公路工程路面鋼纖維再生混凝土技術(shù)分析

張兆儉

（濰坊交安公路工程有限公司，山東 濰坊 261031）

0 引言

在公路路面施工中，可以將鋼纖維再生混凝土作為施工原材料，且鋼纖維再生混凝土材料應(yīng)用的范圍非常廣泛。如果要提高鋼纖維再生混凝土材料在公路路面施工中發(fā)揮的作用，就要對(duì)這一材料的特點(diǎn)進(jìn)行分析研究，然后進(jìn)行鋼纖維不同含量以及再生材料不同含量下施工原材料抵御壓力強(qiáng)度的試驗(yàn)，通過這一試驗(yàn)來全面分析鋼纖維含量高低以及再生材料含量高低對(duì)再生混凝土混合材料抵御壓力強(qiáng)度的影響，最后對(duì)鋼纖維再生混凝土應(yīng)用在公路路面當(dāng)中的性能進(jìn)行研究，以供參考。

1 鋼纖維混凝土路面的優(yōu)勢(shì)

第一，路面強(qiáng)度以及路面重量有了一定幅度的增加。這也是判斷鋼纖維混凝土是否具備性價(jià)比的一項(xiàng)重要指標(biāo)，同樣也因?yàn)檫@一優(yōu)勢(shì)，鋼纖維混凝土才能夠在各行各業(yè)中有更好的發(fā)展空間。

第二，斷裂以及疲勞現(xiàn)象出現(xiàn)的概率有所減少。由于在混凝土施工建設(shè)原材料中加入了一定量的鋼纖維，因此防止出現(xiàn)斷裂的效果尤為明顯，所以鋼纖維混凝土材料與普通的混凝土材料相比更不容易出現(xiàn)斷裂或疲勞的現(xiàn)象。

2 鋼纖維以及鋼纖維混凝土的性能

2.1 鋼纖維的基礎(chǔ)性能

鋼纖維按照制造的方式不同能夠分為四種不同的種類：切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維、熔抽鋼纖維。鋼纖維雖然抵抗拉力的強(qiáng)度比較高，但是其與水泥砂漿黏連的性能比較差，如果對(duì)鋼纖維的表面進(jìn)行形變處理，制作表面有痕跡，并且?guī)в秀^狀的鋼纖維就可以將其力學(xué)性能進(jìn)一步優(yōu)化完善。鋼絲繩切斷時(shí)，就要對(duì)鋼纖維本身的油污以及銹跡進(jìn)行處理。剪切鋼纖維是通過剪切冷軋支撐的，與水泥砂漿的黏連性能會(huì)好一些。切削鋼纖維由旋轉(zhuǎn)的銑刀切削軟鋼錠或厚鋼板制成，硬度比原材料有較大提高，截面呈三角形，與水泥混凝土的黏結(jié)較好。熔抽鋼纖維是將已經(jīng)熔化的鋼水通過甩制而形成的，纖維的強(qiáng)度會(huì)與熔化鋼材的成分以及熱處理的條件有著一定的關(guān)系，并且其表面不規(guī)則，有一層較薄的氧化膜。氧化膜會(huì)降低鋼纖維與混凝土之間連接的強(qiáng)度。

2.2 鋼纖維能夠提升混凝土強(qiáng)度的原理

在混凝土中加入一定量的鋼纖維主要是為防止混凝土出現(xiàn)裂縫并防止裂縫擴(kuò)大。在受到一定的拉力時(shí)，水泥材料與鋼纖維能夠共同將這一拉力進(jìn)行承擔(dān)分解，水泥材料是外力主要的承擔(dān)材料，如果水泥發(fā)生一定程度的裂開，連接裂縫兩端的鋼纖維就會(huì)成為外力的主要承擔(dān)材料。但是值得注意的是，如果鋼纖維的加入量超過一定的比例之后，鋼纖維混凝土能夠承受更大的外部拉力，并且所產(chǎn)生的形變也會(huì)更大，直到鋼纖維被拉斷或者鋼纖維從混凝土中被拔出來。

