鋼纖維混凝土路面施工技術(shù)研究

李二虎

(山西平陽路橋有限公司，山西臨汾 041000)

近年來，我國高速公路飛速發(fā)展，每年有幾千千米的提速。高速公路已成為人們生活出行的途徑，同時(shí)帶動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，受到各級(jí)地方政府的高度重視。最近，時(shí)常聽到某地方發(fā)生路面坍陷，造成交通一度陷入困境，影響了正常生活的進(jìn)行，給經(jīng)濟(jì)帶來了一定的波動(dòng)，因此，路面的承載力也成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)。鋼纖維混凝土是短鋼纖維和普通混凝土摻雜在一起而形成的新型復(fù)合材料。這些短鋼纖維是亂向分布的，有效地阻礙了混凝土內(nèi)部宏觀裂縫的形成和微裂縫的擴(kuò)展，充分地改善了混凝土的抗彎、抗拉、抗凍、抗?jié)B、抗疲勞以及抗沖擊性能。而路面的主要材料就是鋼纖維混凝土，要進(jìn)行良好的路面施工，必須嚴(yán)格按照《鋼纖維混凝土》中的原材料配比，生產(chǎn)和加工，質(zhì)量監(jiān)督等程序按部就班的操作。

1 鋼纖維混凝土的設(shè)計(jì)和配比

鋼纖維混凝土的合理配比應(yīng)根據(jù)其抗壓、抗彎等性能要求，以及斷面尺寸的設(shè)計(jì)等施工要求，附加措施來進(jìn)行。目前，設(shè)計(jì)鋼纖維混凝土的配比方法還不夠完善，需結(jié)合計(jì)算和試驗(yàn)來確定?，F(xiàn)在結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來介紹配比設(shè)計(jì)。1)砂率的確定。通過有關(guān)資料和試驗(yàn)得以確定，一般取38%～50%，鋼纖維中采用的混凝土砂率一般需要根據(jù)攪拌物的具體條件來確定19 mm碎石以及卵石的最大砂率。例如，當(dāng)攪拌物的具體條件固定在pf= 1.0%，lf/df=50的情況下，那么最大粒徑的19 mm碎石的砂率為45，而同大小的卵石則為40。在這個(gè)基礎(chǔ)上，隨著這兩個(gè)攪拌物參數(shù)的改變，其具體的砂率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。2)確定水灰比的用量。在水灰比的計(jì)算中，首先對(duì)普通混凝土的抗拉伸彎曲強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，其次根據(jù)鋼纖維混凝土路面的使用壽命需求對(duì)最大水灰配比與最少水泥用量進(jìn)行設(shè)計(jì)，如表1所示。3)需要注意的事項(xiàng)。在確定單位的用水量時(shí)，需要根據(jù)相關(guān)的公式來計(jì)算，要先將水泥的用量計(jì)算出來，然后根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)在摻入高效高質(zhì)的減水劑時(shí)所需要的單位用水量進(jìn)行選擇，接下來測(cè)量攪拌物的坍落度，計(jì)算出用水量。通過計(jì)算出的水泥量與表1對(duì)比，取最大值，通常情況下鋼纖維混凝土的水泥用量每單位不大于500 kg，多為360 kg～450 kg。一般來說，當(dāng)坍落度變化的范圍是在10 mm以內(nèi)時(shí)，那么當(dāng)其變化的幅度是10 mm的時(shí)候，就應(yīng)該將每單位減少7 kg的用水量，隨著鋼纖維體積的變化，用水量也相應(yīng)發(fā)生變化，變化的幅度為0.05%時(shí)，其每單位的用水量變化幅度為8 kg。當(dāng)鋼纖維的長(zhǎng)徑變化范圍在10 mm時(shí)，每單位的用水量也相應(yīng)的應(yīng)該變化10 kg。當(dāng)其細(xì)度的模數(shù)在3左右時(shí)，隨著模數(shù)的變化用水量也需改變。

