鋼纖維混凝土材料在舊混凝土路面修補(bǔ)工程中的應(yīng)用

1、鋼纖維混凝土材料在舊混凝土路面修補(bǔ)工程中的應(yīng)用摘要：介紹了鋼纖維混凝土材料在舊混凝土路面修補(bǔ)的情況，并在 分析配比試驗(yàn)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，通過某工程實(shí)例，證實(shí)鋼纖維混凝土實(shí)際應(yīng)用于舊混凝土路面修補(bǔ)工程的可行性。鋼纖維混凝土是一種性能優(yōu)良的新型復(fù)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(jià)，縮短施工工期。 關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土；普通混凝土；舊混凝土路面；修補(bǔ)工程；應(yīng)用 隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和公路交通事業(yè)的飛速發(fā)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

2、駛速度越來越快，致使路面的損壞也日趨嚴(yán)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(yán)重影響交通暢通及行車安全。如用普通水泥混凝土修復(fù)路面雖有強(qiáng)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(diǎn)，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(yīng)有足夠的抗彎、抗拉強(qiáng)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(xì)裂縫端部的應(yīng)力集中，從而控制混凝土裂縫的擴(kuò)展，提高整個(gè)復(fù)合材料的抗裂性。同時(shí)由于混凝土與鋼纖維接觸界面之間

3、有很大的界面粘結(jié)力，因而可將外力傳到抗拉強(qiáng)度大、延伸率高的纖維上面，使鋼纖維混凝土作為一個(gè)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(qiáng)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(shí)踐證明，采用鋼纖維混凝土這一新型高強(qiáng)復(fù)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(jià)等具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；為提高道路補(bǔ)強(qiáng)與改造提供了良好的途徑。 1基本要求 11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(shù)量的短而細(xì)的鋼纖維所組成的一種新型高強(qiáng)復(fù)合材料。由于鋼纖維阻滯基體混凝土

4、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(qiáng)等特性?？墒孤访婧穸葴p薄50以上，縮縫間距可增至15m30m，不用設(shè)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04mm07mm范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度不低于380mpa。在施工時(shí)鋼纖維在混凝土中的摻入量為1020（體積比），但最大摻量不宜超過20。水泥采用425525普通硅酸鹽水泥，以保證混合料具有較高的強(qiáng)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(xì)集料采用中粗砂，平均粒

5、徑035mm045mm，松裝密度137g/cm3。砂率采用4550。 12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(yīng)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(qiáng)度，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對強(qiáng)度等級的要求即抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度，以及施工的和易性。鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)基本按以下步驟進(jìn)行。 （1）根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值以及施工配制強(qiáng)度提高系數(shù)，確定試配抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度；鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的確定：fftmftm（1atmpflf/df） 式中fftm鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值； atm鋼纖維對抗折強(qiáng)度

6、的影響系數(shù)（試驗(yàn)確定）； pf鋼纖維體積率，； lf/df鋼纖維長徑比，當(dāng)ftm60n/mm2時(shí)，可按表1采用。 （2）根據(jù)試配抗壓強(qiáng)度計(jì)算水灰比； （3）根據(jù)試配抗壓強(qiáng)度，確定鋼纖維體積率，一般澆筑成型的結(jié)構(gòu)范圍在0520之間； （4）按照施工要求的稠度確定單位體積用水量，參照表2； （5）確定砂率，見表3； （6）計(jì)算混合材料用量，確定試配配合比； （7）按照試配配合比進(jìn)行拌合物性能試驗(yàn)，調(diào)整單位體積用水量和砂率，確定強(qiáng)度試驗(yàn)用基準(zhǔn)配合比； （8）根據(jù)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整水灰比和鋼纖維體積率，確定施工配合比。 試驗(yàn)結(jié)果表明，在經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算的基礎(chǔ)上確定水泥用量、砂率及水灰比，并根據(jù)不同配比時(shí)的鋼纖

7、維混凝土強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)（見表4），當(dāng)水泥用量在380kg?m3400kg?m3時(shí)強(qiáng)度較高，但此時(shí)砂率較小，砂石中有分離現(xiàn)象。因此將砂率調(diào)到048，如此強(qiáng)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1216234048。13鋼纖維混凝土拌和。 為防止鋼纖維混凝土在攪拌時(shí)纖維結(jié)團(tuán)，在施工時(shí)每拌一次的攪拌量不宜大于攪拌機(jī)額定攪拌量的80。采用滾動式攪拌機(jī)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(zhì)量，采用先干后濕的拌和工藝。投料順序及攪拌時(shí)間為：粗集料鋼纖 維（干拌1min）細(xì)集料水泥（干拌1min），其中鋼纖維在拌和時(shí)分三次加入拌和機(jī)中，邊拌邊

8、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?？倲嚢钑r(shí)間不超過6min，超攪拌會引起濕纖維結(jié)團(tuán)。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(xì)集料，后加鋼纖維則容易結(jié)成團(tuán)。而且纖維團(tuán)越滾越緊，難以分開，一旦發(fā)現(xiàn)有纖維結(jié)團(tuán)，就必須剔除掉，以防止因此而影響混凝土的質(zhì)量。 14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(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(shí)。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

9、纖維直徑較粗而易冒出路面，影響到行車安全，故在施工時(shí)需注意清除。2工程實(shí)例 某二級公路水泥混凝土路面修補(bǔ)工程段全長112m，寬23m，修補(bǔ)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(bǔ)路面，基層補(bǔ)強(qiáng)采用c15素混凝土澆筑，舊混凝土路面平均鑿除深度25cm（包括基層松動部分），擬采用12cm厚、c30鋼纖維混凝土澆筑路面。 21施工材料 211原材料 水泥：425普通硅酸鹽水泥； 細(xì)集料：用中粗砂，平均粒徑035mm048mm，含泥量2； 粗集料：碎石5mm20mm，含泥量1，質(zhì)地堅(jiān)硬； 鋼纖維：選用長度30mm、當(dāng)量直徑060mm由浙江某廠生產(chǎn)的低碳結(jié)構(gòu)

