法國frcc鋼纖維碾壓混凝土

1、法國free鋼纖維碾壓混凝土法國 FRCC鋼纖維碾壓混凝土摘要 ：碾壓鋼纖維混凝土 FRCCTM( Fiber reinforced Roller Compacted Concrete) 是碾壓混凝土 (RCC)的一項創(chuàng)新制作方法，其 中摻入高性能的鋼纖維，以減少混凝土的裂紋並構(gòu)成抗彎曲的骨架。 該方法能用以制作無接縫連續(xù)路面。對采用該方法實施的路面檢測結(jié) 果是：裂紋開口小于 1 mm 和裂紋兩邊的荷載傳遞達到 100% 。FRCCTM 采用低含水率( 110kg/m3)和低水泥用量，即 280 kg/m3(相當(dāng)于重量 比 12%)，這能使鋼纖維發(fā)揮最佳效果。 該混凝土密度高并具有高的碾 壓能

2、量：它的強度相當(dāng)于常規(guī)的每立方米 350 公斤水泥用量的澆注式 混凝土。 FRCCTM用強制式攪拌機拌和、 瀝青混凝土攤鋪機攤鋪、 鋼輪 振動壓路機和輪胎壓路機壓實。 FRCCTM的厚度一般為 8 至 20cm，常 用厚度為 10至 18cm 。關(guān)鍵詞：路面 水泥混凝土 碾壓 纖維 鋼1FRCCTM概述經(jīng) 專 利 保 護 的 FRCCTM 方 法(FiberreinforcedRollerCompactedConcrete) 采用高強度碾壓混凝土和摻入高性能的錨固鋼纖維， 能達到鋼筋混凝土的功能。 其結(jié)果是： 實現(xiàn)無接縫連續(xù)路面；裂紋開口類似于連續(xù)鋼筋混凝土 (CRC)的開口，即小于 1mm；

3、 裂紋邊緣之間的負載傳遞達 100%，從而消除了板塊間的振動聲； 與無鋼筋混凝土方案比較，可減小路面結(jié)構(gòu)的厚度。根據(jù)不同用途和具體要求， FRCCTM層上面可覆蓋以下的結(jié)構(gòu)層： 作為路面： 瀝青混凝土磨耗層， 由薄的、很薄的或透水性瀝青碎石層； 作為承受重壓的工業(yè)地坪或飛機、卡車停留坪：用微型混凝土以組成 耐碳氫化合物作表面處理的磨耗層。1.1 用于 FRCCTM方法的碾壓混凝土特性碾壓混凝土的配方按照法國國家標(biāo)準(zhǔn) NFP 98128，它所達到的機 械強度能使該材料歸納到該標(biāo)準(zhǔn) G5 級的最高的技術(shù)要求。采用的碎 石集料的顆粒度為 014mm，以限制其離析。 水泥的配量一般每立方米 混凝土為

4、280kg。混凝土制作時摻入延遲塑化劑。含水率按改良 Proctor 試驗結(jié)果而定。采用 280kg 水泥配方， FRCCTM混凝土的 28 天強度為：抗壓強度 大于 35MPa，劈裂抗拉強度大于 3.8MPa，亦即其機械性能至少相當(dāng)于 常規(guī)的每立方米配 330kg 至 350kg 水泥的澆注式混凝土。在裂紋方面，碾壓混凝土由于含水率和水泥用量不大，其收縮率很小。再加上鋼纖維的存在而使得混凝土內(nèi)裂紋減少。1.2 用于 FRCCTM方法的鋼纖維FRCCTM方法采用的鋼纖維是從大面積無接縫或極小接縫工業(yè)地 坪開發(fā)中優(yōu)選出的：這就是 BekaertDramix80/60 型粘結(jié)鋼纖維，是 帶高傾斜率

