分析鋼纖維混凝土在路橋施工的應(yīng)用

王波

摘要：鋼纖維混凝土因其性能優(yōu)越、施工簡(jiǎn)便、價(jià)格相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)而在道路路面、橋梁結(jié)構(gòu)、房屋建筑等工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本文對(duì)鋼纖維混凝土在路橋工程中的一些應(yīng)用進(jìn)行了全面介紹，也對(duì)鋼纖維混凝土在路橋工程設(shè)計(jì)和施工中的有關(guān)事項(xiàng)作了較為詳細(xì)地論述。

關(guān)鍵詞：路橋工程；纖維混凝土

中圖分類(lèi)號(hào)： TV431+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

Abstract: the steel fiber concrete because its superior performance, the construction is simple, relatively inexpensive advantages in road, road and bridge structure, building and other engineering field widely used. In this paper, the steel fiber reinforced concrete bridge engineering in some of the application for a comprehensive introduction, also of steel fibre reinforced concrete bridge engineering design and construction in the relevant matters in detail.

Keywords: road &bridge engineering; Fiber reinforced concrete

1纖維和鋼纖維混凝土的性能

1．1 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4種切斷鋼纖維抗拉強(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0．2～0．5mm，寬0．25～0．9mm，拉強(qiáng)度為450~800MPa，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。

1．2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)：

(1)強(qiáng)度與重量比值增大：

(2)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％；

⑶好的抗沖擊性能，鋼纖維混凝土在纖維摻量為0．8～2．0％時(shí)，其沖擊韌性指標(biāo)可提高50～100倍，甚至更高；

(4)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％。

(5)抗裂和抗疲勞性能顯著提高；

(6)優(yōu)越的抗剪性能：

(7)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；

(8)良好的抗凍性與耐磨性能。

1．3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。

1．3.1鋼纖維類(lèi)型

鋼纖維類(lèi)型對(duì)鋼纖維混凝土強(qiáng)度的影響如表1，從表l可以看出：剪切鋼纖維的增強(qiáng)效果最好，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d可使抗彎強(qiáng)度提高44％，剪切強(qiáng)度提高60％，劈拉強(qiáng)度提高3l％，抗壓強(qiáng)度也有提高；熔抽鋼纖維增強(qiáng)效果較差；平直圓纖維與基材結(jié)力小，增強(qiáng)效果不能充分發(fā)揮。

表1鋼纖維類(lèi)型對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

注：分子為力學(xué)強(qiáng)度。分母為與混凝土的強(qiáng)度比

1．3.2鋼纖維長(zhǎng)徑比

鋼纖維長(zhǎng)徑比對(duì)鋼纖維混凝土強(qiáng)度的影響如表2，從表2可以看出：

當(dāng)鋼纖維摻量相同時(shí)，力學(xué)強(qiáng)度隨鋼纖維長(zhǎng)徑比增大而增大，長(zhǎng)徑比增大到63，其力學(xué)性能明顯增加。

表2 長(zhǎng)徑比對(duì)鋼纖維混凝土性能的影響

1．3．3 鋼纖維摻量

鋼纖維摻量的大小直接影響鋼纖維混凝土的力學(xué)強(qiáng)度，隨著鋼纖維摻量的增加，拌和物的坍落度顯著減小，當(dāng)纖維摻量低于0．5％時(shí)，增強(qiáng)效果不明顯，當(dāng)鋼纖維直徑為0．8mm、長(zhǎng)度為30mm，鋼纖維摻量為3％時(shí)，施工和易性仍很好。

2 鋼纖維混凝土在路橋工程中的應(yīng)用

2．1鋼纖維混凝土在道路工程中的應(yīng)用

由于鋼纖維混凝土路面具有減薄鋪裝厚度、縱縫不設(shè)或少設(shè)、橫向縮縫少、良好的耐磨性及凍融性等優(yōu)點(diǎn)，延長(zhǎng)路面使用壽命，從而在路面工程中獲得廣泛應(yīng)用。

2．1．1新建全截面鋼纖維混凝土路面

全截面采用鋼纖維混凝土的路面厚度為普通混凝土路面厚度的50～60％，鋼纖維摻量為0．8～1．2％，雙車(chē)道路面一般不設(shè)縱逢，橫縫間距20～30m，最長(zhǎng)可取50m。

2．1．2 碾壓鋼纖維混凝土路面

將鋼纖維置于碾壓混凝土中，從而使路面的強(qiáng)度和韌性增強(qiáng)，改善碾壓混凝土的力學(xué)性能。

2．2 鋼纖維混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用

2．2．1 橋面鋪裝

采用鋼纖維混凝土橋面鋪裝層不僅可以增強(qiáng)橋面的抗裂性、耐久性和提高舒適性能，還可以增強(qiáng)橋梁抗折強(qiáng)度，增加橋梁本身剛度，減少鋪裝厚度，降低結(jié)構(gòu)白重，改善橋梁受力狀況。此外，采用鋼纖維混凝土和橡膠瀝青混凝土復(fù)合的雙層橋面也是一種有效措施。