10、 鋼剪切扭曲型，型號dn30，其強(qiáng)度380mpa以上。該產(chǎn)品性能穩(wěn)定，使用效果良好。 212配合比 鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)按照抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度雙控標(biāo)準(zhǔn)要求及施工的工作度采用以抗折強(qiáng)度為主要指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度65mpa、抗壓強(qiáng)度35mpa。經(jīng)試驗(yàn)室進(jìn)行幾種配比方案確定：水泥黃砂碎石鋼纖維水并強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見表5。 22施工工藝 221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(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。鑿除舊混凝土板時(shí)，鑿除深度必須滿足原路 面設(shè)計(jì)要求，再將原基層

11、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(jìn)行處理。待混凝土半干狀態(tài)時(shí)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(shí)，經(jīng)底面層整平處理后再用鋼纖維混凝土澆筑。 222鋼纖維混凝土攪拌 鋼纖維混凝土攪拌采用滾筒式攪拌機(jī)。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15min左右，總攪拌時(shí)間控制在6min內(nèi)，攪拌時(shí)間過長會形成濕纖維團(tuán)。且每次的攪拌量宜在攪拌機(jī)公稱容量的1?3以下。 223運(yùn)輸與澆筑 混凝土運(yùn)輸采用自卸運(yùn)輸車，運(yùn)至施工地點(diǎn)進(jìn)行澆筑時(shí)的卸料高度不得超過15m，以防

12、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(shí)間以混凝土停止下沉，不再冒氣泡并泛出水泥漿為準(zhǔn)，且不宜過振。振搗時(shí)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(jìn)一步整平，整平的表面不得裸露鋼纖維。在做面時(shí)需分兩次進(jìn)行，即先找平抹平，待混凝土表面無泌水時(shí)，再做第二次抹平，抹平后沿模板方向拉毛，拉毛深度1mm2mm。拉毛時(shí)避免帶出鋼纖維，如采用滾式壓紋器進(jìn)行處理則效果更佳。 224養(yǎng)護(hù)與切縫 鋼纖維混凝土設(shè)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(yīng)及時(shí)澆灌填縫料，當(dāng)混凝土達(dá)到強(qiáng)度2

13、530時(shí)，采用切縫機(jī)進(jìn)行縮縫切割，切縫深度3cm，縮縫設(shè)置16m?道。施工縫位置宜與脹縫或縮縫設(shè)計(jì)位置吻合，施工縫與路中心線垂直，不設(shè)置傳力桿。對脹縫、縮縫均采用10石油瀝青，灌式填縫?；炷磷雒嫱戤吅?，及時(shí)采用濕法養(yǎng)護(hù)，終凝后及時(shí)覆蓋草袋，并每天均勻澆水，保持潮濕狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)10d15d。與此同時(shí)做好封閉交通，待強(qiáng)度測試達(dá)到規(guī)定要求后即可開放交通。 23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(jìn)行控制外，還重點(diǎn)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(shí)按規(guī)定對每天所澆筑混凝土的28d抗折、斷塊抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，使平整度、坍落度

14、、主要技術(shù)指標(biāo)得到有效控制。 3經(jīng)濟(jì)與社會效益 從經(jīng)濟(jì)和社會效益分析，鋼纖維混凝土路面與普通水泥混凝土路面相比，其特點(diǎn)：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(fèi)用；路面使用壽命延長因此而節(jié)省的費(fèi)用；減少縮縫帶來的材料、人工等所節(jié)省的費(fèi)用；5節(jié)省養(yǎng)護(hù)、減少時(shí)間延誤及維修費(fèi)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(fèi)用。綜合分析，對于舊混凝土路面，若采用鋼纖維混凝土進(jìn)行罩面修復(fù)，則一次性投資的費(fèi)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(fèi)用、資金的時(shí)間價(jià)值來全面評價(jià)鋼纖維混凝土路面工程的經(jīng)濟(jì)效益，與新鋪瀝青混凝土

15、路面評價(jià)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(fèi)用、使用年限的不同考慮，以及和資金的時(shí)間效益，用年成本法計(jì)算其等值年金，結(jié)果表明鋼纖維混凝土路面每年支出的費(fèi)用比瀝青混凝土路面要低35。采用鋼纖維混凝土修補(bǔ)法，不但可使鋼纖維混凝土的質(zhì)量及其增強(qiáng)效果得到保證，而且還可提前開放交通，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 4結(jié)語 鋼纖維混凝土自發(fā)展以來，已在公路路面、橋面、機(jī)場跑道等工程中得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)也取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。它除了具有良好的抗彎強(qiáng)度外，而且還具有優(yōu)異的抗沖擊、抗開裂性能。在對鋼纖維混凝土進(jìn)行的沖擊荷載等試驗(yàn)研究中表明：摻以體積率為12的鋼纖維增強(qiáng)混凝土與基體比較，其抗沖擊強(qiáng)度可提高10倍20倍，彎曲韌性可提高20倍左右，抗彎強(qiáng)度可提高1倍6倍，抗拉強(qiáng)度可提高2倍左右，疲勞強(qiáng)度提高50，抗裂強(qiáng)度可提高2倍，抗壓強(qiáng)度可提高1030。由此可見，鋼纖維混凝土的抗裂性與抗沖擊是非常