鋼纖維混凝土材料在舊混凝土路面修補工程中的應用(1)

1、鋼纖維混凝土材料在舊混凝土路面修補工 程中的應用(1) 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(yōu)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(jié)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(jīng)濟建設和公路交通事業(yè)的飛速發(fā)展，城市道 路和國道干

2、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(chǎn)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，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

3、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(jié)省工程 造價等具有重要 的經(jīng)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

4、中摻配一定數(shù)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(chǎn) 生，不但具有普通混凝土的優(yōu)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(guī)格，最佳長徑比為4070,截面直徑在0. 4mm 0. 7mm范圍內(nèi)。 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%,但最大摻量不宜超過 2. 0%。水泥采用425 # 525

5、#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. 35mn0. 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 根據(jù)強度設計值以及施工配制強度提高系數(shù)，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 疋： f

6、ftm = ftm 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(shù)； Pf鋼纖維體積率，; Lf/df鋼纖維長徑比，當ftm v 6. 0N/mm2寸，可 按表1采用。 根據(jù)試配抗壓強度計算水灰比； 根據(jù)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； 按照施工要求的稠度確定單位體積用水量，參照表2； 確定砂率，見表3 ； 計算混合材料用量，確定試配配合比； 按照試配配合比進行拌合物性能試驗，調(diào)整單位體積用 水量和砂率，確定強度試驗用基準配

7、合比； 根據(jù)強度試驗結果調(diào)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(jīng)驗和計算的基礎上確定水泥用量、 砂率及水灰 比，并根據(jù)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?m3400kg?m3時強度較高，但此時砂 率較小。 砂石中有分離現(xiàn)象。因此將砂率調(diào)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(diào)整最佳配比即水泥：黃 砂：碎石：水= 1 : 2. 16 : 2. 34 : 0. 48o 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，

8、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(zhì) 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 維細集料水泥，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 2min3min，最后加足水濕拌 1min?？倲?拌時間不超過6mi n，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(fā)現(xiàn)有纖維結團，就必須剔 除掉，以防止因 此而影響混凝土的質(zhì)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

9、一樣，澆筑和振搗是施 工中的重要環(huán)節(jié) 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(chǎn)生蜂窩，因此，邊角部分可先用搗 棒搗實。板角米 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。 2工程實例 某二級公路水泥混凝土路面修補工程段全長112m,寬2 x 3m,修補前路 面板呈破碎、斷裂狀，原為一般普通混凝土澆筑，部分 板底基層下沉。 現(xiàn)用鋼纖維混凝土修補路面，基層補強采用C15素混凝 土澆筑，舊混凝 土路面平均鑿除深度 25cm,擬采用12cm厚、C30 鋼纖維混凝土

10、澆筑路面。 2. 1 施工材料 2. 1. 1 原材料 水泥：425 #普通硅酸鹽水泥； 細集料：用中粗砂，平均粒徑 0. 35mmr 0. 48mm含泥 量v 2%; 粗集料：碎石 5mm20mm含泥量v 1 %,質(zhì)地堅硬； 鋼纖維：選用長度 30mm當量直徑0. 60mm由浙江某廠 生產(chǎn)的低碳結構 鋼剪切扭曲型，型號 DNk 30,其強度380MPa以上。該 產(chǎn)品性能穩(wěn)定，使 用效果良好。 2. 1. 2 配合比 鋼纖維混凝土配合比設計按照抗折強度和抗壓強度雙 控標準要求及施工 的工作度采用以抗折強度為主要指標進行設計。設計抗 折強度6. 5MPa 、抗壓強度 35MPa經(jīng)試驗室進行幾種配

11、比方案確定： 水泥：黃砂：碎 石：鋼纖維：水并強度試驗，結果見表5。 2. 2 施工工藝 2. 2. 1 基層處理及路面澆筑 在鋼纖維混凝土澆筑前，為提高水泥混凝土面層下基層 和墊層的剛度。 做好對舊混凝土板及板底基層 的處理工作，即在破損板及板底脫空破裂的舊混凝土板 塊鑿除后，對部 分板底基層進行補強處理。鑿除舊混凝土板時，鑿除深 度必須滿足原路 面設計要求，再將原基層松動部分全部清除。被清除后 的基坑及深度一 律用C15貧混凝土進行處理。待混凝土半干狀態(tài)時即可 澆筑路面。按要 求先用C15普通混凝土澆筑至路面面層厚度12cm時， 經(jīng)底面層整平處理 后再用鋼纖維混凝土澆筑。 2. 2. 2鋼