5、彎鉤的冷拉鋼絲，能使混凝土具有高的延展性。鋼纖維的 粘結(jié)成排是用一種能溶于水的粘結(jié)劑，這能防止使鋼纖維形成團狀， 同時又能在適當(dāng)時釋放鋼纖維，亦即在拌和中心內(nèi)拌和混凝土?xí)r達到 分散狀態(tài)。鋼纖維的最常用配量為每立方米混凝土 30kg；在特殊情況下可用 到 3540kg，例如在環(huán)形交叉口和環(huán)形路段與正常路段的連接處，在 此，像平常路段的路面一樣，應(yīng)為無接縫。80/60 鋼纖維是直徑為 0.75mm長為 60mm的鋼絲（ 80 表示長徑 比）。應(yīng)指出每單位重量的相同長度的鋼纖維數(shù)量與直徑的平方成正 比。相同重量的鋼纖維，直徑為 0.75mm的鋼纖維數(shù)量為 1mm鋼纖維 的兩倍：因此，在 1立方米混凝

6、土內(nèi) 30kg 的80/60 可組成一個 8000 米直線長鋼纖維的網(wǎng)絡(luò)。 該鋼絲的彈性極限為 1050N/mm2可, 與直徑為 1mm彈性極限 900N/mm2鋼絲相比。這兩因素說明 80/60 鋼纖維的性能 高于 60/100 鋼纖維。對不同的鋼纖維以相同的配量研究結(jié)果如圖 1 蘭色曲線所示： 80/60 的延展性有很長一段平臺，在 3mm以下的裂紋開口狀態(tài)下，混凝土+鋼纖維組合料的抗彎強度相當(dāng)于裂紋產(chǎn)生前的抗彎強度。該組合料的性能是優(yōu)越的，對在使用中的路面而言，即使有小于1mm的裂紋，它還有足夠的安全儲備。圖中注解： Bendingstrength（kN） 抗彎強度（ kN） Crack

7、width（mm） 裂 縫寬度（ mm）“ Total ” anchoragefiber “全錨固式”鋼纖維圖 1 采用不同鋼纖維的混凝土性能比較 - 混凝土開裂后鋼纖維的抗彎 強度1.3 FRCCTM的制作和施工FRCCTM的制作取決于現(xiàn)有設(shè)備。 在中國，新建的高等級公路水泥 混凝土路面施工工地一般規(guī)模都比較大，并且維持幾個月，這就允許 搬遷大容量的混凝土拌和中心。摻入的鋼纖維數(shù)量對應(yīng)于攪拌機的容 量（例如 2.5m3），並以陸續(xù)投料進行。鋼纖維的摻入或用每包20kg人工進行，或用自動配料器（如圖2）進行，該配料器把需用數(shù)量 （以 上例子中為 75kg）的鋼纖維投到集料輸送帶上， 或直接投入

8、攪拌機內(nèi)。在歐洲特別是在法國，公路建造企業(yè)配有連續(xù)拌和中心，最大的 達 300m3/小時。與間歇式拌和中心比較， 連續(xù)拌和中心的優(yōu)點是在相同體積下生產(chǎn)量較大，流動性更好。它的攪拌機是連續(xù)喂料，而不是 分批投料， 它采用一套集料和水泥精密重量配料系統(tǒng)。 FRCCTM也可在 100m3/小時稱為“超級流動”拌和中心內(nèi)制作，這類拌和中心只需兩 輛牽引卡車從一工地拖到另一工地。連續(xù)喂料時，鋼纖維用一臺新型 重量配料器摻入。該配料器能保證在生產(chǎn)過程中以 5%精度投配鋼纖 維。圖 2 連續(xù)作業(yè)拌和廠中添加 BekaertDramix80/60 鋼纖維的配料器FRCCTM是用常規(guī)的翻斗卡車運輸，而不用攪拌運

