措施是：

1.材料運輸車輛嚴格管理，不超載、不遺灑、不揚塵，文明駕駛，遵守交通法規。

2.模板和防水卷材切割時注意減少揚塵，完工後將材料堆碼整齊，工作現場清理乾淨，對建築垃圾，特別是有毒有害物質，應按時定期地清理到指定地點，不得隨意堆放。電器設備及工具回收入庫，鎖好電源閘箱。

3.現場散落的模板和防水卷材廢料應回收集中，供再生後重複利用。

4.分段澆築混凝土時注意對已完成混凝土面的保護，混凝土施工注意工完料清，保證施工現場的清潔。

效益分析

採用《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》施工的效益有：

纖維混凝土的套用已經很廣泛，但是與既有混凝土的粘結關鍵技術研究尚少。該成果一方面解決了混凝土粘結修補加固中的關鍵問題，找到了粘結面最好的處理方式，建立了纖維混凝土與既有混凝土粘結的基本理論，具有重要的理論意義。另一方面，採用新型建築複合材料進行粘結修補加固，極大地提高了粘結性能，經濟效益是非常明顯的。林州市羅圈水庫除險加固工程，加固面積1500平方米，原設計雙層雙向到10@150鋼筋網片，採用該工法施工後節省鋼筋每平方米8.02kg，節約人工費每平方米15元，增加纖維費用每平方米13元，同比每平方米節約費用42元，本工程共節約費用6.3萬元。僅河南省有四百多座水庫需要除險加固，提出的纖維混凝土與既有混凝土粘結施工關鍵技術在水利、土木、交通等領域均具有廣泛推廣套用前景。

套用實例

採用《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》的套用實例如下：

1.林州市羅圈水庫除險加固工程套用了聚丙烯纖維混凝土進行除險加固，經濟和社會效益明顯，施工質量優良。

2.林州市團結水庫除險加固工程採用聚丙烯纖維混凝土進行除險加固，經濟和社會效益明顯，施工質量優良。

3.河南科技市場數碼港工程在後澆帶施工中，採用了聚丙烯纖維混凝土處理後澆帶，結合效果非常好，沒有出現任何裂縫和漏水現象。

榮譽表彰

2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《纖維混凝土與既有混凝土粘結施工工法》被評定為2007-2008年度國家二級工法。