高速公路鋼纖維混凝土路面施工技術(shù)研究

蔡雄敏

（江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司，江西南昌 330000）

0 引言

對(duì)于鋼纖維混凝土材料而言，在制備的環(huán)節(jié)中主要是將規(guī)定比例的鋼纖維材料加入混凝土內(nèi)，形成性能優(yōu)越的混合材料。鋼纖維混凝土與傳統(tǒng)的混凝土材料對(duì)比，抗裂性、耐磨性、抗疲勞性能非常優(yōu)越，尤其是在公路項(xiàng)目中應(yīng)用這種材料，可以提高路面性能，滿足道路交通的標(biāo)準(zhǔn)。

1 鋼纖維優(yōu)缺點(diǎn)分析

1.1 鋼纖維混凝土混凝土的缺陷分析

1.1.1 施工程序比較煩瑣。在鋼纖維混凝土制作中，鋼纖維和混凝土材料充分混合，最為關(guān)鍵的是確保鋼纖維材料的均勻性，不會(huì)形成結(jié)團(tuán)的情況，這是提高鋼纖維混凝土材料性能的關(guān)鍵。在高速公路項(xiàng)目施工中，結(jié)合不同的纖維種類，選擇合適的拌和方法。第一種是纖維材料和其他骨料混合后，先干拌處理，在達(dá)到均勻性要求后再加水濕拌處理；第二種是混凝土攪拌完成后，再加入纖維材料攪拌。無(wú)論是哪種拌和方法，都要合理地控制攪拌時(shí)間，且拌和結(jié)束后，目測(cè)材料是否達(dá)到均勻性要求，所以對(duì)拌和操作人員的要求較高。在鋼纖維材料加入后，混凝土的原配合比保持不變，也不能取代原材料鋼筋。對(duì)于鋼纖維混凝土材料來(lái)說(shuō)，無(wú)特殊的養(yǎng)護(hù)要求，可以根據(jù)普通的混凝土養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。鋼纖維混凝土材料制作環(huán)節(jié)，使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)才能完成制作工作，可以采用先干后濕的拌和方式，也可以將各種材料充分加入后再攪拌處理達(dá)到混合均勻的效果。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)普通混凝土材料加入鋼纖維材料后，可以提高材料的黏聚性。混合料制作后，坍落度損失比較少，為了確保和易性符合要求，可以適當(dāng)加入減水劑材料，也可以保證水灰比不變的條件下，增大加水比例和水泥比例。在鋼纖維材料加入后，混凝土材料性能提升明顯，完全可以達(dá)到高速公路使用標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2 纖維造價(jià)較高。由于鋼纖維混凝土材料應(yīng)用時(shí)間較短，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面來(lái)說(shuō)，都有一定的問(wèn)題，尤其是成本比較高。在工程建設(shè)中，應(yīng)確定合適的加入比例，保持經(jīng)濟(jì)性，才能實(shí)現(xiàn)總體效益的提升。

1.2 鋼纖維混凝土的優(yōu)勢(shì)分析

首先，鋼纖維混凝土力學(xué)性能優(yōu)越。在混凝土材料內(nèi)加入纖維材料，有效阻止微裂縫的擴(kuò)展，預(yù)防發(fā)生嚴(yán)重的病害問(wèn)題，進(jìn)而可以全面提升混凝土材料的抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度以及抗扭強(qiáng)度。但是如果原材料選擇不合理、配合比設(shè)置不到位或者混合料制作時(shí)攪拌不均勻，都會(huì)給材料的性能產(chǎn)生不利的影響。其次，鋼纖維混凝土抗變形性能高。因?yàn)殇摾w維混凝土的彈性變形階段與其他混凝土材料是基本相同的，受壓彈性模量、泊松比和以往混凝土有著很大的相似之處，受拉彈性模量是基本相同的。但是鋼纖維混凝土的抗壓韌性則提升約2～7 倍，抗彎韌性提升約幾十倍。最后，鋼纖維混凝土具備較高的長(zhǎng)期性能。鋼纖維混凝土的抗疲勞性能提升非常高，在相同受力條件下，鋼纖維混凝土的疲勞壽命是傳統(tǒng)混凝土的幾十倍。此外，鋼纖維混凝土的抗凍性、抗碳化能力都有很大的提升。