9、輸車。 FRCCTM 路面的施工按照法國國家標(biāo)準(zhǔn) NFP98-115 進行。該材料采用帶振動臺 的瀝青混凝土攤鋪機攤鋪，最好用高振動力的 HPC平臺，這樣能達到 高質(zhì)量的平整度。碾壓設(shè)備包括一臺高頻振動壓路機和一臺輪胎式碾 壓機，每輪胎加載 3 至 5 噸。 FRCCTM厚度一般為 8 至 20cm，這就能 使路面碾壓后在層底達到良好的密度。 FRCCTM混凝土的養(yǎng)生采用瀝青 乳液（除非想用常規(guī)養(yǎng)生混合物的混凝土表面） 。1.4 鋪在 FRCCTM上的磨耗層鋪在 FRCCTM上的磨耗層一般由以下碎石料組成： 或者用一層厚 4cm摻 35/50 瀝青的薄碎石料， 特別用于須承受剪切應(yīng) 力的環(huán)形交

10、叉口或交通信號燈控制區(qū)；或者用一層厚 2.5cm 的很薄碎石料LROP試驗室在現(xiàn)場的檢測和在試驗室的試驗結(jié)果證明 FRCCTM和 瀝青磨耗層之間的粘結(jié)達到兩瀝青層之間的相同粘結(jié)強度。 2FRCCTM方法：一項降低成本的創(chuàng)新2.1FRCCTM路面結(jié)構(gòu)的尺寸確定十多年來，大尺寸無接縫工業(yè)地坪應(yīng)用了鋼纖維混凝土，為此而 進行的大尺寸確定的研究和實驗?zāi)茉u價鋼纖維對混凝土所起到的抗 彎作用。其方法是建立在混凝土板塊彎曲破裂后在混凝土+鋼纖維混合料內(nèi)鋼纖維所消耗的能量。按能量方法與無鋼筋混凝土比較， Dramix80/60 鋼纖維以每立方米混凝土 30kg 的配量，應(yīng)屬于 4 級鋼纖 維混凝土，它能使允許

11、應(yīng)力加大 1.4 倍。然而為了對 FRCCTM的尺寸 確定保留足夠的安全富裕度，只按 1.26 倍加大，這相當(dāng)于 3 級鋼纖 維混凝土。FRCCTM結(jié)構(gòu)能組成一種抗彎構(gòu)架，也是減少裂紋的手段。在這 點上，作為參考，雖然按鋼材的相應(yīng)彈性極限的當(dāng)量計算是近似的， 按鋼材的彈性極限為 1050N/mm2和 30kg/m3 的鋼纖維配量計， FRCCTM 可比得上鋼筋體積含量為 0.67%的 CRC，即彈性極限為 500N/mm2的 52kg/m3 的連續(xù)配筋混凝土。像所有創(chuàng)新技術(shù)一樣， FRCCTM尺寸計算的參數(shù)首先是建立在試驗 室的試驗結(jié)果和在現(xiàn)場施工后的檢測結(jié)果上。隨著時間推移，對初始數(shù)據(jù)按需要

12、可能作一些調(diào)整。目前，在繁忙和重載交通量下使用六年 多后，對使用中的 FRCCTM現(xiàn)場得出令人滿意的評價，使人們初步肯 定所采用的尺寸計算參數(shù)的正確性。2.2 在歐洲對 FRCCTM技術(shù)的經(jīng)濟性評價圖 3 的曲線示出各種材料的相應(yīng)疲勞曲線斜度，亦即瀝青混凝土 為 1/5 ，水泥混凝土為 1/16 。從圖中還可以看出，高模量瀝青混凝土 EME2和 FRCCTM的相應(yīng)厚度在每天單向 200 輛重載卡車的交通量處是 相等的， 以及當(dāng)交通量再增加時 FRCCTM的厚度增加慢于瀝青混凝土。圖 4 給出在不同交通量下用不同路面的每平方米成本比較 , 有關(guān) 材料按稅后平均單位售價計。作為結(jié)論，在低交通量下F

