道路工程中鋼纖維混凝土的應用研究

劉張健

（菏澤鑫盛路橋公路工程有限公司，山東菏澤 274000）

0 引言

道路工程中常有對路面強度要求較高的工況，例如高速公路路面、高等級公路路面、橋梁路面、鐵路沿線路面、機場跑道等，使用普通的混凝土難以滿足此類工況對路面的性能要求。針對這種現象，各道路工程單位使用在普通混凝土中添加鋼纖維摻料的方式，構成具有鋼纖維特性的復合混凝土材料。相較于普通混凝土，鋼纖維混凝土具有抗拉強度高、極限延伸率高的應用優勢，并且能夠保持出色的抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度、抗阻裂性、耐疲勞性、高韌性等性能，對道路工程建設質量的提升具有重要的現實意義。

1 鋼纖維混凝土性能試驗

1.1 鋼纖維混凝土對比試驗配合比

研究采用對比試驗的方式，對不同鋼纖維摻量的混凝土進行性能試驗，性能試驗分為彎拉強度、抗沖擊性、抗干縮開裂性和耐磨性四種，性能對比試驗配比方案分為試驗A～試驗D，其中，試驗A 中的鋼纖維混凝土摻量為0kg/m3，其他試驗方案中的鋼纖維混凝土摻量分別為35kg/m3、45kg/m3、55kg/m3，具體配比方案如表1 所示[1]。

表1 性能對比試驗配比方案

1.2 鋼纖維混凝土性能

1.2.1 彎拉強度

將試驗A～試驗D 四種對比試驗的混凝土靜置28d 后進行彎拉強度試驗，試驗結果如表2 所示[2]。

表2 彎拉強度試驗結果

根據表2 可以得知，混凝土的彎拉強度和鋼纖維摻量成正比，無鋼纖維添加的混凝土（試驗A）彎拉強度最低，為5.67MPa；鋼纖維添加最多的混凝土（試驗D）彎拉強度最高，為7.53MPa。

1.2.2 抗沖擊性

將試驗A～試驗D 四種混凝土統一切割成15cm×15cm×15cm 的正方體試件，并使用10kg 鋼球從30cm 的高度對試件進行自由落體沖擊，直至出現大于0.5cm 的裂縫，沖擊次數即為試件的抗沖擊強度，試驗結果如表3 所示[3]。

表3 抗沖擊性試驗結果

根據表3 可以得知，混凝土的抗沖擊性和鋼纖維摻量成正比，無鋼纖維添加的混凝土（試驗A）抗沖擊性最低，沖擊次數為22 次，沖擊強度提高倍數為1；鋼纖維添加最多的混凝土（試驗D）抗沖擊性最高，沖擊次數為107 次，沖擊強度提高倍數為4.86。

1.2.3 抗干縮開裂性

將試驗A～試驗D 四種混凝土統一切割成20cm×20cm×5cm 的長方體試件，并使用碘弧燈強光和風扇強風加速試件水分流失，根據干縮開裂產生裂縫的時間、數量、長度來判斷混凝土試件的抗干縮開裂性，試驗結果如表4 所示[4]。

表4 抗干縮開裂性能試驗結果

根據表4 可以得知，混凝土的抗干縮開裂性和鋼纖維摻量成正比，無鋼纖維添加的混凝土（試驗A）抗干縮開裂性最低，第一條裂縫產生時間為3.38h，48h裂縫出現8 條裂縫，總長度為83cm；鋼纖維添加最多的混凝土（試驗D）抗干縮開裂性最高，第一條裂縫產生時間為7.91h，48h 裂縫出現3 條裂縫，總長度為19cm。

1.2.4 耐磨性

將試驗A～試驗D 四種混凝土統一切割成18cm×18cm×8cm 的長方體試件，并將試件放置在60℃烘箱中烘至恒重，通過水泥膠砂試驗機對試件進行研磨，通過磨耗量判斷試件的耐磨性，試驗結果如表5 所示[5]。

表5 耐磨性試驗結果

根據表5 可以得知，混凝土的耐磨性和鋼纖維摻量成正比，無鋼纖維添加的混凝土（試驗A）耐磨性最低，磨耗量為5.94g/m2；鋼纖維添加最多的混凝土（試驗D）耐磨性最高，磨耗量為4.53g/m2。

2 工程實例

2.1 工程概況

山東省某高速公路建設工程，全長54km，雙向四車道，設計速度為110km/h，其中包括長度約156m 的橋梁部分，對路面性能要求較高，需要使用鋼纖維混凝土進行鋪筑。要求鋼纖維混凝土的抗折強度≥5MPa、抗壓強度≥35MPa、使用壽命≥50 年。施工程序包括鋼纖維混凝土配比、攪拌、運輸、鋪筑、振搗、碾壓整平。

