上下層布式鋼纖維混凝土在路面工程施工中的應用

張愛榮+馬鑫

摘 要：鋼纖維混凝土作為一種新型建筑材料，與普通混凝土相比，其抗彎、抗裂、抗疲勞等性能更強，因此得到了建設施工單位的普遍關注。但因其高昂的價格，對其發展及利用產生了極大的制約，如何減少鋼纖維混凝土造價已經成為當前人們關注的焦點。為此，層布式鋼纖維混凝土應運而生。本文與具體工程案例相結合，對公路路面工程施工中上下層布式鋼纖維混凝土的設計方法、施工工藝進行了分析，并測試了其施工后的路面性能，以期充分發揮鋼纖維混凝土材料的作用，全面提升公路工程的質量。

關鍵詞：鋼纖維混凝土；路面結構；施工案例

中圖分類號：U416.216 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0123-02

鋼纖維混凝土作為一種新型材料，其僅需鋼纖維摻加到普通混凝土即可，該材料力學性能良好，能夠對混凝土裂縫問題進行有效防治。但因其造價較高，并沒有在路面工程施工中得到廣泛使用。為有效解決該問題，布式鋼纖維混凝土受到了人們的關注。該工藝是由湖北省公路局了、武漢東州科技發展公司聯合武漢理工大學提出，其形成的路面結構為鋼纖維混凝土+素混凝土+鋼纖維混凝土，該工藝不僅不會降低鋼纖維力學性能，還能大大減少鋼纖維用量，不僅可以起到良好的路面施工效果，還能降低工程造價，因此，得到了人們的普遍關注。

1 層布式鋼纖維混凝土的概況

近年來，鋼纖維混凝土已成為道路路面工程不可或缺的重要新型材料，與普通混凝土材料相比，其優點包含良好的抗折強度、抗磨性、抗沖擊性及抗疲勞性等。據大量實踐證明，與素混凝土路面相比，條件相同情況下，鋼纖維混凝土路面厚度可降低30%-50%，使用壽命可延長10年左右，縮縫間距可增加到20到50m之間。但其經濟性較差。如1m3鋼纖維混凝所需水泥量為一半左右，而鋼纖維用量可達到80到100kg，該數值與素混凝土路面用料相比要遠遠高出許多。為了更好地將鋼纖維混凝土的優良性能發揮出來，并達到合理控制成本的目的，上下層布式鋼纖維混凝土被逐漸應用到公路路面工程施工當中。層布式鋼纖維混凝土復合路面是指將相應量的鋼纖維灑布到混凝土試件的上下表面，以此達到提升混凝土強度的作用。據相關試驗顯示，與素混凝土抗折強度相比，該鋼纖維混凝土具有更好抗折強度，提升比例可達到30%到40%之間，并基本等同于整體式鋼纖維混凝土抗折強度。由此可見，公路路面等承受彎曲板式結構內選用上下層布式鋼纖維混凝土，能夠達到路面厚度減少、路面縮縫間距增加及使用壽命延長的目的。與整體式鋼纖維混凝土路面相比，其造價更低。因此在路面工程建設中，層布式鋼纖維混凝土應用前景更為廣闊。

2 路面工程上下層布式鋼纖維混凝土的設計方案

2.1 工程案例

某公路工程屬于二級改建公路，8m為其路面寬度，為混合交通，使用初期標準軸載交通量可換算為400n/d，預計6%為年平均增長率，20年為設計使用年限，根據中等交通等級進行路面設計。路面結構為上基層（15cm水泥穩定砂礫，E=400mpa）+下基層（20cm石灰土，E=400mpa）+土基（E=25mpa）。根據工程實際情況，素混凝土與層布式鋼纖維混凝土的抗折強度分別為4.5mpa、6.8mpa；彈性模量相同，為28x103mpa。

2.2 層布式鋼纖維混凝土路面設計

（1）路面板應力計算。22cm為該路段素混凝土原路面設計厚度，本文只設計上下層布式鋼纖維混凝土路面厚度。假設16cm為路面結構，即：鋼纖維混凝土1.5cm+素混凝土13cm+鋼纖維混凝土1.5cm。通過試驗得出，6.8mpa為整體抗折強度，28x103mpa為彈性模量。通過有限元法計算得出：溫度梯度Tk=1.17x0.86=1.006℃/cm；基層頂面當量回彈模量為148.5mpa；最大荷載應力為2.20mpa；板邊中部溫度應力為2.21mpa。