2.3 鋼纖維混凝土的基礎(chǔ)性能

鋼纖維混凝土實(shí)質(zhì)上就是在普通的混凝土中加入一定量的鋼纖維，鋼纖維混凝土與普通混凝土相比力學(xué)性能會(huì)更好，強(qiáng)度以及重量的比值會(huì)有一定程度的提高，抵御拉力、壓力以及彎折力的性能會(huì)更好。在混凝土中加入一定量的鋼纖維，抗彎極限強(qiáng)度可提高50%～150%；具備良好的抗沖擊性能。鋼纖維混凝土在纖維摻量為18%～21%時(shí)，其沖擊韌性指標(biāo)可提高50～100 倍，甚至更高；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%。

3 鋼纖維再生混凝土的破碎處理方式

將原有的混凝土進(jìn)行破碎處理：

第一，顎式混凝土破碎機(jī)械設(shè)備。在面對(duì)碎塊較大的原有混凝土材料的時(shí)候通常會(huì)使用顎式混凝土破碎機(jī)械設(shè)備將其進(jìn)行破碎處理，經(jīng)過破碎處理之后的混凝土顆粒大小比較均勻，而且顎式混凝土破碎機(jī)械設(shè)備操作起來難度較低，利用顎式混凝土破碎機(jī)械設(shè)備對(duì)原有混凝土進(jìn)行破碎處理的程序如下：首先，施工人員將原有混凝土材料中的雜質(zhì)進(jìn)行分揀篩除，然后將原有混凝土材料破碎成直徑約為4cm 的混凝土顆粒；其次，將經(jīng)過第一次破碎處理之后的混凝土顆粒進(jìn)行二次處理，通常二次處理就是將混凝土顆粒進(jìn)行不斷的滾動(dòng)；最后，將經(jīng)過兩次處理之后的混凝土顆粒材料進(jìn)行篩選分類，能夠得到直徑在2cm 以下的再生混凝土材料。

第二，圓錐式混凝土破碎機(jī)械設(shè)備。圓錐式混凝土破碎機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力來自電機(jī)，通電之后可以使機(jī)械設(shè)備上的圓錐高速旋轉(zhuǎn)，之后對(duì)原有的混凝土材料進(jìn)行破碎與沖擊，然后讓原有的混凝土材料碎裂，利用圓錐式混凝土破碎機(jī)械設(shè)備對(duì)原有混凝土材料進(jìn)行破碎處理的效率比較高，而且圓錐式混凝土破碎機(jī)械設(shè)備耐久性較好，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，但其缺點(diǎn)在于對(duì)于具有一定黏性的礦物很難將其進(jìn)行破碎。利用圓錐式混凝土破碎機(jī)械設(shè)備對(duì)原有混凝土材料進(jìn)行破碎處理的程序如下：先將原有的混凝土材料初步破碎成直徑約為15cm 的顆粒，然后將直徑較小的再生混凝土材料進(jìn)行篩選分揀。

鋼纖維。鋼纖維通俗來說就是將鋼材通過加工生產(chǎn)制作成纖維狀的材料，鋼纖維可以分為波浪型鋼纖維以及端鉤型鋼纖維。在混凝土材料中添加適量的鋼纖維能夠有效提高混凝土混合材料的剛性以及抵御壓力的性能。將再生材料與原有的材料相比，能夠明顯地看出再生材料上裂縫數(shù)量比較多，混凝土顆粒之間的空間比較大，吸收水分的性能較強(qiáng)，因此再生材料剛性相對(duì)較差，強(qiáng)度與原有材料相比也出現(xiàn)了一定幅度的下滑。

但是，在再生混凝土材料中添加鋼纖維，一方面能夠提高再生材料顆粒的密度，能減弱混凝土混合材料吸收水分的性能；另一方面能夠讓再生材料的黏性不斷增強(qiáng)，能夠有效提高再生混凝土混合材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

4 對(duì)鋼纖維再生混凝土抵御壓力強(qiáng)度的試驗(yàn)

此次試驗(yàn)鋼纖維的相關(guān)數(shù)據(jù)為平均的長(zhǎng)度是20mm，有效直徑為0.6mm，抗拉強(qiáng)度大于1000MPa。鋼纖維的含量以及再生材料的取代率都能夠直接影響鋼纖維再生混凝土材料的力學(xué)特點(diǎn)，因此此次試驗(yàn)組鋼纖維的含量分別為0、1%、2%，再生材料的取代率為0、40%、60% 以及100%。試驗(yàn)一共會(huì)出現(xiàn)12 種情況。然后對(duì)每一種試驗(yàn)情況的鋼纖維再生混凝土材料進(jìn)行加工制作成零部件，最后對(duì)這12 種零部件進(jìn)行抵御壓力強(qiáng)度的試驗(yàn)，不同情況下鋼纖維再生混凝土含量如下：