2 鋼纖維混凝土在公路工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目總長(zhǎng)度為100km，設(shè)計(jì)為雙向四車道的形式，路面寬24m，設(shè)計(jì)速度為100km/h，路面設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20，掛-120。該高速公路項(xiàng)目極為重要，對(duì)當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展有重要意義，所以設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇鋼纖維混凝土路面形式，抗拉強(qiáng)度為5.5MPa，抗壓強(qiáng)度超過(guò)40MPa。

2.2 鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)

鋼纖維混凝土材料制作時(shí)，配合比是極為重要的參數(shù)，對(duì)材料性能有直接的影響，所加強(qiáng)配合比的分析確定尤為重要。

2.2.1 鋼纖維選取。分析了解鋼纖維混凝土的性能要求，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員確定采用剪切異形直紋鋼纖維材料，其規(guī)格為0.5mm（長(zhǎng)）×0.5mm（寬）×25mm（ 高），材料的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到600MPa以上。

2.2.2 水泥材料。在鋼纖維混凝土中，水泥是重要膠結(jié)材料，所以水泥質(zhì)量尤為重要。經(jīng)過(guò)此次工程設(shè)計(jì)人員對(duì)比分析，確定采用P·O42.5R 水泥材料。

2.2.3 粗集料。粗集料是鋼纖維混凝土的骨架材料，此次項(xiàng)目選擇碎石材料。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析確定，在鋼纖維混凝土中，粗集料的粒徑應(yīng)為鋼纖維材料長(zhǎng)度的2/3。因?yàn)榇舜雾?xiàng)目中，鋼纖維材料長(zhǎng)度為25mm，所以粗集料尺寸應(yīng)控制為5～20mm。加強(qiáng)粗集料粒徑控制，發(fā)揮出骨架的效果，確保鋼纖維混凝土的性能穩(wěn)定、合格。

2.2.4 細(xì)集料。細(xì)集料采用機(jī)制砂或者天然砂制作，而細(xì)集料的細(xì)度模數(shù)與混凝土性能產(chǎn)生直接的影響，所以應(yīng)加強(qiáng)細(xì)集料控制，才能滿足工程的標(biāo)準(zhǔn)。目前針對(duì)細(xì)集料來(lái)說(shuō)，其主要影響的是材料的和易性，應(yīng)加強(qiáng)檢查和控制，通常保證細(xì)度模數(shù)為2.5 才能達(dá)到要求。

2.2.5 最佳配合比。在確定合適的材料后，每種材料的指標(biāo)符合要求，再進(jìn)行配合比的確定，以達(dá)到材料性能的標(biāo)準(zhǔn)要求，最終符合鋼纖維混凝土的使用標(biāo)準(zhǔn)。此次工程中，以試驗(yàn)的方式確定鋼纖維混凝土的最佳配合比，以符合工程性能標(biāo)準(zhǔn)。不同水灰比與混凝土坍落度關(guān)系見(jiàn)圖1、圖2。經(jīng)過(guò)分析圖中變化趨勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)，水灰比升高的情況下，鋼纖維混凝土的坍落度也會(huì)升高，而抗壓強(qiáng)度則會(huì)降低。綜合多方面因素分析，水灰比為0.43 時(shí)，鋼纖維混凝土坍落度、抗壓強(qiáng)度處于最佳狀態(tài)，也是此次項(xiàng)目的最佳配合比參數(shù)。

圖1 不同水灰比與混凝土坍落度關(guān)系曲線

圖2 不同水灰比與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線

鋼纖維體積率對(duì)混凝土坍落度、抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖3、圖4，分析圖內(nèi)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，鋼纖維體積率增大的情況下，混凝土坍落度會(huì)減??；在鋼纖維體積率為1.0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高值。經(jīng)過(guò)分析了解每一項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，確定采用鋼纖維的體積率為1.0%。

圖3 不同鋼纖維體積率與混凝土坍落度關(guān)系曲線

圖4 不同鋼纖維體積率與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線

3 鋼纖維混凝土施工要點(diǎn)

3.1 鋼纖維混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)

