鋼纖維混凝土在105 國道補強中的應(yīng)用

姚富友（山東省菏澤市市政工程管理處，山東 菏澤274000）

G105 國道在山東省西南部菏澤境內(nèi)，是通往河南省的主要通道，該段道路自建成以來，交通量一直處于高位運行狀態(tài)，特別是重型車輛和超載車輛所占比例相對較大。位于魯豫交界處的長度為2500m，為雙向四車道，全寬22m。路面結(jié)構(gòu)采用30cm 水泥混凝土+2x18cm 石灰土，經(jīng)過十多年的運營,路面出現(xiàn)了唧泥、斷板、錯臺、斷角和脫空等各種不同程度的病害,已不能適應(yīng)交運輸要求，當(dāng)?shù)毓饭芾聿块T委托市政部門對其進(jìn)行了完善改造。

1 改造方案擬定

鋼纖維是當(dāng)今世界各國普遍采用的混凝土增強材料。鋼纖維具有抗裂，抗沖擊性能強，耐磨強度高，與水泥親合性好，可增加構(gòu)件強度、延長使用壽命等優(yōu)點，鋼纖維混凝土中各向分布的鋼纖維主要作用是阻礙混凝土內(nèi)部微縫的擴(kuò)展和阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)展［1］；在受荷（彎、拉）初期，水泥基料與纖維共同承受外力，當(dāng)混凝土開裂后，橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。因此鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優(yōu)越的物理和力學(xué)性能。

在改造施工前，我們對該段混凝土路面進(jìn)行深入細(xì)致的調(diào)查，其混凝土路面的破壞主要集中在混凝土面板。板下基層基本完好，部分脫空區(qū)域也未深及底基層，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》的路面損壞狀況分級標(biāo)準(zhǔn)屬于中級[2]，采用落錘式彎沉儀檢查的平均接縫傳荷系數(shù)為82，達(dá)到優(yōu)良級標(biāo)準(zhǔn)［4］，決定對其進(jìn)行加鋪改造。由于路段內(nèi)收費站等相關(guān)設(shè)施的影響，加鋪層厚度不能太厚，采用鋼纖維混凝土加鋪改造方案。鑒于本段混凝土路面的損壞狀況的接縫傳荷能力評定等級均達(dá)到中級標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求采用分離式混凝土加鋪層結(jié)構(gòu)：

1）加鋪補層采用14cm 鋼纖維混凝土，其彎拉強度不小于6MPa；

2）分離式加鋪層與舊混凝土面層之間設(shè)置了3cm 瀝青混凝土隔離層，可充分隔斷鋼纖維混凝土加鋪層與舊面層的粘結(jié)，使加鋪層成為獨立的結(jié)構(gòu)受力層。瀝青混凝土隔離層既可以防止或延緩反射裂縫的發(fā)展，同時起到調(diào)平層的作用。

2 原路病害處理

針對老路混凝土路面存在的脫空，裂縫和斷裂病害的具體情況，制定了以下處置措施。

2.1 對于脫空板處理

采用將舊板破碎→清運碎塊→清掃基層，用C15 混凝土修復(fù)松散基層，基層表面要平整，具有一定的模坡坡度，然后重新澆筑C30 混凝土至原路面平齊。

2.2 對于有貫穿全板的縱、橫、斜向裂縫的板塊處理

同樣按脫空板的方式處理。

2.3 對于角隅斷裂，接縫碎裂處理

圍繞裂縫按一定長和寬用切割機(jī)切割成矩形，破碎清除碎塊，目測基層，若基板體性差，則下挖基層，直至板體性好的層面。然后如脫空板方法一樣，澆筑C30 混凝土，與原路面平齊。

3 鋼纖維混凝土配合比

3.1 鋼纖維選用

鋼纖維采用天津路橋建鋼纖維有限公司生產(chǎn)的路橋牌剪切波紋型鋼纖維，纖維直徑為0.7mm,長度為直徑的35 倍，長細(xì)比為50，表面光潔無銹蝕，單根鋼絲最低抗拉強度為1000N//mm2。

