鋼纖維混凝土路面施工技術(shù)分析

彭漢杰

摘要:本文首先分析鋼纖維混凝土路面優(yōu)點(diǎn)和鋼纖維混凝土的材料性能,并詳細(xì)闡述了其施工技術(shù)和質(zhì)量控制措施,供廣大公路工程技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞:鋼纖維混凝土;路面;加鋪層;施工

1 前言

鋼纖維混凝土是一種纖維型材料與顆粒型材料混雜的復(fù)合材料。由于鋼纖維的摻入,使脆性的基體成為具有良好韌性的鋼纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。鋼纖維混凝土路面在動(dòng)荷載下,具有良好的抗沖擊、抗彎、抗拉、耐磨性能,疲勞壽命長(zhǎng),并具有良好的阻止和抑制因溫度應(yīng)力引起裂縫產(chǎn)生與擴(kuò)展的能力。此外,鋼纖維混凝土的抗凍性能良好。這些性質(zhì)與路面的要求基本一致,并且可以實(shí)現(xiàn)按照使用要求設(shè)計(jì)材料的目的。因而在路面新建、加鋪層、路面修補(bǔ)等工程具有廣泛的應(yīng)用前景。但是由于鋼纖維的存在,鋼纖維混凝土路面質(zhì)量的優(yōu)劣不僅取決于混凝土的配合比和鋼釬維的性能,同時(shí)往往取決于施工質(zhì)量。鋼纖維的存在給混凝土路面施工帶來(lái)了技術(shù)難題,而施工機(jī)械的選擇及使用對(duì)鋼纖維混凝土路面的質(zhì)量產(chǎn)生較為重要的影響。

2 鋼纖維混凝土路面優(yōu)點(diǎn)分析

鋼纖維混凝土路面具有如下優(yōu)點(diǎn):

強(qiáng)度和重量的比值增大。這是纖維混凝土具有優(yōu)越經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo),也是它具有,闊應(yīng)用前景的重要保證。

抗拉強(qiáng)度和主要由主拉應(yīng)力控制的抗剪、抗彎強(qiáng)度明顯提高。

變形性能明顯改善。鋼纖維混凝土彈性階段的變形性能與其他條件相同的素混凝土沒(méi)有監(jiān)菩差別,受壓彈性模量和泊松比與素混凝土基本相同。韌性足衡量蠼性變形性能的重要指標(biāo),鋼纖維混凝土的韌性比素混凝土大大提高。

抗裂和抗疲勞性能有較大改善。由于鋼纖維對(duì)混凝土的阻裂作用,鋼纖維混凝土比素混凝土具有更好的軟化后性

能和抗疲勞性能。

3 鋼纖維和鋼纖維混凝土的性能

3.1 鋼纖維基本性能

鋼纖維按其制造方式分為切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維和熔抽鋼纖維四種。

鋼纖維抗拉強(qiáng)度高,但與水泥沙漿的界面粘結(jié)性較差。對(duì)鋼纖維表面進(jìn)行變形處理,制成表面有刻痕的、末端帶鉤的、波紋形的鋼纖維,或者圓截面與扁平截面交替的呈規(guī)律性變化的鋼纖維可以改善其力學(xué)性能。當(dāng)用廢鋼絲繩切斷而成時(shí),必須進(jìn)行除油污和除銹處理。

剪切鋼纖維由剪切冷軋薄板制得,厚012mm～015mm,寬0125mm～019mm,抗拉強(qiáng)度為450MPa～800MPa,與水泥砂漿的粘結(jié)性比切斷鋼纖維好。

切削鋼纖維由旋轉(zhuǎn)的銑刀切削軟鋼錠或厚鋼板制得,強(qiáng)度比原材料有較大提高,截面呈三角形,與水泥混凝土的粘結(jié)較好。

熔抽鋼纖維由熔融的鋼水甩制而成,纖維強(qiáng)度因熔鋼成分與熱處理?xiàng)l件而異,表面不規(guī)則且有一層強(qiáng)度很低的氧化層。氧化層的存在降低了鋼纖維與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。鋼纖維的彈性模量與抗拉強(qiáng)度都比較高,大約為水泥基材的5倍以上。同時(shí)鋼纖維也可以制成各種變截面形狀,以增加與水泥基材之間的握裹力。

