公路路面施工中鋼纖維混凝土技術的應用
2025-09-25 00:00:00王瑞菊
工程機械與維修 2025年6期
0 引言
在公路路面施工中，鋼纖維混凝土技術的應用非常廣泛，憑借其較高的強度和較長的使用壽命，受到了廣大施工單位的青睞[1。然而在實際應用中，混合料配合比設計不合理的問題較為突出，導致混凝土流動性不佳、鋼纖維易于折斷等情況頻發。這些問題嚴重影響了鋼纖維混凝土技術的應用效果，因此，采用一種科學合理的配合比設計方案成為提升鋼纖維混凝土質量的關鍵所在。
1工程概況
某公路工程全長 27.6m ，設計為雙向四車道，路基寬度 25m 。該項目主要建設內容包括1座互通式立交、2座道路橋梁，施工涵蓋面層、底基層、隧道工程、土方工程、橋梁工程等，公路路面擬采用鋼纖維混凝土。本文將該項目的（ K160+000 至 K187+050 ）標準作為研究對象，圍繞公路路面鋼纖維混凝土的配合比設計及鋼纖維混凝土技術應用流程進行探討。
2鋼纖維混凝土原材料選擇
2.1 鋼纖維
在公路路面施工中，鋼纖維混凝土常用的鋼纖維原材料包括碳素鋼纖維、低合金鋼纖維、不銹鋼纖維等。鑒于本項目路面施工對鋼纖維有較高的防銹要求，經綜合考量，選擇低合金鋼纖維作為混凝土原材料。同時，根據GB/T39147—2020《混凝土用鋼纖維》的要求，路面混凝土需采用異型鋼纖維。基于以上要求，最終選擇鋼纖維原材料為異型低合金鋼纖維作為本項目鋼纖維混凝土的原材料。鋼纖維原材料基本參數見表1。
表1鋼纖維原材料基本參數
2.2水泥
根據JTG/TF20—2015《公路路面基層施工技術細則》和GB175—202《通用硅酸鹽水泥》3的相關規定，用于路面施工的水泥強度等級不應低于 P. 032. 5[2] 。為保障鋼纖維混凝土的凝結硬化速度與結構強度，本文決定選擇P.042.5普通硅酸鹽水泥。水泥的主要性能見表2。
表2水泥的主要性能
2.3集料
粗集料選擇堅硬、耐久的碎石，粗集料中破碎顆粒含量控制在 90% 以上，最大粒徑低于 31.5mm ，并提前將碎石篩分3～4個粒級，根據施工需求靈活選擇碎石。
細集料選擇強度大、耐久性好的天然河沙，集料中不能含有片狀顆?；驁F塊，不能存在其他可能影響混凝土性能的雜質[3]。根據上述要求及本項目公路路面施工情況，本文確定的粗細集料基本參數分別見表3、表4。
2.4外加劑
在鋼纖維混凝土中使用外加劑，主要目的是改善混合料和易性，提高混合料強度并減少水泥用量。為滿足后續通過調節混合料水膠比與砂膠比來確定鋼纖維混凝土最佳配合比的試驗需求，綜合考量各類外加劑性能，本文選擇聚羧酸系高性能減水劑。
表3粗集料基本參數
表4細集料基本參數
3鋼纖維混凝土配合比設計
3.1初始配合比設計
在鋼纖維混凝土的初始配合比設計中，設計者可以根據式（1）確定混凝土的抗壓強度：
式中： 
混合料配置抗壓強度， ffcu 混合料抗壓強度標準值， Z 為保證系數， σ1 為混合料抗壓強度標準差。
鋼纖維混凝土的水灰比可以根據普通混凝土抗壓強度及水泥強度等級確定，其計算公式為[4]：
fce=rcfcu
式中： αa 和 αb 為經驗系數， C/W 為混合料水灰比，rc 為富余系數， fce 為水泥28d抗壓強度值， fcu 為水泥標準強度等級。本文確定的鋼纖維初始配合比見表5。
表5公路路面結構鋼纖維混凝土初始配合比
3.2配合比優化設計
3.2.1 試驗思路
表6各組試件的水膠比和鋼纖維摻量
為確定鋼纖維混凝土的最佳配合比，在初始配合比的基礎上，通過調節混凝土水膠比和鋼纖維摻量來確定最佳配合比。根據初步設計方案，本次試驗總共準備5組試件，各組試件的水膠比和混凝土摻量見表6。
3.2.2水膠比確定
在鋼纖維混凝土初始配合比的基礎上，通過調劑混凝土水膠比制備了5組試件，分別測定鋼纖維混凝土的塌落度、密實度和7d抗壓強度。每組制備3份試件，分別計算各組試件的平均參數。不同水膠比下的鋼纖維混凝土性能見表7。
表7不同水膠比下鋼纖維混凝土的性能
根據表7統計結果，水膠比增長與鋼纖維混凝土整體性能未呈顯著正相關。在5組試件中，鋼纖維混凝土塌落度隨著水膠比增大而上升，其中第 ③ 組試件的密實度和7d抗壓強度最高，所以選擇鋼纖維混凝土的水膠比為0.20。
3.2.3鋼纖維摻量確定
在確定混凝土水膠比的基礎上，按試驗方案重新制備5組試件，通過調節鋼纖維摻量測定各組試件的力學性能。不同鋼纖維摻量下的混凝土性能見表8。
表8不同鋼纖維摻量下的混凝土性能
根據表8所示，在5組試件中，第 ④ 組試件的密實度、抗壓強度、抗折強度及抗劈裂強度最高，所以本文最終選擇的鋼纖維摻量為 2.0% 0
4鋼纖維混凝土應用要點
4.1 鋼纖維制備