首先，鋼纖維混凝土抗滑結(jié)構(gòu)。為了確保鋼纖維混凝土在高速公路路面中發(fā)揮出應(yīng)有的作用，也能預(yù)防裸露出來(lái)而劃傷車輛，提升抗滑能力，所以在現(xiàn)場(chǎng)施工中，應(yīng)采取硬刻槽進(jìn)行構(gòu)造施工。在鋼纖維結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度達(dá)到6～12MPa 時(shí)，可以應(yīng)用刻槽機(jī)在路面進(jìn)行刻槽作業(yè)，寬2.5mm、深3mm、間距25mm，以達(dá)到性能的標(biāo)準(zhǔn)要求。其次，做好路面切縫處理。在切縫施工中，關(guān)鍵是確定切縫時(shí)間，太早容易導(dǎo)致鋸片的影響造成鋼纖維、碎石、水泥等黏結(jié)時(shí)出現(xiàn)松動(dòng)、早期損壞的問(wèn)題。而太晚的情況下則極易造成混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，所以將強(qiáng)度控制在8～15MPa。根據(jù)施工的需要，鋼纖維混凝土面板應(yīng)控制在7m 左右，最大尺寸不超過(guò)6m×12m。切縫間距應(yīng)根據(jù)具體的面板尺寸確定，以達(dá)到路面性能的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 布料與攤鋪

首先，在鋼纖維混凝土中，鋼纖維材料必須達(dá)到均勻分布的效果，還要連續(xù)性加入混凝土路面面板中，防止存在結(jié)團(tuán)的問(wèn)題，一般可以選擇使用分散劑將鋼纖維分散處理。其次，在試鋪的環(huán)節(jié)，要考慮到鋼纖維混凝土坍落度，合理地進(jìn)行攤鋪施工。通常情況下，鋼纖維混凝土中因?yàn)殇摾w維材料的作用，坍落度要比普通材料稍小。經(jīng)過(guò)性能分析，鋼纖維混凝土較之普通的混凝土材料來(lái)說(shuō)凝結(jié)時(shí)間比較短，并且能夠快速硬化，所以澆筑施工中應(yīng)確保各個(gè)環(huán)節(jié)緊密進(jìn)行，達(dá)到施工緊湊性，確保澆筑時(shí)間符合要求。在澆筑施工中，如果發(fā)現(xiàn)含水量比較少，需要根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求加入適量水，一般會(huì)選擇噴霧的方式增加水分，防止蒸發(fā)而導(dǎo)致水分流失嚴(yán)重。在現(xiàn)場(chǎng)布料環(huán)節(jié)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以確定松鋪厚度參數(shù)。相同坍落度的情況下，鋼纖維混凝土的松鋪厚度要超過(guò)以往混凝土10mm 左右?，F(xiàn)場(chǎng)布料時(shí)，加強(qiáng)材料的性能檢測(cè)，確保鋼纖維材料分布均勻。

3.3 振搗和整平

在鋼纖維混凝土的攤鋪施工結(jié)束后，加強(qiáng)振搗環(huán)節(jié)控制，達(dá)到密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)要求。此次工程施工中，先插入振搗棒施工，進(jìn)行初振作業(yè)，再應(yīng)用平板振搗器進(jìn)行振動(dòng)，最后應(yīng)用刮板進(jìn)行收面高程控制。由于鋼纖維混凝土的流動(dòng)性比較差，所以應(yīng)先應(yīng)用振搗棒進(jìn)行邊角部位上振搗密實(shí)施工，防止發(fā)生蜂窩的情況。振搗時(shí)，隨時(shí)觀察液面變化，直到不再下沉為止，且沒(méi)有氣泡冒出，則視為合格。振搗棒振搗環(huán)節(jié)，嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，不能存在過(guò)振的情況，預(yù)防出現(xiàn)空洞、溝槽的問(wèn)題。按照統(tǒng)一方向進(jìn)行振搗施工，且振搗環(huán)節(jié)如果存在外露鋼纖維的情況，需要將豎起的鋼纖維與碎石壓入下部，達(dá)到平整性要求，從而避免在道路上行駛的車輛接觸到鋼纖維或者碎石而發(fā)生嚴(yán)重的事故問(wèn)題，可以大幅度提升工程的安全性。如果現(xiàn)場(chǎng)施工速度比較慢，還要采取噴霧方式處理，給混凝土補(bǔ)充足夠的水分，但是禁止隨意向混凝土材料中加入水分，否則將會(huì)造成結(jié)構(gòu)配合比不合格的情況，影響高速公路的正常通行。