3.2 鋼纖維增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度機(jī)理

鋼纖維在混凝土中的主要作用,在于限制外力作用下基體中裂縫的擴(kuò)展。在受荷(拉、彎)初期,水泥基料與鋼纖維共同承受外力,而前者是外力的主要承受者:當(dāng)基料發(fā)生開(kāi)裂后,橫跨裂縫的鋼纖維成為外力的主要承受者。若鋼纖維體積摻量超過(guò)某一臨界值,整個(gè)復(fù)合材料可繼續(xù)承受較高的荷載,并產(chǎn)生較大的變形,直到鋼纖維被拉斷或鋼纖維從基料中被撥出,以至復(fù)合材料破壞。

3.3 鋼纖維混凝土的基本性能

鋼纖維混凝土是在普通混凝土中,均勻地亂向分布一定量的鋼纖維,經(jīng)硬化而得,與普通混凝土相比,具有一系列優(yōu)越的物理力學(xué)性質(zhì):

強(qiáng)度與重量比值增大;較高的抗拉、抗壓和抗彎的極限強(qiáng)度。在混凝土中摻入適量鋼纖維,其極限抗壓強(qiáng)度可以提高,單軸抗拉極強(qiáng)度可提高40%～50%,抗彎極限強(qiáng)度可提高50%～150%;良好的抗沖擊性能。鋼纖維混凝土在纖維摻量為018%～210%時(shí),其沖擊韌性指標(biāo)可提高50倍～100倍,甚至更高;變形性能明顯改善。鋼纖維對(duì)混凝土抗壓彈性模量影響不顯著,但對(duì)抗拉彈性模量提高較多,鋼纖維對(duì)混凝土長(zhǎng)期收縮變形的影響也較明顯,鋼纖維可使混凝土的收縮率降低10%～30%;抗裂和抗疲勞性能顯著提高;優(yōu)越的抗剪性能;良好的阻止和抑制因溫度應(yīng)力引起裂縫產(chǎn)生與擴(kuò)展的能力;良好的抗凍性與耐磨性能。

3.4 影響鋼纖維混凝土性能的主要因素

鋼纖維混凝土性能受鋼纖維類(lèi)型、鋼纖維摻量、鋼纖維長(zhǎng)徑比、砂率、粗骨料最大粒徑、減水劑、摻和料等因素的影響。其中鋼纖維類(lèi)型、鋼纖維摻量和鋼纖維長(zhǎng)徑比是影響鋼纖維混凝土性能的主要因素。當(dāng)鋼纖維混凝土用于路面材料時(shí),由于面層板較薄,因而受地下排水狀況的影響較大。

4 鋼纖維混凝土施工

鋼纖維混凝土路面質(zhì)量的優(yōu)劣,在很大程度上取決于施工質(zhì)量。因此,鋼纖維混凝土路面施工,除了滿(mǎn)足普通混凝土的施工要求外,還應(yīng)特別重視鋼纖維給施工帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題。施工時(shí)除了將原有的混凝土補(bǔ)強(qiáng)填平外,重點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

設(shè)置鋼纖維分散裝置。由于鋼纖維一次性直接投入攪拌機(jī)易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象,為使鋼纖維充分分散,在攪拌機(jī)上安裝上振動(dòng)式鋼纖維分散機(jī),分散機(jī)功率為1.0kW,分散能力約為40kg/min。由于分散機(jī)安裝在攪拌機(jī)上,分散時(shí)間較長(zhǎng),增加了攪拌時(shí)間,生產(chǎn)效率有所降低。

攪拌投料順序和攪拌時(shí)間。為防止鋼纖維結(jié)團(tuán),采取先干后濕的工藝。投料程序按砂一鋼纖維一石子一水泥的順序投于料斗。首先在攪拌機(jī)里干拌1～2min,再加水濕拌2min左右?？倲嚢钑r(shí)間控制在6min內(nèi)。攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)形成纖維結(jié)團(tuán),且每次的攪拌量控制在攪拌機(jī)容量的1/3以下。

