室内试验：研究喷射钢纤维混凝土技术应用于大坝加固的可行性

初步设计方案中，要求成品钢纤维28d龄期需要达到的主要指标如下：

设计单位在提出上述技术指标和如何将该方案付诸实施，都进行了深入细致的研究，并为此做了大量工作。不仅组织项目设计人员赴类似工程实施现场考察调研，早在《佛子岭除险加固工程初步设计报告》编制过程中的2001年11月，就编制了《佛子岭除险加固工程喷射钢纤维混凝土试验研究计划任务书（讨论稿）》（以下简称《试验计划书》），并落实了具体单位开始进行试验研究。

《试验计划书》在谈到喷射钢纤维混凝土试验研究的必要性和目的时指出：国内在水利水电工程上应用喷射钢纤维混凝土始于20世纪80年代，目前多应用在地下工程的支护中，安徽省在水电工程上应用喷射钢纤维混凝土尚无先例，同时，本工程为了提高钢纤维混凝土强度粘结力和抗渗性能，减少回弹率，提高一次喷层厚度，拟采用新型外加剂W（指WⅠ或WⅡ，下同），对于掺加外加剂W的钢纤维混凝土，目前尚未见有W喷射钢纤维混凝土的试验研究资料和应用成果，因此，需通过对不同配合比喷射混凝土特性的试验研究，并通过在现场对坝垛加固的试喷，检验和取样试验，以选择性能优良、经济合理，适合于本工程加固需要的高质量喷射混凝土，同时通过试喷，改进和优化施工工艺，为大坝结构加固的设计和施工提供依据和质量保证，加固后大坝达到应有的效果和安全度，并为掺W外加剂的喷射钢纤维混凝土这种新技术、新材料在安徽省大坝加固中的应用开拓新的途径。可以看出，室内试验初期已经认识到将喷射钢纤维混凝土技术应用于大坝加固尚无先例。为了提高加固效果，钢纤维混凝土的原材料、配合比、外加剂的选择和施工工艺的确定是至关重要的因素，这些都要进行试验研究。

《试验计划书》在现场试喷加固设计方案中，提出了选择在5号垛内底部加固范围进行钢纤维混凝土的试喷，采用湿喷法施工，一次喷至设计厚度的设想。用图示标明了试喷的范围及其结构形式。指出：垛上游面板喷层厚不小于50cm，侧墙40cm。对钢筋布置的位置、型号等都提出了具体要求。

《试验计划书》在谈到喷射钢纤维混凝土的原材料及配合比时指出，喷射钢纤维混凝土的材料由钢纤维、水泥、骨料、水和W等外加剂组成。对钢纤维提出了具体的规格、型号和品牌。水泥要求选用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5级，其性能符合现行水泥标准。对于粒径小于5.0mm的细骨料，要求采用坚硬、耐久的中、粗砂，细度模数不小于2.5。对于粗骨料，要求采用粒径不大于10mm的坚硬、耐久的碎石或卵石。骨料的强度、软弱颗粒含量、泥土及有机物质等含量须符合YBJ226—91《喷射混凝土施工技术规范》的技术要求。骨料级配要满足表2.25的要求。

表2.25　骨料级配控制范围

对速凝剂要求满足DL/T5100—1999《水工混凝土外加剂技术规程》和JC477—92《喷射混凝土用速凝剂》的要求。在使用速凝剂前需作与水泥的相容性试验及水泥浆凝结效果试验，其初凝时间不大于5min，终凝不超过10min，不得使用过期、受潮变质的速凝剂。使用膨胀剂补偿混凝土因干缩、冷缩产生裂缝，要求其性能满足JC476—1998《混凝土膨胀剂》的规定。

《试验计划书》还就混合料的配合比提出了以下要求：

（1）钢纤维掺量：40～100kg/m3。

（2）水泥（包括其他胶凝材料）与砂石料的重量比：1∶3.5～1∶4.0。(www.xing528.com)

（3）砂率：50%～60%。

（4）水灰比：0.45～0.5。

（5）W型外加剂：水泥重量的5%～12%。

（6）速凝剂及其他外加剂掺量根据试验确定。

《试验计划书》在谈到试验项目及其要求时，着重于室内配合比选择试验、喷射钢纤维混凝土大板试验和现场喷射钢纤维混凝土试验三个方面。

对于室内配合比选择试验，又分别按不同钢纤维掺量的混凝土试验、不同W型外加剂掺量的混凝土强度试验、不同水泥用量掺粉煤灰混凝土的试验、速凝剂试验、膨胀剂掺量及效果试验等进行。对于不同钢纤维掺量的混凝土试验，是按钢纤维含量0、40kg/m3、60kg/m3、80kg/m3，其他混合料配比不变，进行拌和料初凝、终凝时间、质量密度、坍落度和混凝土1d、7d、14d、28d的抗压强度、抗折强度和28d混凝土抗折弹性模量试验。其他混合料的参考配合比（每1m3含量，以kg计），见表2.26。

表2.26　初拟喷射钢纤维混凝土配合比

对于不同W型外加剂掺量的混凝土强度试验，按W掺量为水泥重量的0、5.7%、8%和11%，其他混合料配比不变，进行1d、3d、14d、28d钢纤维混凝土的抗压和轴心抗拉强度试验，在其他混合料的配比中，钢纤维采用50kg/m3。

对于不同水泥用量掺粉煤灰混凝土的试验，按水泥380kg/m3+粉煤灰50kg/m3、水泥400kg/m3+粉煤灰30kg/m3、水泥420kg/m3+粉煤灰0、水泥440kg/m3+粉煤灰几组配合比，测试其28d的抗压和轴拉强度及1d、3d、7d、14d、28d、45d、60d的干缩率。其他混合料的配比中，钢纤维采用50kg/m3，外加剂W为水泥重量的11%。粉煤灰细度：0.080mm筛孔的筛余量不超过10%，水灰比按控制坍落度100～140mm选择。

对于速凝剂要求按规范进行与水泥的相容性试验及水泥浆凝结效果试验，其初凝时间不大于3min，终凝不超过10min，进行掺速凝剂和不掺速凝剂的水泥砂浆的1d、28d抗压强度试验，选择出1d抗压强度不小于10MPa、28d抗压强度比不小于90%，对钢筋（或钢纤维）无锈蚀作用的速凝剂及其掺量。

对于膨胀剂掺量及效果试验，进行掺加膨胀剂和不加膨胀剂钢纤维混凝土的干缩试验和测定温度变形。干缩试验在恒温20±2℃下分别测定1d、7d、14d、28d、60d的干缩率，并测定28d以上钢纤维混凝土试件在温降10℃、15℃时的长度变形值。

另外，还对喷射钢纤维混凝土大板试验、现场喷射钢纤维混凝土测试和取样试验等都提出了具体要求，有关的试验方法和要求参照CECS13：89《钢纤维混凝土试验方法》和欧洲喷射混凝土规范（EFNARC）。