鋼纖維的制備可采用冷拔法或鋼絲切斷法。冷拔法能保證鋼纖維表面的光滑程度，增強材料黏結強度；鋼絲切斷法則需使用沖床和切刀，可有效提升鋼纖維制備效率。本文選用的鋼纖維為異型低合金鋼纖維，在綜合考慮施工成本與耗材的條件下，選擇冷拔法和切斷法相結合的方式制作鋼纖維。同時嚴格按照原材料質量要求，精準控制鋼纖維的長度、形狀、當量直徑等參數，確保所有鋼纖維的抗拉強度均達到 1000MPa 以上。
4.2混凝土拌和
結合公路路面使用等級及預期交通荷載狀況，確定好面層厚度，并按設計要求采購原材料。嚴格檢查水泥、鋼纖維、集料、外加劑等材料的質量與性能后，依據施工規范在現場開展鋼纖維混凝土的拌合作業。鋼纖維混凝土的拌和方式與普通混凝土存在差異，要盡量避免拌和過程中出現鋼纖維結團的情況，以保證鋼纖維均勻分布于混凝土內部[5]。在鋼纖維混凝土拌和過程中，本文選用強制式攪拌機進行拌和。將每次拌和量控制在攪拌機最大拌和量的 80% 以下，在此基礎上促使鋼纖維混凝土充分拌和，保證鋼纖維分布的均勻性。在拌和鋼纖維混凝土時，施工人員可先將 1/2 鋼纖維和石料進行干拌，隨后依次添加砂、水泥和剩余鋼纖維。在充分拌和后，再按設計配合比加入水和減水劑等進行濕拌，且總拌和時間應略長于普通混凝土拌和時間。
4.3混凝土運輸
施工單位要注意防范運輸過程可能對混凝土質量造成的影響，既要預防漏料、漏漿等問題，也要避免因運輸過程中車輛顛簸導致的混凝土離析。因此在運輸鋼纖維混凝土前，施工單位要提前對施工現場的道路進行平整，盡量將拌和站設置在鄰近施工區域的位置，縮短運輸距離。
4.4混凝土施工
4.4.1澆筑時間控制
表9混凝土澆筑施工的時間要求
在混凝土澆筑施工中，鋼纖維混凝土相較于普通混凝土，凝結與硬化速度快，對施工效率要求較高。因此需要嚴格把控好混凝土出料到澆筑結束的時間?；炷翝仓┕さ臅r間要求見表9。
4.4.2 混凝土澆筑
澆筑混凝土時，需嚴格檢查并控制模板的高度與位置。澆筑過程中，要不定時檢查混凝土澆筑剛度和基層標高，定期檢查施工壓實度是否符合設計要求，只有在達到設計要求后，方可繼續進行混凝土澆筑作業。
在混凝土澆筑施工中，施工單位若使用緩凝劑延長混凝土凝結時間，應避免在混凝土干澀時直接加水，應采用噴水方式濕潤混凝土表面。在澆筑鋼纖維混凝土時，施工單位可以選擇壓實型振搗方式。當混凝土達到設計密實度后，需對混凝土結構中鋼纖維分布均勻度進行檢測，保證其符合設計要求。
4.4.3 路面整平
將鋼纖維混凝土振搗至無浮漿、無氣泡、振搗密實后，施工單位可采用三輥軸對路面進行整平。為保證整平效果與效率，混凝土振搗與三輥軸整平作業間隔時間不超過15min，同時需預留足夠的機械作業空間。本項目路面整平采取前進振動和后退靜滾相結合的整平作業方式，作業次數為3次。此外，需安排技術人員精確控制填料高度，采用人工作業方式鏟除過高填料，并采用混凝土對輥軸下間隙進行找平處理。
4.4.4路面精平
經三輥軸整平后的路面，還需要進行精平處理，以清除細小紋路，保證路面美觀度和平整性。在路面精平作業時，施工人員需使用刮尺刮除混凝土表面多余浮漿，再利用丁字型不銹鋼鋼管。由兩名施工人員在道路兩側利用手柄使用鋼管進行刮平操作，之后采用圓盤式磨光機進行細微整平。待混凝土路面強度達到設計要求后，再采用磨光機對路面進行抹平，清除路面存在的刮痕，確保公路表面的平整度和光潔度。
4.4.5 施工后處理
混凝土澆筑施工完成后，由于混凝土內部含有大量鋼纖維，若按常規拉毛方式處理混凝土路面，可能導致大量鋼纖維被帶出，所以可以采用硬刻槽的方式在混凝土表面設置抗滑凹槽。施工時，需根據設計要求，選擇合適的刻槽機型號及刻刀尺寸進行橫向刻槽作業。由于公路工程在建成初期，路面所能承受的荷載有限，無法充分發揮出鋼纖維混凝土的力學性能，且在溫度應力等因素的影響下，結構表面或內部可能出現裂縫，所以在施工完成后需對混凝土結構進行切縫處理[。
5結束語
在采用鋼纖維混凝土技術時，施工單位需要嚴格把控混凝土原材料的質量，選擇優質原材料，并在配制混凝土前要嚴格檢查原材料的性能參數。公路路面施工中，鋼纖維混凝土的性能直接決定了公路路面的性能和質量。因此需根據鋼纖維混凝土的初始配合比，通過現場試驗和性能檢測，選擇最佳的混凝土水膠比和鋼纖維摻量，從而獲得鋼纖維混凝土的最佳配合比。
在公路路面施工中，鋼纖維混凝土技術的應用要點與普通混凝土技術存在差異。施工過程中，除嚴格控制混凝土的拌和、澆筑質量外，還需重視養護環節，規范開展刻槽、切縫等工作，以確保公路工程的施工質量與耐久性。
參考文獻
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