4 鋼纖維混凝土路面施工質(zhì)量控制

4.1 選擇合理的瀝青材料

對(duì)于鋼纖維混凝土來(lái)說(shuō)，原材料的質(zhì)量對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量有著直接的影響。因此，在項(xiàng)目施工中，必須加強(qiáng)原材料的質(zhì)量管控，各項(xiàng)指標(biāo)符合工程的要求。為了提升材料的性能，滿足高速公路的需要，結(jié)合設(shè)計(jì)方案以及施工標(biāo)準(zhǔn)，采取加入改性劑的方式。在高速公路項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)，技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的改性劑，并確定加入比例，以確?；旌狭系男阅芎细瘢粫?huì)引起高速公路的質(zhì)量問(wèn)題。

4.2 嚴(yán)格質(zhì)量管理

在高速公路鋼纖維混凝土的施工中，嚴(yán)格落實(shí)質(zhì)量管理尤為重要，以消除質(zhì)量缺陷，滿足交通使用要求。高速公路是我國(guó)重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，關(guān)系到人們生活質(zhì)量以及社會(huì)的發(fā)展，更加涉及人們生命安全，所以必須提高公路工程的質(zhì)量水平，才能推動(dòng)社會(huì)不斷向前發(fā)展。應(yīng)用鋼纖維混凝土作為路面材料進(jìn)行高速公路建設(shè)，質(zhì)量性能優(yōu)越，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)對(duì)于該類型的材料要求也比較高，其施工現(xiàn)場(chǎng)工藝較為復(fù)雜，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，落實(shí)質(zhì)量管控措施，提高施工工藝水平，才能確保高速公路項(xiàng)目符合要求。組建現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量管理工作小組，明確小組成員和工作任務(wù)。定期對(duì)高速公路建設(shè)情況進(jìn)行考察和分析，落實(shí)每道工序的和質(zhì)量監(jiān)督與檢查；嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案和技術(shù)交底工作，每個(gè)工作人員對(duì)項(xiàng)目要求有足夠的了解，對(duì)于質(zhì)量管理制度有深刻的認(rèn)識(shí)，并且自覺(jué)遵守施工質(zhì)量管理；加強(qiáng)崗位責(zé)任制管理，確定各級(jí)崗位人員的責(zé)任，且進(jìn)行責(zé)任細(xì)化分類，一旦存在違規(guī)作業(yè)或者玩忽職守的情況，立即予以查處和懲罰，避免事態(tài)擴(kuò)大。

4.3 注重施工細(xì)節(jié)

在高速公路的施工中，細(xì)節(jié)的質(zhì)量會(huì)影響總體質(zhì)量。雖然我國(guó)已經(jīng)有很多工程都非常成功，積累的經(jīng)驗(yàn)也比較多，但是在具體的施工環(huán)節(jié)，依然應(yīng)該關(guān)注細(xì)節(jié)方面的影響。對(duì)此，加強(qiáng)施工工序的質(zhì)量管理，才能確保鋼纖維混凝土路面的質(zhì)量合格。從宏觀角度分析，鋼纖維混凝土施工工序通常和傳統(tǒng)的混凝土施工工序相似，都要經(jīng)過(guò)拌和、運(yùn)輸、攤鋪、振搗、整平等工序，以達(dá)到工程實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)。在高速公路施工現(xiàn)場(chǎng)，施工人員需要了解到鋼纖維混凝土的特點(diǎn)，做出特殊性處理，才能滿足工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)提升工程總體效益有積極作用。

5 結(jié)語(yǔ)

在高速公路施工中，應(yīng)用鋼纖維混凝土路面施工技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)。發(fā)揮出鋼纖維混凝土材料的優(yōu)勢(shì)，提高路面結(jié)構(gòu)的抗壓性能、抗剪性能，可以達(dá)到交通通行標(biāo)準(zhǔn)。但是在施工中，應(yīng)加強(qiáng)細(xì)節(jié)方面的管理，做好每一項(xiàng)指標(biāo)的控制，保證各項(xiàng)工序都符合工程的要求，才能提高鋼纖維混凝土路面的性能，提高高速公路通行質(zhì)量，為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。