2.2 鋼纖維混凝土配比

鋼纖維混凝土配比的科學性對工程質量和工程成本控制至關重要，該工程在第三方商品混凝土公司進行鋼纖維混凝土試配，通過表6 中鋼纖維混凝土原料的不同配比方案，篩選出與工程實際情況契合度最高的方案，具體配比方案如表6 所示。

表6 第三方商品混凝土公司鋼纖維混凝土配合比方案

根據表6 可以得知，該商品混凝土公司共計提出方案1～方案6 六種鋼纖維混凝土配比方案，試配方向為控制水膠比為不變量，改變其他參數進行試配。基于工程節省水泥用量的需求，最終選擇使用方案1進行配比。

2.3 攪拌

鋼纖維混凝土一般采用間歇式拌和機，拌和能力約為130～280t/h，進而避免鋼纖維結團和攪斷，間歇式拌和機攪拌過程中應根據鋼纖維混凝土的體積針對性改變攪拌溫度、攪拌時間、間歇溫度、間歇時間等關鍵參數。例如，該工程為了使鋼纖維與混凝土充分拌和，將單次攪拌時間延長8s，用以提升鋼纖維的分散程度；將投入摻和料、砂、粗集料等原料后增加拌和時間約15s，用以提升鋼纖維和其他摻料的融合程度，避免在使用過程中出現局部沉淀的情況。此外，鋼纖維混凝土的攪拌間歇階段應有工人持續管控，避免鋼筋混凝土在儲料倉靜置時間過長導致固結。

2.4 運輸

鋼纖維混凝土必須使用專用的混凝土自卸翻斗運輸車進行運輸，該工程的運輸車承載量為15t。在裝料前，應對運輸車進行清潔，清潔后在運輸車內壁均勻涂抹隔離劑，避免鋼筋混凝土在運輸過程中受到污染。此外，在運輸過程中應重視鋼纖維混凝土的防護和運輸時間。一旦鋼纖維混凝土超過初凝時間應立即采取措施，避免混凝土硬化在運輸車內，具體運輸時間限制表如表7 所示。

表7 運輸時間限制表

2.5 鋪筑

2.5.1 鋪筑寬度

鋪筑寬度需要根據攤鋪機的作業方式決定，單攤鋪機作業時，攤鋪寬度應控制在7m 以內；雙攤鋪機作業時，攤鋪寬度應控制在8.5m 以內；多攤鋪機聯合作業時，應當將攤鋪機互相錯開呈梯次施工，前后間距在2m 左右。

2.5.2 鋪筑厚度

根據工程厚鋪鋼纖維混凝土的要求，鋪筑厚度控制在3.15～5.25cm 之間。攤鋪時盡量中途不停頓，如遇特殊情況必須暫時中止時，攤鋪機必須保持運轉，鎖緊熨平板，使之不得下沉，停止振搗并開動熨平板加熱器，及時清除及補料，防止因下基準面的高低變動影響鋪筑厚度及平整度。

2.6 振搗

鋼纖維混凝土的振搗需要操作人員保持插入的角度、速度和力度，盡量采取直上直下的振搗方式，并在振搗過程中觀察混凝土的浮漿和氣泡，以此判斷振搗的時長。此外，振搗須保持連續性，避免因出現沉降現象導致鋼纖維在混凝土中分布不均，并出現局部混凝土強度較低的現象。

2.7 碾壓整平

鋼纖維混凝土鋪筑的路面可使用壓路機進行碾壓整平，該工程選擇使用雙輪雙振式壓路機，共計配備5 臺，按照3km/h 的速度進行碾壓。需要注意的是，壓路機在碾壓整平過程中不能掉頭、不能改變行進方向、不能改變行車速度。常規狀態下進行三次碾壓整平即可，第一次應盡量減少噴水量，保持溫度在135℃以上進行碾壓；第二次可以將溫度下降到120℃左右進行碾壓；第三次可以將溫度下降到100℃左右進行碾壓，須使用靜壓方式，保證路面光滑。

3 結語

綜上所述，對道路工程中鋼纖維混凝土的應用展開研究，通過鋼纖維混凝土性能對比試驗，分析不同鋼纖維摻量（0kg/m3、35kg/m3、45kg/m3、55kg/m3）的混凝土性能，驗證混凝土試件的彎拉強度、抗沖擊性、抗干縮開裂性、耐磨性均與鋼纖維摻量成正比，鋼纖維摻量越多，混凝土試件性能越好。結合山東省某高速公路道路工程實例，詳細闡述鋼纖維混凝土的配比、攪拌、運輸、鋪筑、振搗、碾壓整平等一系列工序，為類似工況的鋼纖維混凝土鋪筑提供思路。