一是鋼纖維的含量為0，再生材料的取代率為0；二是鋼纖維的含量為0，再生材料的取代率為40%；三是鋼纖維的含量為0，再生材料的取代率為60%；四是鋼纖維的含量為0，再生材料的取代率為100%；五是鋼纖維的含量為1%，再生材料的取代率為0；六是鋼纖維的含量為1%，再生材料的取代率為40%；七是鋼纖維的含量為1%，再生材料的取代率為60%；八是鋼纖維的含量為1%，再生材料的取代率為100%；九是鋼纖維的含量為2%，再生材料的取代率為0；十是鋼纖維的含量為2%，再生材料的取代率為40%；十一是鋼纖維的含量為2%，再生材料的取代率為60%；十二是鋼纖維的含量為2%，再生材料的取代率為100%。將這12 種不同情況的鋼纖維再生混凝土材料加工制作成正方體，然后將正方體安置在壓力測(cè)試機(jī)械設(shè)備上，確保試驗(yàn)樣品與壓力機(jī)械設(shè)備壓力板在同一垂直線上，然后啟動(dòng)壓力機(jī)械設(shè)備均勻?qū)υ囼?yàn)樣品施加壓力，觀察試驗(yàn)樣品的狀態(tài)，在試驗(yàn)樣品發(fā)生較大形變的時(shí)候?qū)毫y(cè)試機(jī)械裝置暫停，并對(duì)此時(shí)的壓力大小進(jìn)行詳細(xì)記錄。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果能夠看到，隨著垂直壓力的不斷增大，試驗(yàn)樣品表面逐漸開始出現(xiàn)了垂直于地面的裂縫，但是這些裂縫只存在于試驗(yàn)樣品的表面，試驗(yàn)樣品內(nèi)部沒有任何裂縫，不同情況下鋼纖維再生混凝土材料抵御壓力強(qiáng)度的結(jié)果如下：

一是抗壓強(qiáng)度約為33.5MPa；二是抗壓強(qiáng)度約為32MPa；三是抗壓強(qiáng)度約為30MPa；四是抗壓強(qiáng)度約為27MPa；五是抗壓強(qiáng)度約為36MPa；六是抗壓強(qiáng)度約為33MPa；七是抗壓強(qiáng)度約為31.5MPa；八是抗壓強(qiáng)度約為31MPa；九是抗壓強(qiáng)度約為37MPa；十是抗壓強(qiáng)度約為 34.5MPa；十一是抗壓強(qiáng)度約為33.5MPa；十二是抗壓強(qiáng)度約為31.6MPa。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果能夠看到當(dāng)再生材料的取代率為0的時(shí)候，在鋼纖維再生混凝土材料當(dāng)中增加鋼纖維的含量能夠有效提高鋼纖維再生混凝土材料的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)鋼纖維含量保持一定比例的情況下，再生材料取代率不斷增加，鋼纖維再生混凝土材料抗壓強(qiáng)度會(huì)隨之不斷降低。

在再生混凝土材料中不斷增加鋼纖維的含量能夠有效提高再生混凝土材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)橫向的連接力量，進(jìn)一步能夠提高鋼纖維再生混凝土材料的抗壓強(qiáng)度，并且從試驗(yàn)結(jié)果當(dāng)中能夠明顯看出，鋼纖維添加量越多，鋼纖維再生混凝土材料的抗壓強(qiáng)度就會(huì)越高。

5 鋼纖維再生混凝土應(yīng)用在公路路面施工中的作用

在再生混凝土材料中添加鋼纖維能夠有效提高強(qiáng)度以及剛性，不易出現(xiàn)彎折而且穩(wěn)定性以及耐久性都有明顯提高。雖然添加鋼纖維之后的鋼纖維再生混凝土混合施工原材料性能有了較大的提高，但是在應(yīng)用鋼纖維再生混凝土混合施工原材料對(duì)公路工程路面進(jìn)行施工建設(shè)之前，仍然需要對(duì)混凝土混合材料的路用性能進(jìn)行全面檢測(cè)。