2 鋼纖維混凝土路面施工質(zhì)量的控制

首先，應(yīng)該強(qiáng)化原材料的選擇，確保其質(zhì)量。在混凝土路面被磨損時(shí)，為防止磨損出來的鋼纖維扎破輪胎，不宜采用切斷形、倒鉤形、耙鉤形鋼絲;鋼纖維按一定比例摻入混凝土中，形成一種高強(qiáng)度的彈塑性材料，具有抗彎、抗拉、抗沖擊等特點(diǎn);其中，單絲抗拉強(qiáng)度不小于600 MPa;為使鋼纖維的性能作用充分發(fā)揮，應(yīng)該確保鋼纖維的最大長(zhǎng)度不大于其最大的公稱直徑的2倍，并且需要超出該直徑的1/3，另外，路面中鋼纖維混凝土公稱直徑最大應(yīng)該為19 mm，這時(shí)鋼纖維的長(zhǎng)度最好應(yīng)該是56 mm～38 mm之間。為保證鋼纖維在混凝土中均勻分布，防止其發(fā)生攪拌結(jié)團(tuán)，難以攤展，不宜采用波浪形鋼纖維。為保證鋼纖維摻入混凝土?xí)r的工作性和耐磨性，需在鋼纖維混凝土中加入高效減水劑。鋼纖維混凝土配制用水禁忌使用海水，或者加有氯鹽成分的物質(zhì)，這會(huì)導(dǎo)致鋼纖維混凝土風(fēng)化或者失效。鋼纖維混凝土骨料直徑的確定應(yīng)該確保其粒徑在鋼纖維總長(zhǎng)度的2/3以下，并不能超過20 cm。另外還要確定鋼纖維混凝土粗、細(xì)集料和配制強(qiáng)度。

表1 鋼纖維混凝土路面最大水灰比與最少水泥用量設(shè)計(jì)

其次，混凝土的運(yùn)輸以及攪拌。在鋼纖維混凝土運(yùn)輸與施工中，會(huì)出現(xiàn)鋼纖維結(jié)團(tuán)的問題，采用分散機(jī)對(duì)投入的鋼纖維進(jìn)行充分的分散后，再進(jìn)行鋼纖維混凝土的攪拌。分散機(jī)的功率可以控制在0.75 kW～1.0 kW之間，分散力控制在20 kg/min～60 kg/min，這種條件下有助于使鋼纖維的分散效果達(dá)到最好。鋼纖維應(yīng)與其他的原材料較好的融合，更好的篩選。鋼纖維混凝土材料投入的順序與攪拌時(shí)間的控制是為了更好的防止鋼纖維結(jié)團(tuán)，在一般的道路施工過程中需分級(jí)投料，一般先干料攪拌后濕料攪拌。在原材料攪拌上面按照砂→鋼纖維→碎石→水泥的順序進(jìn)行投入。鋼纖維混凝土混合料攪拌的時(shí)間控制是先在攪拌機(jī)干拌1 min后注入水和外加劑濕拌2 min。

第三，鋼纖維混凝土的澆筑。因?yàn)殇摾w維混凝土和其他的混凝土相比，其凝結(jié)的時(shí)間相對(duì)較短，且很快就硬化，因此在澆筑過程中應(yīng)該加強(qiáng)每個(gè)環(huán)節(jié)之間的緊湊性，并嚴(yán)格遵守澆筑的時(shí)間要求。在建筑過程中不能因?yàn)閿嚢枇虾刻投苯蛹铀梢酝ㄟ^噴霧的途徑來防止混凝土表面的水分蒸發(fā)。在進(jìn)行布料時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)來確定其松鋪的高度，如果坍落度是一樣的，那么其松鋪的高度應(yīng)該比普通混凝土要高出10 mm。布料過程應(yīng)該確保鋼纖維的均勻分布?？梢圆捎脵C(jī)械振搗的方式，在振搗過程中，應(yīng)該確保具有較高的密實(shí)度，除了考慮路面具有較高平整度之外，在施工過程中，還應(yīng)該確保路面在運(yùn)營之后具有較高的可靠性和安全性。因此，可以在路面平整之后，還應(yīng)該在20 mm的面板深度范圍內(nèi)，用來保證鋼纖維混凝土路面的平整。

3 鋼纖維混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)