13、RCCTM路面沒有競爭力，但對交通量每天每向 500 輛以上重載卡車的情況， FRCCTM 路面比性能最好的改性瀝青路面能節(jié)省 8%至 10%的造價。 交通量越增 大，節(jié)省越多。同樣，從可持續(xù)發(fā)展角度來看，就每天承受 500 輛重載卡車的交 通量的路面而言， FRCCTM方案能比 EME2節(jié)省昂貴的碎石料 15%，比 良好級配瀝青 +碎石料節(jié)省 35%。在中歐和東歐，前蘇聯(lián)陣營國家的標(biāo)準(zhǔn)軸載曾為 8.5 噸。過渡到 歐洲的 11.5 噸的軸載后，在所有這些國家內(nèi)即普遍引起路面破壞， 到處造成約 10cm 深的車轍和國道網(wǎng)路面結(jié)構(gòu)過渡疲勞。特別是在波 蘭和羅馬尼亞，除了一些可能向國際銀行貸款或?qū)?/p>

14、營轉(zhuǎn)讓的新高速公路規(guī)劃項目外， FRCCTM技術(shù)的潛在市場是在國道網(wǎng)更新中的應(yīng)用。 在波蘭，經(jīng)受車轍的國道的常用加強技術(shù)是：在刨平擠出的材料 后，鋪上 15cm的良好級配瀝青混合料 +5cm瀝青混凝土作為磨耗層。 圖 5 示出，按同等結(jié)構(gòu)強度， 10cm 的 FRCCTM+4c摻m 35/50 瀝青薄碎 石料層方案是徹底解決車轍問題的辦法，同時，此加強路面每平米可 節(jié)省費用 10至 12%。縱座標(biāo)：厚度（cm）; 橫座標(biāo)：重載卡車（3.5 噸）單向日交通量（輛） 圖 3 路基承載能力為 E=120MPa的路面厚度比較縱座標(biāo)：成本，美元 ; 橫座標(biāo)：重載卡車（ 3.5 噸）單向日交通量，輛 圖

15、4 歐洲按不同交通量各種路面的每平米成本比較左圖: 瀝青方案 右圖:FRCCTM方案圖 5 波蘭國道用 FRCCTM強化方案比較2.3 在中國對 FRCCTM技術(shù)的經(jīng)濟性評價在 CTI 與山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院之間的技術(shù)轉(zhuǎn)讓框架內(nèi)，2003 年秋在中國山西省計劃建立一個 FRCCTM試驗工程。這是一條 2x2 車道 120000m2的即 12km長新建路面的國道一級公路。 該路面處在運 輸煤炭的礦區(qū)，將承受每天每向 2500 輛超載重載卡車的交通量，軸 載經(jīng)常達 19 噸。其他的 FRCCTM項目正在與上海市城建部門商談中。 相對于西歐所作的關(guān)于各種不同材料的對比分析結(jié)果，盡管由于中國 的物

16、價水平普遍比西歐低 20%到 30%，經(jīng)濟性的估價仍然是有利于 FRCCT。M我們可觀察到對每天單向 500 輛重載卡車的交通量， FRCCTM 仍有經(jīng)濟性優(yōu)勢，交通量越增加時這優(yōu)勢越會增大。更準(zhǔn)確來看，圖 7 示出結(jié)構(gòu)上相當(dāng)?shù)膬煞N高速公路路面的比較。該例 子是湖北省一項常用的路面結(jié)構(gòu)，它符合交通部頒布的國家行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)，亦即一項較厚的半剛性路面，其瀝青材料厚 18cm。 FRCCTM方案 （在湖北省其單價為 75US$/m3，在上海約為 80 US$/m3）可節(jié)省 8 至 10%，而瀝青與碎石料消耗可節(jié)省 30%?？v座標(biāo)：成本（美元）; 橫座標(biāo)：重載卡車（3.5 噸）單向日交通量 （輛） 圖

