鋼纖維混凝土在現代公路工程中的應用

摘 要:鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻八亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的多相復合材料。這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。近幾年，鋼纖維混凝土在路面施工中得到的應用，下面就針對鋼纖維混凝土在路面施工中的應用技術進行一些簡要的探討。

關鍵詞:鋼纖維混凝土 性能 施工 技術

用普通水泥混凝土修建路面雖有強度高，板塊性好，有一定的抗磨性及承受氣象作用的耐久性好等特點，但它的最大缺陷是脆性大、易開裂、抗溫性差，路面板塊容易受彎折而產生斷裂，所以就要求路面面板應有足夠的抗彎、抗拉強度和厚度。用鋼纖維混凝土修筑路面，就是意將鋼纖維均勻地分散于基體混凝土中(與混凝土一起攪拌)，并通過分散的鋼纖維，減小因荷載在基體混凝土引起的細裂縫端部的應力集中，從而控制混凝土裂縫的擴展，提高整個復合材料的抗裂性。同時由于混凝土與鋼纖維接觸界面之間有很大的界面粘結力，因而可將外力傳到抗拉強度大、延伸率高的纖維上面，使鋼纖維混凝土作為一個均勻的整體抵抗外力的作用，顯著提高了混凝土原有的抗拉、抗彎強度和斷裂延伸率。特別是提高了混凝土的韌性和抗沖擊性。

1 鋼纖維混凝土的基本性能

鋼纖維混凝土中亂向分布的短纖維主要作用是阻礙混凝土內部微裂縫的擴展和阻滯宏觀裂縫的發生和發展。在受荷(拉、彎)初期，水泥基料與纖維共同承受外力，當混凝土開裂后，橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。因此鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優越的物理和力學性能。

1.1 強度和重量比值增大這是鋼纖維混凝土具有優越經濟性的重要標志。

1.2 具有較高的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強度在混凝土中摻入適量鋼纖維，其抗拉強度提高25%～50%，抗彎強度提高40%～80%，抗剪強度提高50%～100%。

1.3 具有卓越的抗沖擊性能

材料抵抗沖擊或震動荷載作用的性能，稱為沖擊韌性，在通常的纖維摻量下，沖擊抗壓韌性可提高2—7倍，沖擊抗彎、抗拉等韌性可提高幾倍到幾十倍。

1.4 收縮性能明顯改善在通常的纖維摻量下，鋼纖維混凝土較普通混凝土的收縮值降低7%～9%。

1.5 抗疲勞性能顯著提高鋼纖維混凝土的抗彎和抗壓疲勞性能比普通混凝土都有較大改善。當摻有1.5%鋼纖維抗彎疲勞壽命為1×106次時，應力比為0.68，而普通混凝土僅為0.51:當摻有2%鋼纖維混凝土抗壓疲勞壽命達2×106次時，應力比為0.92，而普通混凝土僅為0.56。

1.6 耐久性能顯著提高鋼纖維混凝土除抗滲性能與普通混凝土相比沒有明顯變化外，由于鋼纖維混凝土抗裂性、整體性好，因而耐凍融性、耐熱性、耐磨性、抗氣蝕性和抗腐蝕性均有顯著提高。摻有1.5%的鋼纖維混凝土經150次凍融循環，其抗壓和抗彎強度下降約20%，而其他條件相同的普通混凝土卻下降60%以上，經過200次凍融循環，鋼纖維混凝土試件仍保持完好。摻量為1%、強度等級為CF35的鋼纖維混凝土耐磨損失比普通混凝土降低30%。摻有2%鋼纖維高強混凝土抗氣蝕能力較其他條件相同的高強混凝土提高1.4倍。鋼纖維混凝土在空氣、污水和海水中都呈現良好的耐腐蝕性，暴露在污水和海水中5年后的試件碳化深度小于5mm，只有表層的鋼纖維產生銹斑，內部鋼纖維未銹蝕，不像普通鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕后，銹蝕層體積膨脹而將混凝土脹裂。

2 鋼纖維混凝土原材料的選擇及配合比設計

2.1 水泥一般可采用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥。因鋼纖維混凝土路面特殊工作條件、厚度小，故路面混凝土應盡可能采用強度高、干縮性小、抗磨性及抗凍性好的水泥。