首先，鋼纖維混凝土抗滑構(gòu)造設(shè)計(jì)。為了保證鋼纖維混凝土路面中的鋼纖維不裸露扎胎和提高鋼纖維混凝土的抗滑能力，路面采用硬刻槽的方法進(jìn)行構(gòu)造。當(dāng)鋼纖維混凝土的強(qiáng)度范圍在6 MPa～12 MPa時(shí)，采用刻槽機(jī)在路面的橫向上刻槽，通常槽距25 mm，深度3 mm，槽的寬度2.5 mm。其次，對(duì)路面進(jìn)行切縫。在進(jìn)行切縫時(shí)，最重要的是掌握切縫的時(shí)間，如果太早，會(huì)因鋸片的擾動(dòng)，導(dǎo)致鋼纖維、碎石和水泥相互粘結(jié)的時(shí)候出現(xiàn)松動(dòng)，從而帶來了嚴(yán)重的早期路面破壞。如果太晚的話，容易導(dǎo)致混凝土的不均勻開裂，通常混凝土強(qiáng)度控制在8 MPa～15 MPa的范圍內(nèi)就可以了。鋼纖維混凝土的路面板通常為7 m左右長(zhǎng)度，其最大的面板尺寸在6 m×12 m范圍之內(nèi)。切縫間距可以根據(jù)混凝土面板大小進(jìn)行確定，一般來說，2.5 mm的縫深和4 mm左右的縫寬即可，在切縫之后應(yīng)該采用一些合適的填縫材料來進(jìn)行灌縫。

在鋼纖維混凝土材料運(yùn)輸過程中會(huì)受到一定程度的振動(dòng)，相應(yīng)的就會(huì)造成鋼纖維的下沉，因此多少都會(huì)影響鋼纖維混凝土的均勻性。所以，在對(duì)鋼纖維混凝土的攪拌場(chǎng)地進(jìn)行選擇的時(shí)候，要盡量選擇離施工地比較近的，這樣能夠縮短運(yùn)輸距離，降低運(yùn)輸過程中可能會(huì)對(duì)鋼纖維混凝土造成的影響。

1)振搗和鋪攤。在進(jìn)行鋼纖維混凝土的澆筑過程中，要注意不能夠產(chǎn)生澆筑接頭，每次的倒料都應(yīng)該相壓至少15 cm，從而保證鋼纖維混凝土的連續(xù)性，使其更加堅(jiān)固和抗拉。由于大多數(shù)施工都是采用插入式振動(dòng)棒操作，所以極易使鋼纖維聚集，因此為了能夠使鋼纖維能夠均勻分布，盡量要采取平板振動(dòng)器。振搗的過程中要注意控制振搗時(shí)間，以防止過振，這樣才能夠保證鋼纖維混凝土的使用質(zhì)量和施工質(zhì)量。

2)抹面、壓紋。施工基本完成后，要對(duì)路面進(jìn)行檢查，把露在外面的鋼纖維壓入到混凝土之中，之后在混凝土的表面用滾式壓紋機(jī)沿路線橫斷面方向壓紋。

3)保證切縫與養(yǎng)護(hù)。路面的基本施工完成后還要對(duì)路面進(jìn)行切縫，切縫機(jī)的切縫要讓施工縫與脹縫或縮縫設(shè)計(jì)位置吻合。鋼纖維混凝土路面主要是利用灑水工作進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，用來保持路面潮濕，養(yǎng)生時(shí)間可以設(shè)置在10 d～15 d左右，直到混凝土的強(qiáng)度可以達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度。在完成路面的澆筑之后，應(yīng)該加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)措施，在養(yǎng)護(hù)中，最重要和最基本的工作是保持路面的濕潤。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)逐漸向耐久、重載方向發(fā)展，鋼纖維混凝土技術(shù)也越來越成熟，其自身抗壓，耐磨性等特點(diǎn)也得到人們的認(rèn)同，在鐵路、公路、橋梁等領(lǐng)域中大量被應(yīng)用，具有廣泛的發(fā)展前景。

［1］ 王 維.山區(qū)高速公路水泥混凝土路面適應(yīng)性探討［J］.中南公路工程，2006(6)：108-111.

［2］ 潘新華.上下夾層鋼纖維混凝土路面施工技術(shù)的應(yīng)用［J］.湖南交通科技，2003(2)：28-29.

［3］ 張永勝.鋼纖維混凝土路面施工技術(shù)探討［J］.公路工程，2008(8)：121-124.