佳密克丝钢纤维——产品应用>>>管桩及预制构件

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	佳密克丝钢纤维在管桩业的应用
	佳密克丝钢纤维混凝土预制构件的前景

佳密克丝钢纤维在管桩业的应用

　　随着我国建筑业的发展，越来越多的大管桩被广泛使用。但是大型管桩在顶进过程中必须面临数千次锤击或重荷载持续重压的考验，这就对管桩桩头的坚固性、耐久性、抗冲击、抗疲劳性能等混凝土的整体综合性能提出了更高的要求。

　　钢纤维可以改善传统混凝土的性质，钢纤维的抗拉强度，弹性模量及变形性能可以增强其与混凝土之间的握裹力且提高混凝土的延展性。基于这种高延展性，钢纤维混凝土可被应用于构筑需具有抗冲击能力及疲劳强度，具有一定韧性的结构而不致发生破坏。理论研究表明：针对大管桩的结构特点和施工特点，即抗弯刚度大和承受的打桩锤击力大，掺入钢纤维可以提高大管桩结构混凝土的延展性，可以减少锤击管桩结构的脆性破坏。事实也证明了在大管桩混凝土中掺入钢纤维可以直接减少锤击大管桩结构的脆性破坏。佳密克丝钢纤维应用于管桩桩头部位，可以显著改善管桩桩头的抗冲击荷载效能，在我国的港口建筑领域、海事工程等方面得到广泛采纳和应用。

推荐文章：《钢纤维在大管桩的应用》，作者：中港三航局江苏分公司陶满军

钢纤维在大管桩中的应用

中港三航局江苏分公司陶满军
关键词：钢纤维混凝土，延展性，强度，裂缝，外观问题，海水环境，抗腐蚀，电化学机理，推广应用

一、钢纤维混凝土 　　钢纤维混凝土（Steel fibre reinforced concrete, SFRC）是一种复合材料，由钢纤维和混凝土组成，故其承载强度是由两者相互作用而形成。钢纤维混凝土作为一种特殊的工程材料，一般应用于厂房地坪工程，机场地坪工程和桥面工程。

二、钢纤维混凝土在大管桩中的应用机理和可行性 　　钢纤维可以改善传统混凝土的性质，钢纤维的抗拉强度，弹性模量及变形性能可以增强其与混凝土之间的握裹力且提高混凝土的延展性。基于这种高延展性，钢纤维混凝土可被应用于构筑需具有抗冲击能力及疲劳强度，具有一定韧性的结构而不致发生破坏。理论上掺入钢纤维可以提高大管桩结构混凝土的延展性，可以减少捶击管桩结构的脆性破坏。

　　针对大管桩结构特点和施工的特点，即抗弯刚度大和承受的打桩捶击力大，所以我们认为在大管桩混凝土中掺入钢纤维可以直接减少捶击大管桩结构的脆性破坏。

　　掺入钢纤维基本不需要对原有的生产工艺做改动，在原有的生产施工流程上可以直接加入钢纤维工序，即可实现。且掺入钢纤维后的管节对管桩的张拉施工没有影响。

三、钢纤维混凝土在大管桩中的工程实例 　　2002年11月我公司承接了蛇口12#港位码头工程，该工程为高桩梁板结构，其桩基为大管桩结构（大管桩由我局新会航建公司生产）。针对该工程的特殊性和重要性，我们一方面开发了三绞线C2型大管桩，同时通过技术论证和比较向业主和监理方提出了在大管桩中掺加钢纤维方案，方案经批准后实施。

　　1.钢纤维混凝土在大管桩中掺入量及施工方法

　　根据大管桩分段预制，后张拉成品的生产特点，我们选择了主要承受捶击力的桩顶节和起破上嵌岩的桩尖节作为掺入钢纤维的部位。这样可起到提高桩本体的抗锤击性能，又可节约相当的工程成本。

　　经比较在本工程中我们采用了上海生产的佳密克丝冷拔钢纤维,其单根长度为35mm，直径为0.55mm。根据钢纤维厂家推荐的以往工程的经验和我部以前的实验数据,我们在大管桩混凝土中按照水泥用量的5%掺入钢纤维。最后确定所使用的施工配合比为—水泥：砂：石：水：外加剂：刚纤维=1：1.15：2.7：0.28：0.005：0.05,经过配合比试拌,该混凝土配合比满足混凝土的工作度和强度要求。

　　生产中，通过试验我们仔细记录了掺入钢纤维混凝土的搅拌时间。施工时将钢纤维同骨料一同投入。遵循以“钢纤维完全散开,单根均匀分布在混凝土中”为准，搅拌时间较以前略为增加，我们确定搅拌时间为3分钟/罐。在具体生产上我们先桩顶节施工,集中桩顶节一起生产,以便于普通混凝土生产的正常化。

蛇口12#泊位的钢纤维大管桩实例照

　　2.掺入钢纤维德混凝土（试块）的强度表现

　　管节是通过高温蒸养达到早期强度的，通过试验室的混凝土试块试验数据表明，钢纤维混凝土实体密度增加不明显，但是试块早期强度较高，而且28天强度也较不掺入钢纤维的混凝土高。
　　管桩C60试块强度比较表（掺入钢纤维量为水泥用量5%）单位：MPa

制作日期	11-29	12-6	12-8	12-10	12-15	12-17	12-19
掺钢纤维28天强度	80.9	82.2	78.8	80.6	80.4	81.4	80.6
不掺钢纤维28天强度	78.3	77.2	76.0	78.5	77	77.8	79.8