2.2 集料粗骨料(粒徑大干7mm)，宜采用巖漿巖或未風化的沉積巖碎石，不宜采用石灰巖碎石，最大粒徑不宜大于20mm和鋼纖維長度的1/2。細集料(粒徑小于5mm)可用天然砂，要求顆粒堅硬耐磨、級配良好、表面粗糙有棱角。

2.3 水和外摻劑同普通混凝土一樣，以飲用水為宜，混凝土用水量約為130-180kg/m³，為保證混凝土具有足夠的強度和密實度，水灰比宜為04-0.55，水灰比低時，混凝土和易性差，可增加減水劑或塑化劑，為使路面提早開放交通，可在混凝土中摻加適量早強劑，為提高混凝土的和易性、抗凍性，可摻入適量加氣劑。

2.4 配合比設計為利于路面工程的實際運用，鋼纖維混凝土的配合比設計應直接基于鋼纖維混凝土的性能及使用進行設計，即在使用鋼纖維混凝土配合比設計中，以鋼纖維混凝土的抗折強度作為配合比設計指標，尋求制約鋼纖維混凝土抗折強度的主要因素，如鋼纖維摻入量，鋼纖維長徑比，水泥標號與水灰比之間的比例關系，通過上述諸因素的調整，控制鋼纖維的抗折強度。

鋼纖維混凝土配合比設計時，必須滿足路面設計要求的拌和性能及硬化后的性能、鋼纖維混凝土路面結構的設計要求決定，通常為抗壓強度、抗折強度、彎曲韌度等，通常路面結構設計時以抗折強度、抗壓強度為主要強度指標，為提高鋼纖維混凝土的韌性，應盡可能選用與混凝土基體粘結強度較高的鋼纖維。路面鋼纖維混凝土配合比的強度試驗，應根據路面等級和工程要求分別進行抗壓與抗折試驗。

3 鋼纖維混凝土的施工技術

3.1 拌和拌和是保證鋼纖維混凝土在混凝土基體中均勻分布的重要環節，因此，鋼纖維混凝土路面施工須采用機械攪拌，一般采用強制式或反錐式攪拌機，為保證鋼纖維混凝土攪拌均勻，其投料順序為:水泥、粗集料、細集料、鋼纖維，其中纖維投料分三次投入拌和機中，干拌均勻，再加足水濕拌，拌和時間一般為2～3分鐘。

3.2 運料在運送混合料時，主要采用手推車、翻斗車或自卸汽車運輸，應盡量縮短運送的時間和距離，以免運輸中振動使鋼纖維下沉，影響拌和料的均勻性，運輸中要防止鋼纖維受污染，運輸的最長時間以試驗提供的水泥初凝時間并給予施工留有足夠的操作時間為限。

3.3 澆筑當混合料運送至指定地點后，一般直接倒入安裝好模板的路槽內，并用人工找平，落料時應避免同一處大堆落下，在規定的連續施工區段內，必須連續進行，不能中斷，否則會造成鋼纖維沿接縫隙表面排列，不能產生增強作用，易產生裂縫。

3.4 振搗鋼纖維混凝土的振搗機具宜用平板振搗器。若板厚在0.2m以內可一次攤鋪成型，振動時間一般以表面振出砂漿、混合料不再下沉為度，嚴禁漏振，再用兩端置于外側模板的振動梁，沿攤鋪方向振動壓平，振動過程中，多余混合料被刮出，低凹處應隨時補足，最后用置于兩側模板上的無縫鋼管，沿縱向滾壓一遍，以確保路面的平整度。

3.5 表面處理為防止鋼纖維外露或豎直伸出表面。以保證車輛及行人安全，在整平前可用凸棱的金屬壓滾或其它方法，將豎起或外露的鋼纖維壓入后再整平，抹面和壓紋時也不得將鋼纖維帶出，抹平的表面應在初凝前進行壓紋和拉毛，壓紋和拉毛工具，宜使用壓滾和刷子，不得使用竹掃帚。路面切縫宜采用割縫機割出要求深度的槽口，割槽時間不宜過早或過遲，在鋼纖維抹面后12-48小時左右，抗壓強度達到5-10Mpa作為切縫時間。

因鋼纖維抗拉性能好，阻裂能力和抗收縮性能好，在施工條件許可時，一般7-9m寬的路面勿需設縱縫，可用整幅施工，橫向縮縫按15～20m間距設置。