17、6FRCCTM相對于瀝青混凝土和 CRC的經(jīng)濟性比較左圖:瀝青方案右圖 :FRCCTM方案圖 7 中國湖北省新高速公路 FRCCTM路面方案可注意到中國水泥是質(zhì)優(yōu)價廉，為了減少進口瀝青而選用半剛性 結(jié)構(gòu)。根據(jù)中國交通部的指令，為了再利用熱電站發(fā)電的副產(chǎn)品，底 基層的水泥經(jīng)常用粉煤灰來替代，特別是在山西省。還可注意到 FRCCTM用的 Dramix80/60 鋼纖維是由 Bekaert 公司在上海的分公司生 產(chǎn)的。作為對中國情況的結(jié)論，必須強調(diào)，從國家角度來看，為了采用 國產(chǎn)產(chǎn)品並減少瀝青進口，不惜放寬對裂紋的考慮，特別是采用粉煤 灰方面。在這背景下，可以看到 FRCCTM技術(shù)能給出一個對應(yīng)的答

18、案， 這答案一方面能滿足了交通部規(guī)定的經(jīng)濟要求，另一方面又能滿足減 少裂紋從而改善路面質(zhì)量的技術(shù)要求。因此 FRCCTM方法在中國的發(fā) 展前景是巨大的，當(dāng)然條件是在現(xiàn)場實施中以事實來確認所期望的經(jīng) 濟優(yōu)勢，并且每一開發(fā)階段即使是最小的也必須取得成功。 3 建 立在成功經(jīng)驗上的技術(shù)要求相對于瀝青技術(shù)而言， FRCCTM方法具有常規(guī)的澆注式混凝土技術(shù) 的優(yōu)點：它能消除路面車轍問題， 只要建造時尺寸確定正確，它能保證很長的路面使用壽命，從而減少 護養(yǎng)費用，僅僅需要定期更新瀝青磨耗層。水泥混凝土本質(zhì)上承受結(jié)合料凝結(jié)時的收縮，因而具有干縮和溫 縮應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋的缺點。 FRCCTM所用的混凝土在這點上也

19、不例外， 盡管由于采用較低的水泥和水的配量以減少收縮率，并達到高的機械 性能。摻入鋼纖維也正是為減少 FRCCTM的裂紋：因此應(yīng)確定這種裂紋的可接受的極限。LROP工作組在現(xiàn)場所取得的樣芯和檢測證明了 FRCCTM的裂紋開 口在整個板塊厚度上為 0.8 至 1mm，裂紋兩邊緣之間的荷載傳遞為 100%。FRCCTM的小梁試件同樣證明存在開口為 0.2 至 0.3mm的許多微 型裂紋，這些微型裂紋在瀝青磨耗層表面上是肉眼看不見甚至是不會 出現(xiàn)的。采用每立方米 FRCCTM摻入 30kg 的鋼纖維時，相應(yīng)的裂紋間 距約為 30至 60m。必須強調(diào)：CRC路面與 FRCCTM路面在裂紋上存在的差距，

20、后者是無損害的； 用水性結(jié)合料處理的集料，它的裂縫只有幾毫米，特別是在中國采用 了粉煤灰膠結(jié)料，其經(jīng)濟優(yōu)點是不能否定的，但裂縫開口邊緣之間的 負載傳遞質(zhì)量就受到一些影響。有人提出 FRCCTM的裂紋內(nèi)鋼纖維的腐蝕問題。茲提醒這點，二 十多年來，對使用中的 CRC所作的觀察證明了對開口小于 1mm的裂紋： 在裂縫處鋼纖維幾乎未被腐蝕，甚至路面沒有覆蓋瀝青磨耗層，也如 此； 裂縫開口邊緣之間的負載是由碎石料傳遞，而不是由鋼纖維傳遞。根據(jù)以上觀察結(jié)果， 盡管下述操作不一定是必須的， FRCCTM的裂 紋可在 10cm寬度上攤鋪瀝青乳化液使之密封。 （該操作類似于返修瀝 青碎石料后密封一接縫的操作） 。車輛用戶幾乎察覺不了這