2．2．2 橋梁上部承受荷載部位

采用鋼纖維混凝土作為主拱圈(主梁)或在應(yīng)力集中區(qū)局部加強(qiáng)，改善結(jié)構(gòu)受力性能，有效控制結(jié)構(gòu)變形，減輕自重，推動(dòng)橋梁結(jié)構(gòu)向大跨度、輕型化方向發(fā)展。結(jié)構(gòu)性能良好，造型美觀，而且可減少上部材料用量，使下部墩臺(tái)數(shù)量也相應(yīng)減少，從而降低造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)修建鋼纖維混凝土橋梁降低梁高，滿(mǎn)足使用上的特殊要求。

2．2．3橋梁墩臺(tái)等結(jié)構(gòu)局部加固

對(duì)動(dòng)載長(zhǎng)期作用下造成的橋梁墩臺(tái)及橋面板裂縫或表層剝落病害，采用轉(zhuǎn)子Ⅱ型噴射機(jī)噴射5～20cm鋼纖維混凝土以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性要求，一般鋼纖維類(lèi)型采用剪切鋼纖維，摻量為1．0%；采用硫鋁酸鹽快硬水泥和TS型速凝劑提高早期抗裂性能；對(duì)舊混凝土表面噴砂或鑿毛，增加新舊混凝土的整體性。

2．2．4 鋼筋混凝土樁加強(qiáng)

采用鋼纖維混凝土對(duì)樁項(xiàng)或樁尖局部增強(qiáng)，樁的穿透力有較大提

高，錘擊次數(shù)減少，大大提高打擊速度，一般在樁頂和樁尖部位采用鋼纖維混凝土，增強(qiáng)樁頂?shù)目箾_擊韌性，避免樁頂在打入設(shè)計(jì)深度以前出現(xiàn)破裂，并增加樁尖入土能力，提高打擊速度，樁身部分仍用預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，當(dāng)然也可以全斷面整體澆筑鋼纖維混凝土，但其經(jīng)濟(jì)效益會(huì)有所下降，所以，應(yīng)經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較決定。

3 鋼纖維混凝土施工

鋼纖維混凝土的施工，按其施工方法來(lái)分有澆注鋼纖維混凝土、噴射鋼纖維混凝土和灌漿鋼纖維混凝土，鋼纖維混凝土道橋工程質(zhì)量的優(yōu)劣，在很大程度上取決于施工質(zhì)量。因此，在鋼纖維混凝土施工時(shí)，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，確保鋼纖維均勻分布在基體中。

3．1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，宜將鋼纖維通過(guò)分散機(jī)再進(jìn)入攪拌機(jī)，分散機(jī)功率宜為0．75～1．0kW，分散力宜為20～60kg／min，鋼纖維應(yīng)事先與細(xì)骨料定量拌合均勻或選擇直徑較粗、材質(zhì)較好的纖維，并在料斗入口處設(shè)置振動(dòng)篩。

3．2攪拌投料順序和攪拌時(shí)間

為防止鋼纖維結(jié)團(tuán)，需采取分級(jí)投料，先干后濕工藝，即按砂→纖維→碎石→水泥，混和料先在攪拌機(jī)內(nèi)干拌1min，然后加水和外加劑濕拌2min。

3. 3采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)

鋼纖維混凝土攪拌機(jī)，一般最好使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)和雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)，當(dāng)纖維摻量較高和坍落度較小時(shí)，為不使攪拌機(jī)超負(fù)荷工作，攪拌機(jī)的利用率相應(yīng)有所降低。

3．4 澆注和振搗

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15~20cm，使鋼纖維混凝土保持整體續(xù)性。同時(shí)，鋼纖維混凝土的澆注必須連續(xù)進(jìn)行，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)，為確保鋼纖維的二維分布，宜使用平板振動(dòng)器振搗成型，當(dāng)采用振搗棒時(shí)，為保證邊角混凝土密實(shí)，應(yīng)使鋼纖維縱向條狀集束排列有利于抵抗板體收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力及荷載的傳遞，振搗好的混凝土表面應(yīng)抹平，將外露的鋼纖維壓入混凝土中，以防止露出表面的纖維銹蝕或刺入。

3．5 成型

鋼纖維混凝土具有粗骨料細(xì)、砂率大、纖維亂向分布的特點(diǎn)，因此鋼纖維混凝土路面宜采用真空吸水工藝，機(jī)械抹平以防止鋼纖維外露，采用壓紋機(jī)壓紋工藝以避免拉毛產(chǎn)生纖維外露現(xiàn)象，拆模后對(duì)纖維外露或漏振時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋼纖維混凝土是一種新型的優(yōu)質(zhì)水泥基復(fù)合材料。鋼纖維混凝土自發(fā)展以來(lái)，因其具有較高的抗彎、抗拉、抗壓強(qiáng)度，優(yōu)越的抗沖擊性能、抗剪性能、抗裂性能和抗疲勞性能，能使道路路面、橋梁結(jié)構(gòu)等處于良好的工作狀態(tài)，以及操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、經(jīng)濟(jì)效益良好，因而，在道路路面、橋面等建設(shè)工程中被廣泛地應(yīng)用。

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