當(dāng)公路工程路面施工完成28 天之后，最開始全面仔細(xì)地觀察公路路面的外觀，對(duì)公路路面外觀進(jìn)行觀察是最直接也是較為有效的一種施工材料路用性能檢測(cè)的方式方法。如果發(fā)現(xiàn)路面平整，沒有坑洼以及脫皮則說明施工質(zhì)量能夠達(dá)到相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及施工方案的要求，如果直觀觀察公路路面發(fā)現(xiàn)有蜂窩狀的麻面或者公路路面有起灰表層脫落等情況則說明施工質(zhì)量不合格，需要立即通知施工建設(shè)企業(yè)對(duì)公路工程路面進(jìn)行重新施工，直到公路路面施工質(zhì)量合格為止。

除了通過直接觀察公路路面的外觀這一方式之外，如果想準(zhǔn)確判斷公路工程路面施工質(zhì)量是否達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)鋼纖維再生混凝土混合原材料的抗彎折也就是剛性以及抗壓強(qiáng)度進(jìn)行全面詳細(xì)的檢測(cè)。當(dāng)公路工程路面施工建設(shè)作業(yè)完成之后，要對(duì)路面施工原材料進(jìn)行取樣檢測(cè)，通過檢測(cè)能夠得到鋼纖維再生混凝土混合原材料抗彎折性能以及抗壓強(qiáng)度的相關(guān)數(shù)據(jù)。

根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試得到以下數(shù)據(jù)：當(dāng)鋼纖維再生混凝土混合原材料彎折強(qiáng)度為4.9MPa，同時(shí)鋼纖維再生混凝土混合原材料抗壓強(qiáng)度為31MPa 時(shí)，鋼纖維再生混凝土混合原材料外觀良好，沒有出現(xiàn)任何裂縫或者是起灰脫落等情況；當(dāng)鋼纖維再生混凝土混合原材料彎折強(qiáng)度為5.1MPa 并且鋼纖維再生混凝土混合原材料抗壓強(qiáng)度為32.4MPa 時(shí)，鋼纖維再生混凝土混合原材料外觀良好，沒有出現(xiàn)任何裂縫或起灰脫落等情況；當(dāng)鋼纖維再生混凝土混合原材料彎折強(qiáng)度為5.3MPa 并且鋼纖維再生混凝土混合原材料抗壓強(qiáng)度為31.9MPa 時(shí)，鋼纖維再生混凝土混合原材料外觀良好，沒有出現(xiàn)任何裂縫或起灰脫落等情況。在再生混凝土材料當(dāng)中合理地添加鋼纖維確實(shí)能夠有效提高鋼纖維再生混凝土混合施工原材料的抗彎折以及抗壓強(qiáng)度，能夠有效地防止鋼纖維再生混凝土混合施工原材料上出現(xiàn)不同程度的裂縫，而且應(yīng)用鋼纖維再生混凝土混合施工原材料進(jìn)行公路工程路面施工的成本進(jìn)一步降低，對(duì)施工周邊環(huán)境的破壞以及污染程度也有效降低。

6 結(jié)語

綜上所述，在公路工程路面修復(fù)施工建設(shè)過程中合理地應(yīng)用鋼纖維再生混凝土混合施工原材料在未來有著非常廣闊的發(fā)展空間，在再生混凝土材料中添加一定含量的鋼纖維確實(shí)能夠有效提高再生混凝土材料的抗彎折強(qiáng)度以及抗壓強(qiáng)度等力學(xué)的性能，而且添加鋼纖維能夠?qū)⒃偕牧先〈试黾訉?dǎo)致再生混凝土材料抗壓強(qiáng)度下降的影響進(jìn)行最大限度的消除。在再生混凝土材料中按照一定的比例添加鋼纖維能夠?qū)摾w維再生混凝土混合施工原材料的強(qiáng)度、抗彎折性能以及剛性進(jìn)一步增強(qiáng)，能夠讓再生混凝土混合材料的實(shí)用性大大提高，進(jìn)一步提高了公路工程路面施工修復(fù)建設(shè)的質(zhì)量，從而促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。