水鎂石纖維混凝土路面材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

朱振祿

廣東基礎(chǔ)新世紀(jì)混凝土有限公司，廣東廣州 510450

近年來(lái)公路、高速公路在我們的日常生活與工作中發(fā)揮著非常重要的作用。尤其是水泥混凝土鋪筑的道路，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，受到自然因素、車(chē)輛荷載因素、材料本身性質(zhì)特點(diǎn)等因素影響便會(huì)有較強(qiáng)的脆性，致使路面頻繁出現(xiàn)病害問(wèn)題，影響道路運(yùn)營(yíng)安全。水鎂石纖維具有理想的力學(xué)性能與承壓能力，與水泥混凝土材料進(jìn)行充分混合后可以生成新型的路面混凝土材料，應(yīng)用于道路路面施工建設(shè)中可以有效解決以往路面材料的脆性問(wèn)題，提升材料總體的韌性、穩(wěn)定性。

1 水鎂石纖維混凝土材料分析

1.1 纖維混凝土應(yīng)用基本情況

當(dāng)前為了確保公路以及高速公路等類(lèi)型公路路面施工建設(shè)時(shí)有著良好的作業(yè)質(zhì)量，降低各類(lèi)病害問(wèn)題發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，常會(huì)使用增強(qiáng)纖維材料來(lái)對(duì)道路路面使用的具有脆性的常規(guī)普通水泥混凝土作以增強(qiáng)處理，以此可以提升水泥混凝土的力學(xué)性能。常用的增強(qiáng)纖維材料包括天然、玻璃以及鋼纖維等，水鎂石纖維屬于一種新型的增強(qiáng)纖維材料，在現(xiàn)階段普通水泥混凝土增強(qiáng)處理中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著。

目前纖維混凝土應(yīng)用現(xiàn)狀不理想，主要存在著不合理的選擇纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、未明確使用纖維的目的、添加有纖維的混凝土材料呈現(xiàn)出不均勻分散等問(wèn)題，這些問(wèn)題未得到妥善解決將會(huì)嚴(yán)重影響纖維混凝土應(yīng)用時(shí)增強(qiáng)效果的有效發(fā)揮，需要道路工程施工單位能夠依據(jù)道路路面材料使用要求、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述問(wèn)題加以改進(jìn)，為纖維混凝土材料在路面施工中的有效應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。道路路面施工期間使用纖維混凝土材料，能夠基于材料本身的阻裂作用來(lái)對(duì)脆性水泥裂縫問(wèn)題進(jìn)行控制與延緩，避免水泥混凝土材料微小裂縫的逐步擴(kuò)大情況出現(xiàn)；可以發(fā)揮防滲以及耐久作用，對(duì)于水泥密實(shí)度、耐久性進(jìn)行顯著提高，避免水分從微小裂隙中直接滲入或者微裂紋繼續(xù)發(fā)展等情況出現(xiàn)，有效增強(qiáng)水泥混凝土路面的使用壽命；還可以發(fā)揮抗沖擊與抗拉作用，來(lái)對(duì)水泥混凝土材料的耐變形、抗沖擊性以及抗拉強(qiáng)度進(jìn)行提高處理，保證添加纖維材料的水泥混凝土質(zhì)量性能良好，用于路面施工中有著極佳的使用效果[1]。

1.2 水鎂石纖維混凝土

水鎂石纖維屬于自然生產(chǎn)的纖維材料，應(yīng)用時(shí)的價(jià)格較低，聯(lián)合常規(guī)水泥混凝土制備的混合路面混凝土材料，有著非常強(qiáng)

的承載能力，促使材料的力學(xué)性能達(dá)到理想狀態(tài)，在材料較強(qiáng)韌性的作用下可抑制裂紋問(wèn)題的發(fā)生，與水泥接觸后可以盡快融合，應(yīng)用后對(duì)于道路周邊環(huán)境不會(huì)造成嚴(yán)重的危害，所以水鎂石纖維材料的應(yīng)用前景非常廣闊。實(shí)際應(yīng)用期間，需要工作人員重視以下兩個(gè)方面的工作，以此保證此種增強(qiáng)水泥混凝土韌性的纖維材料作用得以全面發(fā)揮。