（2）疲勞應力計算。通過試驗得出，本工程荷載疲勞應力為4.68mpa；溫度疲勞應力為1.08mpa；強度為7.004mpa，與設計強度要求相符。

3 路面工程上下層布式鋼纖維混凝土施工流程

3.1 施工準備

3.1.1 原材料準備

水泥：選取425#普通硅酸鹽水泥用于施工，施工前應對其抗折、抗壓強度進行測量，其中3天抗折強度為4.5mpa、抗壓強度為22mpa；28天抗折強度為7.2mpa、抗壓強度為46mpa。

細集料：選用碎石軋制的石屑作為本工程細集料，3.1為其細度模數，14.2%為其壓碎值。

粗集料：以0—40mm粒徑的級配碎石用于施工。

鋼纖維：根據工程實際情況，選取58長徑比的剪切型波紋鋼纖維用于施工。

3.1.2 其他準備

因本地砂量不足，要求路面天然砂由石屑替代。通過試驗得出混凝土配合比為水：水泥：石屑：碎石=160：360：776：1140。除此之外，還需對混凝土的強度加以重視，如表1所示。

由表1可見，與素混凝土抗折強度相比，上下層布式鋼纖維混凝土較高，提升比例高達40%左右。但兩者之間的抗壓強度相差較小。

3.2 施工流程

（1）試驗段施工。為確保施工質量，需在本段公路合理選擇試驗段，本文以1604k—1607k段為例分析，其長度為3km，因本試驗段位于三級公路，屬于瀝青表面，7cm為其面層寬度，3到4.5cm為其厚度。目前，針對本擴建工程，需將三級公路改造為二級公路，同時加寬公路。12m為路基寬度；9m為路面寬度；上基層選取水穩砂礫，厚度為16cm；下基層選取碎石灰土，厚度為15cm；路面選取布式鋼纖維混凝土，厚度為16cm。

（2）撒布鋼纖維。選取專用鐵篩，根據施工規定進行撒布，要求具有均勻性，不得出現團狀現象。要求先準確計算出鋼纖維撒布用量、面積等，隨后指派專人進行撒布施工。

（3）整平施工。攤鋪第一層石屑混凝土時，需對混凝土松鋪厚度加以嚴格控制，一般情況下，可控制在施工設計要求松鋪厚度值以下，隨后做好整平作業。避免部分位置上層鋼纖維在試模高度以上。同時，振動梁平作業時，需翹起上層鋼纖維，避免混凝土撒布過程中對鋼纖維造成損害。

（4）鋪撒石屑。選取人工方式進行第二層石屑混凝土撒布施工，應確保厚度均勻，1cm左右即可。

（5）切縫。完成上下層布式鋼纖維混凝土施工后，即可改善混凝土路面抗裂性能，并有效增加路面縮縫間距。

4 上下層布式鋼纖維混凝土路面性能分析

為充分了解層布式鋼纖維混凝土路面性能，施工過程中，可分別抽檢兩種混凝土路面工程的質量，即：素混凝土路面、層布式鋼纖維混凝土路面，其結果可通過表2顯示。由此可見，選取層布式鋼纖維混凝土具有更高強度，路面結構更為合理。

5 結語

綜上所述，作為一種新型路面結構形式，層布式鋼纖維混凝土不僅具備整體式鋼纖維混凝土路面的良好性能，還能夠大幅度減少工程造價，便于施工。為此，本文在充分了解布式鋼纖維混凝土相關概念的同時，結合具體工程案例，對其施工的各項內容進行了探討。通過以上內容可充分了解到層布式鋼纖維混凝土在路面工程施工中的優勢，可為其廣泛使用及推廣提供強有力的保障。

參考文獻

[1]鄭峰.淺談公路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術的應用[J].科技資訊，2014（17）.

[2]王仁浩.談鋼纖維混凝土在公路工程中的應用[J].黑龍江科技信息，2014（03）.