鋼纖維混凝土在收費站水泥路面中的應用

王建忠 楊英俊 李世雄

摘要：作為一種新型復合材料，銅纖維混凝土在道路工程中已經(jīng)多有應用，而在收費站水泥路面中的應用并不多見。對不同摻量、齡期的鋼纖維混凝土的強度試驗，得到了其抗壓和抗折強度隨摻量和齡期的增加而增長的規(guī)律，確定了最佳鋼纖維摻量和施工配合比，在實際工程中取得了良好的應用效果。

關鍵詞：鋼纖維混凝土；收費站；水泥路面；強度試驗

中圖分類號：U416.217文獻標識碼：A文章編號：1000-8136(2009)35-0020-03

鋼纖維混凝土是一種在水泥基中摻入短纖維的新型復合材料，具有彎拉強度高、耐磨、抗裂、抗疲勞、抗沖擊性能好的特點，可在一定程度上取代鋼筋混凝土、減薄道面厚度、加大縮縫間距、縮短施工周期、降低工程維修費用以及延長使用壽命。雖然已經(jīng)在公路工程、機場道路中多有應用，但是在收費站水泥路面中的應用并不多見，本研究在夏汾高速公路交城收費站廣場水泥路面加寬改造實際施工中應用了鋼纖維混凝土，并且取得了令人滿意的應用效果。

1項目概況

交城收費站位于夏汾高速公路夏家營－汾陽方向交城互通立交(喇叭型、二級立交)的右側(cè)連接線上，在交城縣東南方向，磁窯河以東，交城縣義望鄉(xiāng)青村南。交城收費站原設計均為二進三出共5個收費車道，采用水泥混凝土路面，面層為26cm素水泥混凝土面板，基層為20cm水泥穩(wěn)定碎石，底基層為24cm綜合穩(wěn)定土，土路肩采用6cm厚水泥混凝土預制塊、20cm水泥碎石加周。

交城收費站近幾年出入口交通量增長迅猛，計重收費的實行更是增加了較大的交通壓力，長時間、長距離堵車現(xiàn)象不可避免，為此，夏汾高速急需對兩收費站進行加寬改造，以提高通道的通行能力，保障交通安全、快速運行。擬對該收費站增加兩個進口車道和一個出口車道，改為四進四出共8個車遵，共增加3個收費島(進口2個、出口1個)，從連接線AK0+119起對進口方向的路基進行加寬，到AK0+500匝道處增加2個車道，加寬寬度為(3.2+2.2)×2=10.8m，同時在此范圍內(nèi)對出口方向的路基也增加1個車道，加寬寬度為3.2+2.2=5.4m，加寬長度381m，均采用鋼纖維水泥混凝土路面結(jié)構。

2原材料和配合比

2.1原材料

在鋼纖維混凝土的原材料設計中，由于鋼纖維混凝土粗骨料最大粒徑是影響其自身強度的重要因素，所以往往不能根據(jù)構件尺寸來確定粗骨料的最大粒徑，而必須從強度角度來確定粗骨料的最大粒徑。鑒于上述原因，根據(jù)以往的經(jīng)驗確定鋼纖維混凝土的最大粒徑為25mm。采用3種品牌的425號普通硅酸鹽水泥，均有很大的強度富余量。中粗砂的細度模數(shù)為Mx=2.6，較潔凈。5mm～25mm粗骨料為軋制碎石，石灰?guī)r石質(zhì)，其各項技術指標均滿足規(guī)范要求。

鋼纖維的性能直接影響鋼纖維混凝土的強度，因此在比選了數(shù)家產(chǎn)品后，最終選定了某國產(chǎn)剪切型鋼纖維。其外觀為平直形，矩形截面。各項指標見表1。由表1中不難看出，該種鋼纖維各項技術指標均達到或超過了規(guī)范標準。

2.2鋼纖維摻量的確定

為了確定鋼纖維的最佳摻量，比選試驗制備了素混凝土和3種鋼纖維摻量的混凝土試件，15×15×55cm混凝土彎拉強度梁式試件和15×15×15cm的抗壓強度立方體試件。鋼纖維摻量分別為0、30、45和60kg／m³。各組混凝土材料配合比見表2。對上述混凝土進行28天齡期強度測定，結(jié)果見表3。