首先，選取原材料。其一，水鎂石纖維，此種增強(qiáng)材料多埋藏于四川、陜西、青海等地，主要成分包括氫氧化鎂，層狀結(jié)構(gòu)，選擇時(shí)的重要指標(biāo)為長(zhǎng)度、細(xì)度、叩解度，還需要把握力學(xué)、化學(xué)以及安全性等特性，即就是要求選擇的增強(qiáng)纖維材料具有902MPa的強(qiáng)度（抗拉），具有較強(qiáng)的抗堿性質(zhì)。其二，水泥材料。要求施工單位把握好水泥的強(qiáng)度、標(biāo)號(hào)、耐久性等指標(biāo)，盡量在道路工程施工中選用普通硅酸鹽水泥等材料，使用期間則要求水泥標(biāo)號(hào)不可過(guò)低、過(guò)高，以免在公路路面施工過(guò)程中發(fā)生收縮裂縫問(wèn)題，影響路面性能、增加施工單位成本風(fēng)險(xiǎn)。一般情況下選取的水泥，如果強(qiáng)度等級(jí)在4MPa以上、4.5MPa以下或者5MPa以上、5.5MPa以下時(shí)則確定水泥等級(jí)分別為32.5、42.5[2]。其三，減水劑。在施工時(shí)施工單位需要按照國(guó)家頒布的《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于減水劑的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選取高效減水劑，例如，高效萘系減水劑，此種減水劑可以對(duì)水泥使用數(shù)量、混凝土應(yīng)用價(jià)值不產(chǎn)生任何不利影響之下，有效控制混凝土材料中的水量，以此保證配置成功的混凝土具有理想的應(yīng)用特性。其四，粗料集、細(xì)料集。選擇粗料集時(shí)需注意應(yīng)用的石子要對(duì)其外部粗糙程度、強(qiáng)度、空隙率、粘結(jié)力、表面積等情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查了解，并且要求石子粒徑要在5mm以上，各個(gè)石子大小要均勻，外部干凈且石子硬度高，主要為卵石、碎石；選擇細(xì)料集時(shí)，則把握好石子粒徑不可超過(guò)5mm的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，主要為砂子，共分為粗、中、細(xì)、特細(xì)幾種標(biāo)準(zhǔn)。其五，材料制備時(shí)使用的水。一般情況下應(yīng)用的水中不可有較多的雜質(zhì)，使用的海水、地下水等水均要經(jīng)過(guò)水體質(zhì)量合格檢查，以此才可以確保水泥混凝土與水鎂石纖維聯(lián)合應(yīng)用后不會(huì)出現(xiàn)任何混合材料異常情況[3]。

其次，配比。經(jīng)過(guò)力學(xué)性能以及工作性能試驗(yàn)后確定選用的材料均質(zhì)量合格，便可以依照施工方案的要求進(jìn)行材料配比，在該過(guò)程中需要堅(jiān)持的原則為強(qiáng)度、耐久性、工作性能良好以及材料成本低，遵循的技術(shù)指標(biāo)包括彎拉強(qiáng)度、工作性以及耐久性，其中，彎拉強(qiáng)度根據(jù)路面水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、保證率系數(shù)以及變異系數(shù)來(lái)確定；耐久性則注意每平方米應(yīng)用的水泥量需要控制在400kg以下，不可超過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)路面抗凍性進(jìn)行調(diào)查，如果具有抗凍性，進(jìn)行路面材料含氣量確定時(shí)需要參考《施工技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容；工作性則根據(jù)不同類(lèi)型攤鋪機(jī)的應(yīng)用情況來(lái)確定符合本次道路路面混凝土材料鋪筑的設(shè)備，以此保證工作效率和質(zhì)量。配置混合材料的水灰比為0.39，之后便可以將選取的材料放置在靠近作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的位置進(jìn)行配置，并且要在相應(yīng)試驗(yàn)路段進(jìn)行材料攤鋪試驗(yàn)，經(jīng)試驗(yàn)確定配置的材料沒(méi)有問(wèn)題后便可以應(yīng)用于路面材料攤鋪施工中。

