鋼纖維混凝土材料在舊混凝土路面修補工程中的應用
發布時間：2010-01-14 共2頁
【摘要】介紹了鋼纖維混凝土材料在舊混凝土路面修補的情況，并在分析配比試驗強度的基礎上，通過某工程實例，證實鋼纖維混凝土實際應用于舊混凝土路面修補工程的可行性。鋼纖維混凝土是一種性能優良的新型復合材料。與普通混凝土相比，其抗拉、抗彎、抗裂及耐磨、耐沖擊、耐疲勞、韌性等性能都有顯著提高，它不僅可使面層減薄，縮縫間距加大，改善路面的使用性能，延長路面使用壽命，而且還可節省工程造價，縮短施工工期。
【關鍵詞】鋼纖維混凝土；普通混凝土；舊混凝土路面；修補工程；應用
隨著國民經濟建設和公路交通事業的飛速發展，城市道路和國道干線公路上的車輛荷載及密度越來越大，行駛速度越來越快，致使路面的損壞也日趨嚴重起來。特別是對損壞的水泥混凝土路面而言，它不僅翻修投資大，且施工周期較長，嚴重影響交通暢通及行車安全。如用普通水泥混凝土修復路面雖有強度高，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。實踐證明，采用鋼纖維混凝土這一新型高強復合材料對路面修理，既可提高路面的抗裂性、抗彎曲、耐沖擊和耐疲勞性，而且可改善路面的使用性能，延長使用壽命從而減少老路開挖，對節省工程造價等具有重要的經濟效益和社會效益；為提高道路補強與改造提供了良好的途徑。
1 基本要求 1.1 鋼纖維混凝土材料
鋼纖維混凝土就是在一般普通混凝土中摻配一定數量的短而細的鋼纖維所組成的一種新型高強復合材料。由于鋼纖維阻滯基體混凝土裂縫的產生，不但具有普通混凝土的優良性能，而且具有良好的抗折、抗沖擊、抗疲勞以及收縮率小、韌性好、耐磨耗能力強等特性。可使路面厚度減薄50％以上，縮縫間距可增至15m～30m，不用設脹縫和縱縫。鋼纖維混凝土用鋼纖維類型有圓直型、熔抽型和剪切型鋼纖維。其長度分為各種不同規格，最佳長徑比為40～70，截面直徑在0．4mm～0．7mm范圍內，抗拉強度不低于380MPa。在施工時鋼纖維在混凝土中的摻入量為1．0％～2．0％（體積比），但最大摻量不宜超過2．0％。水泥采用425＃～525＃普通硅酸鹽水泥，以保證混合料具有較高的強度和耐磨性能。鋼纖維混凝土用的粗骨料最大粒徑為鋼纖維長度的2?3。不宜大于20mm。細集料采用中粗砂，平均粒徑0．35mm～0．45mm，松裝密度1．37g/cm3。砂率采用45％～50％。
1.2 鋼纖維混凝土配合比
鋼纖維混凝土混合料配合比的要求首先應使路面厚度減薄，其次是保證鋼纖維混凝土有較高的抗彎強度，以滿足結構設計對強度等級的要求即抗壓強度與抗折強度，以及施工的和易性。鋼纖維混凝土配合比設計基本按以下步驟進行。
（1）根據強度設計值以及施工配制強度提高系數，確定試配抗壓強度與抗折強度；鋼纖維混凝土抗折強度設計值的確定：
fftm＝ftm（1＋atmPfLf/df）
式中 fftm———鋼纖維混凝土抗折強度設計值；
ftm———與鋼纖維混凝土具有相同的配合材料、水灰比和相近稠度的素混凝土的抗折強度設計值；
atm———鋼纖維對抗折強度的影響系數（試驗確定）；
Pf———鋼纖維體積率，％；
Lf/df———鋼纖維長徑比，當ftm＜6．0N/mm2時，可按表1采用。
（2）根據試配抗壓強度計算水灰比；
（3）根據試配抗壓強度，確定鋼纖維體積率，一般澆筑成型的結構范圍在0．5％～2．0％之間；
（4）按照施工要求的稠度確定單位體積用水量；
（5）確定砂率，見表3；
（6）計算混合材料用量，確定試配配合比；
（7）按照試配配合比進行拌合物性能試驗，調整單位體積用水量和砂率，確定強度試驗用基準配合比；
（8）根據強度試驗結果調整水灰比和鋼纖維體積率，確定施工配合比。
試驗結果表明，在經驗和計算的基礎上確定水泥用量、砂率及水灰比，并根據不同配比時的鋼纖維混凝土強度進行試驗，當水泥用量在380kg?m3～400kg?m3時強度較高，但此時砂率較小，砂石中有分離現象。因此將砂率調到0．48，如此強度雖有降低，但其余性能卻可得到改善。為此，調整最佳配比即水泥∶黃砂∶碎石∶水＝1∶2．16∶2．34∶0．48。
1.3 鋼纖維混凝土拌和
為防止鋼纖維混凝土在攪拌時纖維結團，在施工時每拌一次的攪拌量不宜大于攪拌機額定攪拌量的80％。采用滾動式攪拌機拌和，在攪拌混凝土過程中必須保證鋼纖維均勻分布。為保證混凝土混合料的攪拌質量，采用先干后濕的拌和工藝。投料順序及攪拌時間為：粗集料→鋼纖維（干拌1min）→細集料→水泥（干拌1min），其中鋼纖維在拌和時分三次加入拌和機中，邊拌邊加入鋼纖維，再倒入黃砂、水泥，待全部料投入后重拌2min～3min，最后加足水濕拌1min。總攪拌時間不超過6min，超攪拌會引起濕纖維結團。按此程序拌出的混合料均勻。尚若在拌和中，先加水泥和粗、細集料，后加鋼纖維則容易結成團。而且纖維團越滾越緊，難以分開，一旦發現有纖維結團，就必須剔除掉，以防止因此而影響混凝土的質量。
1.4 鋼纖維混凝土澆搗
鋼纖維混凝土澆搗與普通混凝土一樣，澆筑和振搗是施工中的重要環節，直接影響鋼纖維混凝土的整體性和致密性。不同之處就是其流動性較差，在邊角處容易產生蜂窩，因此，邊角部分可先用搗棒搗實。板角采用插入式振動器振搗，然后用夯梁板來回整平。在混凝土面層抹平過程中，因鋼纖維直徑較粗而易冒出路面，影響到行車安全，故在施工時需注意清除。