3.2 集料

水泥、水泥采用魯宏P(guān).O425R 普通硅酸鹽水泥。

粗骨料（粒徑大于7mm）采用優(yōu)質(zhì)青石，最大粒徑不大于20mm 和鋼纖維長的1/2。

細(xì)集料（粒徑小于5mm）采用天然河砂，顆粒堅硬耐磨、級配良好、表面粗糙有棱角。

3.3 配合比設(shè)計

鋼纖維混凝土的配合比應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的抗彎拉強度和施工中要求的和易性，設(shè)計采用試驗—計算法，并應(yīng)按下述步驟進(jìn)行。

1）根據(jù)設(shè)計值以及施工工配置強度提高系數(shù)確定試配抗壓強度和抗折強度。

2）按試配抗壓強度計算水灰比不大于0.50且水泥用量不大于500kg。

3）根據(jù)試驗抗彎拉強度，按規(guī)定計算或通過已有資料確定鋼纖維體積率。根據(jù)經(jīng)驗一般體積率選1.0%—1.5%。

4）根據(jù)施工要求的稠度通過試驗確定單位體積用水量。

5）根據(jù)試驗或有關(guān)資料確定合理砂率為50%左右，使用時根據(jù)所用材料的品種規(guī)格、纖維體積率、水灰比等適量調(diào)整。

6）按絕對體積法計算材料用量確定試驗配合比。

7）按試配配合比進(jìn)行拌和物性能試驗，調(diào)整單位體積用量和砂率，確定強度試驗用基準(zhǔn)配合比。

經(jīng)過對進(jìn)場材料取樣和試驗室試驗，最后確定鋼纖維混凝土配合比為：

水泥：碎石：中砂：水：鋼纖維=430：1111：741：198：516；水灰比為0.46，砂率為40%，鋼纖維的體積率為1%。

4 施工工藝

4.1 鋼釬維混凝土的攪拌

混合料攪拌是保證鋼纖維混凝土在混凝土基體中均勻分布的重要環(huán)節(jié)。影響鋼纖維在混合料中分散均勻的主要因素有：鋼纖維體積率及長細(xì)比、碎石粒徑、水灰比、砂率以及攪拌設(shè)備、投料方法等，其中攪拌設(shè)備好投料方法尤為重要[3]。

為防止鋼纖維混凝土在攪拌時纖維結(jié)團(tuán)，在施工時每拌一次的攪拌量不宜大于攪拌機(jī)額定攪拌量的80%。為保證混凝土混合料的攪拌質(zhì)量和提高工作效率，采用先干拌，后加水的拌和工藝，投料和攪拌順序：粗集料+細(xì)集料+砂+水泥先進(jìn)行干拌，同時按排一名專職人員分三次將鋼纖維投入到強制式攪拌機(jī)中，全部料投入后攪拌2min—3min，待鋼纖維與其他混合料攪拌均勻后，最后加足水濕拌1min，攪和時間不少于4min。同時還要防止超時攪拌引起濕纖維結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，總攪拌時間控制在5min 以下。若在拌和中一旦發(fā)現(xiàn)有纖維結(jié)團(tuán)，就必須停機(jī)將纖維團(tuán)剔除掉，補加相應(yīng)數(shù)量的鋼纖維后繼續(xù)攪拌，以防止拌和不均勻而影響混凝土的質(zhì)量。

4.2 運輸

本工程施工中將拌和站設(shè)在施工段中間位置，混合料運輸主要采用混凝土專用運輸車，從而避免了運輸中導(dǎo)致鋼纖維下沉，影響拌和料均勻性的問題。

4.3 攤鋪和振搗

本工程路面寬度較大，現(xiàn)場按照混凝土路面分幅進(jìn)行澆注施工，按照先兩側(cè)后中間的施工順序，模板采用14cm 寬的槽鋼，其間根據(jù)傳力桿的位置在槽鋼上針孔，以便于鋼筋通過。支模通過水準(zhǔn)儀嚴(yán)格控制模板頂面標(biāo)高，確保路面橫坡滿足設(shè)計路拱的要求。