2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

2.1 施工建設(shè)水鎂石纖維混凝土路面的要求

首先，對(duì)結(jié)構(gòu)層的要求，在面層方面要求設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)考慮基于水鎂石纖維增強(qiáng)材料混凝土路面的抗彎拉強(qiáng)度與耐久性，如果面層設(shè)計(jì)工作未達(dá)到這兩個(gè)方面的標(biāo)準(zhǔn)則有著較高的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生路面材料脫落、面板裂開(kāi)等情況。

基層設(shè)計(jì)期間，需要對(duì)該層的荷載承受能力進(jìn)行提高，在基層進(jìn)行荷載傳遞時(shí)要求經(jīng)過(guò)新型增強(qiáng)材料處理的路面時(shí)，可以有效地分散荷載，以此使得大量的荷載力能夠在路床的覆蓋區(qū)域內(nèi)均勻的分布?；鶎邮┕r(shí)需要先進(jìn)行不少于15cm的水泥穩(wěn)定材料的路面攤鋪施工，以便對(duì)基層面板強(qiáng)度作以提高。

墊層設(shè)計(jì)期間，由于墊層可以控制路基的不良變形作用，保證路面穩(wěn)定性，所以設(shè)計(jì)時(shí)需要選擇好墊層鋪筑材料，以此對(duì)路基之于路面的影響作用進(jìn)行有效阻止，常用材料為粗砂、水泥、碎石，如果公路等級(jí)不高則可以使用石灰煤渣。

路基設(shè)計(jì)時(shí)，須把握好其發(fā)揮的公路承重作用，借助于強(qiáng)夯擊實(shí)法、符合作業(yè)要求的壓路機(jī)進(jìn)行路基碾壓施工[4]。

其次，對(duì)面層材料的要求，材料主要有水鎂石纖維、水泥、石子、砂子等，前兩種材料按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選取即可；石子盡量使用卵石；砂子應(yīng)用含泥少的河砂。

2.2 水鎂石纖維混凝土路面設(shè)計(jì)工作

設(shè)計(jì)過(guò)程中內(nèi)容主要有設(shè)計(jì)面層、路基、基層以及墊層，確定板厚以及板平面參數(shù)，接縫、配筋、路面排水設(shè)施以及路肩等多方面的設(shè)計(jì)。其中，路面板厚設(shè)計(jì)較為重要，具體設(shè)計(jì)期間要求根據(jù)規(guī)范來(lái)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，完成的水鎂石纖維混凝土路面抗彎拉強(qiáng)度高，需要在設(shè)計(jì)時(shí)按照常規(guī)混凝土路面板厚設(shè)計(jì)流程與方法來(lái)進(jìn)行，新型混凝土路面線膨脹系數(shù)為8.7EC-6、彎拉彈性模量則為7.2GPa；設(shè)計(jì)計(jì)算期間需要進(jìn)行相對(duì)剛度半徑（常規(guī)混凝土面層）、荷載應(yīng)力、荷載疲勞應(yīng)力、溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)以及疲勞斷裂極限狀態(tài)等計(jì)算，結(jié)論為當(dāng)設(shè)計(jì)的面板長(zhǎng)度未發(fā)生任何變化時(shí)，根據(jù)常規(guī)路面厚度可以按照0.9倍的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)新型混凝土路面板的厚度值。

3 結(jié)語(yǔ)

目前道路路面鋪筑施工中，使用水鎂石纖維混凝土路面材料效果顯著，與常規(guī)使用的水泥混凝土材料使用期間的性能質(zhì)量作以對(duì)比，具有理想的韌性、抗折能力，所以在后續(xù)的公路類(lèi)工程建設(shè)中，需要施工單位對(duì)于此種材料進(jìn)行深入研究，把握好水鎂石纖維的基本特性，以便在后續(xù)水泥混凝土路面材料應(yīng)用時(shí)可以在其中加入適量的水鎂石纖維進(jìn)行路面鋪筑材料性能的改善與增強(qiáng)，確保路面設(shè)計(jì)工作以及道路工程施工工作可以順利有序的進(jìn)行，進(jìn)一步提升道路總體的安全性以及可靠性。