12、纖維混凝土攪拌 鋼纖維混凝土攪拌采用滾筒式攪拌機。為使鋼纖維在混 凝土中分散均勻 采用二次投料三次攪拌法，即先將石子和鋼纖維干拌 1min，加入砂子 、水泥再干拌1min，最后注水濕拌1. 5min左右，總攪 拌時間控制在6m in內(nèi)，攪拌時間過長會形成濕纖維團。且每次的攪拌量 宜在攪拌機公稱 容量的1?3以下。 2. 2. 3 運輸與澆筑 混凝土運輸采用自卸運輸車，運至施工地點進行澆筑時 的卸料高度不得 超過1. 5m以防混凝土離析。鋼纖維混凝土采用人工 攤鋪，用人工將 其大致攤鋪整平，攤鋪后用平板振動器振搗，振搗的持 續(xù)時間以混凝土 停止下沉，不再冒氣泡并泛出水泥漿為準，且不宜過振。 振搗

13、時輔以人 工找平，混凝土整平采用振動梁振搗拖平，再用鋼滾筒 依次滾壓進一步 整平，整平的表面不得裸露鋼纖維。在做面時需分兩次 進行，即先找平 抹平，待混凝土表面無泌水時，再做第二次抹平，抹平 后沿模板方向拉 毛，拉毛深度1mnr 2mm拉毛時避免帶出鋼纖維，如采 用滾式壓紋器進 行處理則效果更佳。 2. 2. 4養(yǎng)護與切縫 鋼纖維混凝土設有多種切縫。脹縫與路中心線垂直，縫 壁必須垂直，縫 隙寬度必須一致，縫中不得有連漿現(xiàn)象，縫隙內(nèi)應及時 澆灌填縫料，當 混凝土達到強度25%30%時，采用切縫機進行縮縫切 割，切縫深度3 cm,縮縫設置16m?道。施工縫位置宜與脹縫或縮縫設計 位置吻合，施 工縫

14、與路中心線垂直，不設置傳力桿。對脹縫、縮縫均 采用10#石油瀝 青，灌式填縫。 混凝土做面完畢后，及時采用濕法養(yǎng)護，終凝后及時覆 蓋草袋，并每天 均勻澆水，保持潮濕狀態(tài)，養(yǎng)護 10d15d。與此同時做 好封閉交通，待 強度測試達到規(guī)定要求后即可開放交通。 2. 3施工質(zhì)量控制 鋼纖維混凝土的質(zhì)量除對原材料、配合比以及施工過程 的主要環(huán)節(jié)進行 控制外，還重點對鋼纖維混凝土的攪拌、鋼纖維的投入 以及混凝土振搗 的控制，同時按規(guī)定對每天所澆筑混凝土的28d抗折、 斷塊抗壓強度進 行檢驗，均達到了設計要求，使平整度、坍 落度、主要技術指標得到有效控制。 3經(jīng)濟與社會效益 從經(jīng)濟和社會效益分析，鋼纖維混

15、凝土路面與普通水泥 混凝土路面相比 其特點：面層厚度可減薄至 1/2以上，使施工工期縮 短，因此節(jié)約 原材料及減少工程量后所帶來的一切費用；路面使用 壽命延長因此而 節(jié)省的費用；減少縮縫帶來的材料、人工等所節(jié)省的 費用；5節(jié)省養(yǎng) 護、減少時間延誤及維修費用；除此以外，還有路面質(zhì) 量好，接縫少。 延長車輛使用壽命等費用。綜合分析，對于舊混凝土路 面，若采用鋼纖 維混凝土進行罩面修復，則一次性投資的費用比挖掉重 建混凝土路面要 節(jié)省許多。同樣，從一次性投資、使用年限、維修費用、 資金的時間價 值來全面評價鋼纖維混凝土路面工程的經(jīng)濟效益，與新 鋪瀝青混凝土路 面評價綜合效益，鋼纖維混凝土路面雖一次性投資較前 者高，但從其維 修費用、使用年限的不同考慮，以及和資金的時間效益， 用年成本法計 算其等值年金，結果表明鋼纖維混凝土路面每年支出的 費用比瀝青混凝 土路面要低35%。采用鋼纖維混凝土修補法，不但可使 鋼纖維混凝土的 質(zhì)量及其增強效果得到保證，而且還可提前開放交通， 具有顯著的經(jīng)濟 效益和社會效益。 4結語 鋼纖維混凝土自發(fā)展以來，已在公路路面、橋面、機場 跑道等工程中得 到廣泛應用，同時也取得了一定的經(jīng)濟效益和社會效 益