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)用石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)第三公路工程處 張二輝摘要：介紹了鋼纖維混凝土材料在舊混凝土路面修補(bǔ)的情況，并在分析配比實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度的基 礎(chǔ)上，通過(guò)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(zhǎng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和公路交通事業(yè)的飛速發(fā)展，城市

2、道路和國(guó)道干線公路上的車(chē)輛荷載及密度 越來(lái)越大，行駛速度越來(lái)越快，致使路面的損壞也日趨嚴(yán)重起來(lái)。特別是對(duì)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(zhǎng)，嚴(yán)重影響交通暢通及行車(chē)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(kāi)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(guò)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，

3、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(duì)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(zhǎng)使用壽命從而減少老路開(kāi)挖，對(duì)節(jié)省工程造價(jià)等具有重 要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(shù)

4、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?減薄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(lèi)型有圓直型、熔抽型和剪切型鋼纖維。其長(zhǎng)度分為各種不同規(guī)格，最佳長(zhǎng)徑比為4070,截面直徑在0. 4mm-0 . 7mm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 10%20%（體積比），但最大摻量不宜超過(guò)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

5、性能。鋼纖維混凝土用的粗骨料最大粒徑為鋼纖維 長(zhǎng)度的23。不宜大于20mm細(xì)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(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(duì)強(qiáng)度等級(jí)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：fftm = ftm (1 + atmPfLf/df )式中 fft

6、m 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(duì)抗折強(qiáng)度的影響系數(shù)(實(shí)驗(yàn)確定)；Pf -鋼纖維體積率，;Lf/df -鋼纖維長(zhǎng)徑比，當(dāng)ftm v 6 . 0N/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，參照表2;( 5)確定砂率，見(jiàn)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)行拌合物性能實(shí)驗(yàn)，調(diào)整單位體積用水量和砂率，確

7、定強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)用基準(zhǔn) 配合比;( 8 )根據(jù)強(qiáng)度實(shí)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。 實(shí)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) 的鋼纖維混凝土強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)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0. 48，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=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(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

8、用滾動(dòng)式攪拌機(jī)拌和，在攪拌混凝土過(guò)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?？倲嚢钑r(shí)間不超過(guò) 6min，超攪拌會(huì)引起濕纖維結(jié)團(tuán)。按此程序拌岀的混合料均勻。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(kāi)， 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。1 4 鋼纖

9、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(dòng)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(dòng)器振搗，然后用夯梁板來(lái)回整平。在混凝土面層抹平過(guò) 程中，因鋼纖維直徑較粗而易冒出路面，影響到行車(chē)安全，故在施工時(shí)需注意清除。2工程實(shí)例某二級(jí)公路水泥混凝土路面修補(bǔ)工程段全長(zhǎng)112m,寬2X 3m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?，F(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(dòng)部分），擬采用

10、12cm厚、C30鋼纖維混凝土澆筑路面。2 1 施工材料2 1 1 原材料水泥： 425普通硅酸鹽水泥；細(xì)集料：用中粗砂，平均粒徑0. 35mmr0. 48mm含泥量v 2%;粗集料：碎石 5mnv20mm含泥量v 1%,質(zhì)地堅(jiān)硬；鋼纖維：選用長(zhǎng)度 30mm當(dāng)量直徑0 . 60mm由浙江某廠生產(chǎn)的低碳結(jié)構(gòu)鋼剪切扭曲型，型號(hào)DN30，其強(qiáng)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(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6 . 5MPa抗壓強(qiáng)度35MPa經(jīng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行幾種配比方案確定：水泥

11、：黃砂：碎石：鋼纖維：水并強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)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(duì)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(duì)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，再將原基層松動(dòng)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。2. 2. 2 鋼纖維混凝土攪拌 鋼纖維混凝土攪拌采用滾筒式攪

12、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 1 . 5min左右，總攪拌時(shí)間控制在 6min 內(nèi)，攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)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。2. 2. 3 運(yùn)輸與澆筑混凝土運(yùn)輸采用自卸運(yùn)輸車(chē)，運(yùn)至施工地點(diǎn)進(jìn)行澆筑時(shí)的卸料高度不得超過(guò)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(dòng)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(guò)振。振搗時(shí)輔以 人工找平，混凝土整平采用振動(dòng)梁振搗拖平，再用鋼滾筒

13、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(wú)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1mnv 2mm拉毛時(shí)避免帶岀鋼纖維，如采用滾式壓紋器進(jìn)行處理則效果更佳。2. 2. 4 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25%30%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(duì)脹縫、縮縫均采用10石油瀝青，灌式填縫?；炷磷?/p>

14、面完畢后，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(cè)試達(dá)到規(guī)定要求后即可開(kāi)放交通。2. 3 施工質(zhì)量控制 鋼纖維混凝土的質(zhì)量除對(duì)原材料、配合比以及施工過(guò)程的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行控制外，還重點(diǎn)對(duì)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(duì)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、主要技術(shù)指標(biāo)得到 有效控制。3經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益從經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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

15、程量后所帶來(lái)的一切費(fèi)用；路面使用壽命延長(zhǎng)因此而節(jié)省的費(fèi)用；減少縮縫帶來(lái)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(zhǎng)車(chē)輛使用壽命等費(fèi) 用。綜合分析，對(duì)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(lái)全面評(píng)價(jià)鋼纖維混凝土路面工程的經(jīng)濟(jì)效益，與新鋪瀝青混凝土路面評(píng)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岀的

16、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(kāi)放交通，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。4結(jié)語(yǔ)鋼纖維混凝土自發(fā)展以來(lái)，已在公路路面、橋面、機(jī)場(chǎng)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(huì)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(kāi)裂性能。在對(duì)鋼纖維混凝土進(jìn)行的沖擊荷載等實(shí)驗(yàn)研究中表明：摻以體積率為1% 2%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

17、可 提高 2 倍，抗壓強(qiáng)度可提高 10% 30%。由此可見(jiàn)，鋼纖維混凝土的抗裂性與抗沖擊是非常優(yōu) 異的。此外，用鋼纖維混凝土修筑舊混凝土路面還能達(dá)到早期強(qiáng)度高，提前通車(chē)的目的。.乙、_卜兀 、_)_-卜參考文獻(xiàn):1盧亦焱鋼纖維混凝土材料及其在路面工程中的應(yīng)用公路，1999 , 4:2 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程北京：中國(guó)建筑工業(yè)岀版社，1992 , 6:3 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)鋼纖維混凝土實(shí)驗(yàn)方法北京：中國(guó)建筑工業(yè)岀版社，1989, 12:4 蒙云鋼纖維混凝土新型路面設(shè)計(jì)與施工重慶：重慶大學(xué)岀版社，1995 , 7:5 李啟棣，吳淑華鋼纖維混凝土的特性及其應(yīng)

18、用鐵道建筑，1989 ( 1)版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整 理。版權(quán)為潘宏亮個(gè)人所有This article in eludes some parts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ngs pers onal own ership.用戶可將本文的內(nèi)容或服務(wù)用于個(gè)人學(xué)習(xí)、研究或欣賞，以及 其他非商業(yè)性或非盈利性用途，但同時(shí)應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān) 法律的規(guī)定，不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人的合法權(quán)利。除此以 外，將本文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時(shí)，須征得本人及相關(guān)

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