由試驗結(jié)果可知。鋼纖維混凝土的抗壓強度R_s和抗折強度R_h都隨著鋼纖維摻量的增加而增長，見圖1?？箟簭姸萊_s提高了3.8％、7.4％和9.7％，而抗折強度Rb提高了11.5％、21.2％和26.9％(鋼纖維摻量為30、45、60kg／m³時)?？梢姡摾w維混凝土抗折強度R_h隨鋼纖維摻量增加而增長的幅度更大。但是，當鋼纖維用量較高時，無論是抗壓強度還是抗折強度的增長趨勢都有所減緩。上述分析表明，剪切型鋼纖維的摻入，較大程度上改善了混凝土的受拉特性，當鋼纖維摻量為30、45、60 kg／m³時，其28天抗折強度呈現(xiàn)出規(guī)律性的提高。鑒于交城收費站加寬車道水泥路面的設計強度和工程技術經(jīng)濟條件，最終確定了59kg／m³(體積率0.75％)鋼纖維摻量。

2.3施工配合比

鋼纖維混凝土施工配合比設計應著重考慮以下幾點要素：粗骨料的最大粒徑、砂率、鋼纖維的摻量和混凝土的水灰比。粗骨料的最大粒徑和鋼纖維的摻量已經(jīng)確定，不再贅述。鋼纖維混凝土砂率的確定與普通混凝土相比具有重要意義，其原因在于細骨料的比率是決定鋼纖維混凝土密實度的最主要因素，而細骨料的用量是控制鋼纖維混凝土稠度的主要因素。從強度方面考慮，一些資料顯示砂率應取用50％～60％。此外，鋼纖維混凝土的抗壓強度和抗折強度主要由鋼纖維的增強部分(由鋼纖維摻量和排列方向決定)和混凝土部分的強度(主要由水灰比決定)相疊加而成；雖然如此，配合比設計仍以鋼纖維摻量確定為主，水灰比居于次要地位，因為鋼纖維的摻量不僅影響混凝土的強度，而且還影響韌性、抗裂性等鋼纖維混凝土的特有性能。綜合考慮上述影響因素后，最終確定鋼纖維摻量為59kg／m³，水灰比為0.52，砂率為0.50。施工配合比見表4。

3強度試驗及分析

在加寬車道水泥混凝土的澆注施工過程中，設計要求僅對CF45鋼纖維混凝土進行常規(guī)抗壓強度的檢測。但為了分析鋼纖維對混凝土物理力學性質(zhì)的影響，實際中增加了同配合比下鋼纖維混凝土與素混凝土抗壓、抗折強度的對比試驗，試驗結(jié)果見表5。

由表5可知，鋼纖維混凝土的抗壓強度和抗折強度都隨其齡期的增加而不斷增長，強度均高于同齡期素混凝土強度。較素混凝土而言，鋼纖維混凝土7天抗折強度高18.8％?？箟簭姸葻o明顯增強；28天抗折強度高26.9％，抗壓強度高9.7％；90天抗折強度高14.5％，見圖4?？梢姡摾w維的摻人對抗折強度的增強，無論是早期強度還是后期強度的增長均有明顯效果，這種強度增長的趨勢經(jīng)歷了一個先快后緩的過程；而對抗壓強度的后期增長有一定效果。與CF45標準對比不難發(fā)現(xiàn)，索混凝土的28天抗壓強度不能滿足設計標準，而鋼纖維混凝土則超過了此標準，并且在抗折強度方面有很大幅度的增長。由此可知，交城收費站水泥路面加寬改造的鋼纖維混凝土設計是適當?shù)摹?/p>

4結(jié)論

不同摻量的鋼纖維混凝土強度試驗證明其抗壓強度和抗折強度均隨摻量的增加而增大。但是，當鋼纖維用量較高時，無論是抗壓強度還是抗折強度的增長趨勢都有所減緩。鋼纖維的摻入在較大程度上改善了混凝土材料的彎拉特性。對抗折強度的增強，無論是早期強度還是后期強度的增長均有明顯效果，而對抗壓強度的后期增長有一定效果。由于抗折強度是水泥路面混凝土強度的主要控制指標，故對抗折強度增強特性的應用恰能滿足水泥面板的受力特點，在實際應用中取得了很好的使用效果。