　　其中掺钢纤维组强度平均值为80.7MPa，而不掺钢纤维组强度平均值为77.8MPa。而且在握裹力试验中也表明掺入钢纤维的混凝土握裹力略高。

四、使用钢纤维后的效果和外观问题 　　在掺入钢纤维德管节的跟踪观察中，我们发现部分管节的内壁细小裂缝明显少于普通管节，大部分钢纤维管节基本没有早期因混凝土凝固收缩而产生的细小裂缝。通过分析，我们认为钢纤维在混凝土中均匀分布，一方面可凭借钢纤维有效传送与分配应力，使混凝土收缩裂缝化解为微细散置的微细裂缝；另一方面钢纤维因具增加混凝土握裹力的功能，可以阻止混凝土在大幅度温度骤然上升或下降的状况下产生的剥落现象。从这方面看，钢纤维具有控制裂缝的作用，这对延长大管桩的使用寿命具有积极的意义。

　　沉桩施工现场的反馈情况：施工按照设计要求使用锤型为D-100锤，一般管桩在捶击2000左右，桩顶就会有损伤。而掺钢纤维的管桩捶击数达3000击以上时，除桩顶轻微掉角，表层局部松动外，基本没有较明显的损伤。在打桩过程中，锤体不仅存在锤击压应力，还同时存在锤击拉应力。由于钢纤维能对混凝土基体产生增强、增韧和阻裂效应，从而较明显的提高混凝土抗拉和抗弯强度、阻裂和限缩能力、抗冲击和耐疲劳能力，大幅度提高管桩混凝土的韧性。即在大管桩中掺入钢纤维提高了管桩的抗锤击能力。

　　但由于现场桩顶节多处于海水潮位变动区，钢纤维在海水的腐蚀作用下，外观大多出现了锈斑。这也引起了现场监理工程师的重视：究竟钢纤维的锈蚀有多大的损害？会不会影响工程质量？

五、针对在大管桩掺入钢纤维后引起的部分问题的讨论 　　从总体上看，桩顶管节掺用一定量的纤维，对于提高桩顶抗锤击能力，保证沉桩质量有较好的使用效果，但是钢纤维的腐蚀会不会膨胀扩大混凝土的裂缝呢？钢纤维混凝土能否使用海水环境呢？

　　针对工程中出现的钢纤维的腐蚀问题，我们查阅了国内外类似工程的学术研究成果。目前国内尤其缺少钢纤维应用在海水工程中的相关研究。美国和日本的学者都认为钢纤维对结构筋有保护作用，而关于钢纤维保护机理的研究尚未统一。主要的保护机理研究的观点包括以下几种：一部分学者认为钢纤维代替结构钢筋被腐蚀，从而起到了阴极保护作用；一部分学者认为钢纤维均匀分布在混凝土中打乱了结构钢筋所形成的电场，抑制了结构钢筋腐蚀；还有部分学者认为混凝土中存在的钢纤维抑制了混凝土中CL-和OH-离子的浓度，从而起到了抑制钢筋腐蚀的作用。但学者们一直认为钢纤维的腐蚀不会膨胀扩大混凝土的毛细裂缝，且钢纤维具有协助提高结构钢筋的抗腐蚀能力。

　　我们认为掺入的钢纤维在混凝土内部的腐蚀，这可以通过电化学机理解释。一般而言，与阳极面积相比足够大的阴极面积是加速（钢筋）锈蚀所必须的。在掺钢纤维钢筋混凝土试件中锈蚀只发生在表面裸露处，且锈蚀裂缝范围几乎不再扩延。在掺加钢纤维钢筋混凝土中，裂缝处的（结构钢筋）起源点则成为阳极，由于受到随机方向的钢纤维边界影响，结构钢筋周围的电场假定是不连续的。结果在宏观方式上结构钢筋维持恒定的电场是困难的，分散的钢纤维从而起到了抑制结构钢筋锈蚀的作用。简单地说，掺入钢纤维可防止混凝土内部的钢筋锈蚀。因此钢纤维钢筋混凝土大管桩较普通混凝土大管桩具有较高的抗腐蚀性能。

六、总述 　　1.通过工程实例，从总体上看，桩顶管节掺用一定量钢纤维，对于提高桩顶抗锤击能力，保证沉桩质量有较好的使用效果，通过桩顶节掺加钢纤维在很大程度上提高了大管桩的施工性能。

　　2.通过提高桩基工程设置成本，延长了码头实体寿命周期，这是符合价值工程学的科学结论。结合钢纤维混凝土的优异表现，所以我们建议应大力推广钢纤维在海事工程中的应用。但在钢纤维种类的选择上还需要进行更详细的比较和论证。

　　3.目前掺入钢纤维的大管桩主要是在管顶节（1节），这并不能充分发挥出钢纤维混凝土的抗腐蚀性能。施工中从浪溅区到水位变动区一般都会涉及到桩顶前两节（8m）。所以我建议每根桩的桩顶掺钢纤维管节应不少于2节。

　　4.钢纤维钢筋混凝土作为一种各成份分能的复合材料体，对钢筋锈蚀的控制机理仍需时间研究。且掺入钢纤维的大管桩桩基应通过长期的观察和普通的大管桩桩基进行比较，从而确定钢纤维对工程的正面影响程度和可能的负面影响以及钢纤维对钢筋混凝土耐久性能的加强作用。