采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。鋼纖維混凝土攪拌機(jī),使用雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī),容量為250L。由于采用1.2%的鋼纖維摻量,且坍落度較小,為不使攪拌機(jī)超負(fù)荷工作,適當(dāng)降低攪拌機(jī)的利用率。

運(yùn)輸。鋼纖維混凝土運(yùn)輸采用自卸運(yùn)輸車(chē)。由于鋼纖維混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中受到振動(dòng),使鋼纖維下沉,坍落度和含氣量都會(huì)有損失,影響鋼纖維混凝土的均勻性。因此,選擇鋼纖維混凝土的攪拌場(chǎng)地時(shí)盡量縮短運(yùn)輸距離,并注意選擇合適的自卸運(yùn)輸車(chē)輛,以保證澆筑時(shí)的卸料高度不得超過(guò)1.5m,確?；炷列读线^(guò)程中不發(fā)生離析現(xiàn)象。同時(shí),宜注意運(yùn)輸時(shí)的溫度,避免造成混凝土的施工和易性下降。

攤鋪與振搗。鋼纖維混凝土在澆注時(shí),不得有明顯的澆注接頭,每次倒料必須相壓l5-20cm,使鋼纖維混凝土保持整體連續(xù)性。鋼纖維混凝土路面采用攤鋪機(jī)攤鋪,輔以人工整平。因使用插入式振動(dòng)棒插入鋼纖維混凝土進(jìn)行振搗,會(huì)使鋼纖維朝振動(dòng)著的振動(dòng)棒聚集,產(chǎn)生集束效應(yīng),所以為確保鋼纖維的二維分布,使用平板振動(dòng)器振搗成型。為保證邊角混凝土密實(shí),將振搗棒順路線方向插入,使鋼纖維成縱向條狀集束,從而使鋼纖維的排列有利于抵抗板體收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力,有利于荷載的傳遞。振搗持續(xù)時(shí)間以混凝土停止下沉、不再冒氣泡并泛出泥漿為準(zhǔn),同時(shí)防止過(guò)振。

抹面、壓紋。將外露的鋼纖維壓入混凝土中,同時(shí)在抹平的鋼纖維混凝土表面采用滾式壓紋機(jī)沿路線橫斷面方向壓紋l-2mm。

切縫與養(yǎng)護(hù)。當(dāng)鋼纖維混凝土養(yǎng)生強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度約50%時(shí),用切割機(jī)切縫,縫深3cm,縮縫設(shè)置為5m/道,與舊縫對(duì)齊。并保持施工縫與脹縫或縮縫設(shè)計(jì)位置吻合,施工縫與路中線垂直,不設(shè)置傳力桿。對(duì)脹縫、縮縫均采用l0號(hào)石油瀝青填縫。混凝土路面采用灑水養(yǎng)生,終凝后用麻袋覆蓋,每天灑水養(yǎng)護(hù),保持混凝土呈潮濕狀態(tài)。養(yǎng)生時(shí)間在l0～15d。待混凝土測(cè)試強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度再開(kāi)放交通。

結(jié)束語(yǔ)

鋼纖維混凝土由于其自身所具有的優(yōu)異性能,目前已得到廣泛應(yīng)用。由于鋼纖維混凝土路面縮縫的間距為10m左右,比普通水泥混凝土路面的大,引起錯(cuò)臺(tái)顛簸的橫向縮縫大幅減少,從而明顯減少了錯(cuò)臺(tái)。因此,鋼纖維混凝土路面的行車(chē)舒適性明顯比普通水泥混凝土路面的高。但是,鋼纖維混凝土路面的施工較普通混凝土路面復(fù)雜,如果在施工過(guò)程中控制不好,很容易出現(xiàn)鋼釬維結(jié)團(tuán)、拌合物工作性差等問(wèn)題,反而降低了路面質(zhì)量。因此,在鋼釬維混凝土路面施工中,一定要嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量,從而達(dá)到令人滿(mǎn)意的效果。