當(dāng)混合料運送至指定地點后，直接倒入安裝好模板的路槽內(nèi)，然后人工將其大致攤鋪整平，攤鋪后用插入式振動器振搗，振搗的持續(xù)時間以混凝土停止下沉，不再冒氣泡并泛出水泥漿為準(zhǔn)。振搗時輔以人工找平，混凝土整平采用三輥軸振動攤鋪機(jī)沿攤鋪方向振動壓平，使整平的表面無裸露鋼纖維。振動過程中將多余混合料刮出，低凹處應(yīng)隨時補足，最后用三輥軸振動攤鋪機(jī)，沿縱向滾壓一遍，以確保路面的平整度。施工過程中，三輥軸攤鋪機(jī)的振動時間不宜太長，以防止路面表層浮漿較多，影響路面的耐磨性能。

4.4 表面處理

在做面層時分兩次進(jìn)行，既先找平抹平，待混凝土表面無泌水時，再做第二次抹平，抹平后沿模板方向拉毛，拉毛深度1mm-2mm。拉毛時避免帶出鋼纖維，本工程采用滾式壓紋器進(jìn)行處理。在規(guī)定的連續(xù)施工區(qū)段內(nèi)，必須連續(xù)進(jìn)行施工，不能中斷避免造成鋼纖維沿接縫隙表面排列，不能產(chǎn)生增強作用，而產(chǎn)生裂縫。

為防止鋼纖維外露或豎直伸出表面，以保證車輛及行人安全，在整平前可用凸棱的金屬壓滾或用其它方法，將豎起或外露的鋼纖維壓入后再整平，抹面或壓紋時不要將鋼纖維帶出，抹平的表面應(yīng)在初凝前進(jìn)行壓紋和拉毛，壓紋或拉毛工具，宜適用壓滾和刷子，不得使用竹掃帚。

4.5 養(yǎng)生和路面切縫

鋼纖維混凝土與普通混凝土一樣，應(yīng)及時養(yǎng)生。當(dāng)混凝土抹面2 小時后，當(dāng)其表面具有一定硬度，用手指輕壓不出現(xiàn)痕跡時，可以開始養(yǎng)生。可采用再生棉和草苫覆蓋于混凝土表面，每天均勻灑水?dāng)?shù)次，使其保持潮濕狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)不得低于7 天，也可采用不透水的薄膜粘附于表面，從而阻止混凝土中水分蒸發(fā)，以保證鋼纖維的水化作用正常進(jìn)行。

路面切縫采用割縫，割出要求深度的槽口，割槽時間不宜過早或過遲，在鋼纖維抹面后12-48 小時左右，抗壓強度達(dá)到5-10MPa，作為切縫時間，切縫后應(yīng)仔細(xì)清理切縫內(nèi)一切雜物，并及時進(jìn)行灌縫處理，防止雨水滲入。

5 結(jié)語

鋼纖維混凝土路面在我市市政、公路建設(shè)中尚屬首次采用，但其優(yōu)良的抗彎拉、抗開裂性能，已經(jīng)在近兩年的重車考驗中得到了充分驗證，目前在本市范圍的城市主干道、干線公路養(yǎng)護(hù)、舊橋橋面鋪裝改造中，已經(jīng)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。

［1］易成.鋼纖維混凝土疲勞斷裂性能與工程應(yīng)用(精). 北京.科學(xué)出版社, 2003.30-35

［2］中華人民共和國交通部.公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范JTGD40-2002.北京:人民交通出版社,2002.89-91

［3］中華人民共和國交通部.公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范JTGF30-2003.北京:人民交通出版社,2003.76-77

［4］中華人民共和國交通部.公路路基施工技術(shù)規(guī)范JTGF10-2006.北京:人民交通出版社,2006.25-26