鋼纖維混凝土施工探析

楊建東

（陜西省交通建設集團公司商界分公司，陜西 商洛 726000）

1 前言

隨著交通事業的飛速發展，道路上的車輛荷載及密度越來越大，行駛速度越來越快，致使路面的損壞也日趨嚴重。特別是對損壞的水泥混凝土路面，不僅翻修投資大、施工周期較長，且嚴重地影響交通暢通及行車安全。

2 鋼纖維混凝土路面優點分析

強度和重量的比值增大。這是纖維混凝土具有優越經濟性的重要指標，也是它具有廣闊應用前景的重要保證。

抗拉強度和主要由主拉應力控制的抗剪、抗彎強度明顯提高。

變形性能明顯改善。鋼纖維混凝土彈性階段的變形性能與其他條件相同的素混凝土沒有監菩差別，受壓彈性模量和泊松比與素混凝土基本相同。韌性足衡量蠼性變形性能的重要指標，鋼纖維混凝土的韌性比素混凝土大大提高。

抗裂和抗疲勞性能有較大改善。由于鋼纖維對混凝土的阻裂作用，鋼纖維混凝土比素混凝土具有更好的軟化后性能和抗疲勞性能。

3 鋼纖維和鋼纖維混凝土的性能

3.1 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四種。

鋼纖維抗拉強度高,但與水泥沙漿的界面粘結性較差。對鋼纖維表面進行變形處理,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律性變化的鋼纖維可以改善其力學性能。當用廢鋼絲繩切斷而成時,必須進行除油污和除銹處理。

剪切鋼纖維由剪切冷軋薄板制得,厚012mm～015mm,寬 0125mm～019mm,抗拉強度為450MPa～800MPa,與水泥砂漿的粘結性比切斷鋼纖維好。

切削鋼纖維由旋轉的銑刀切削軟鋼錠或厚鋼板制得,強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較好。

熔抽鋼纖維由熔融的鋼水甩制而成,纖維強度因熔鋼成分與熱處理條件而異,表面不規則且有一層強度很低的氧化層。氧化層的存在降低了鋼纖維與混凝土的粘結強度。鋼纖維的彈性模量與抗拉強度都比較高,大約為水泥基材的5倍以上。同時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。

3.2 鋼纖維增強混凝土強度機理

鋼纖維在混凝土中的主要作用,在于限制外力作用下基體中裂縫的擴展。在受荷(拉、彎)初期,水泥基料與鋼纖維共同承受外力,而前者是外力的主要承受者:當基料發生開裂后,橫跨裂縫的鋼纖維成為外力的主要承受者。若鋼纖維體積摻量超過某一臨界值,整個復合材料可繼續承受較高的荷載,并產生較大的變形,直到鋼纖維被拉斷或鋼纖維從基料中被撥出,以至復合材料破壞。

3.3 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,經硬化而得,與普通混凝土相比,具有一系列優越的物理力學性質:

強度與重量比值增大;較高的抗拉、抗壓和抗彎的極限強度。在混凝土中摻入適量鋼纖維,其極限抗壓強度可以提高,單軸抗拉極強度可提高40%～50%,抗彎極限強度可提高50%～150%;良好的抗沖擊性能。鋼纖維混凝土在纖維摻量為018%～210%時,其沖擊韌性指標可提高50倍～100倍,甚至更高;變形性能明顯改善。鋼纖維對混凝土抗壓彈性模量影響不顯著,但對抗拉彈性模量提高較多,鋼纖維對混凝土長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%;抗裂和抗疲勞性能顯著提高;優越的抗剪性能;良好的阻止和抑制因溫度應力引起裂縫產生與擴展的能力;良好的抗凍性與耐磨性能。

3.4 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型、鋼纖維摻量、鋼纖維長徑比、砂率、粗骨料最大粒徑、減水劑、摻和料等因素的影響。其中鋼纖維類型、鋼纖維摻量和鋼纖維長徑比是影響鋼纖維混凝土性能的主要因素。當鋼纖維混凝土用于路面材料時,由于面層板較薄,因而受地下排水狀況的影響較大。

4 鋼纖維混凝土施工

鋼纖維混凝土路面質量的優劣，在很大程度上取決于施工質量。因此，鋼纖維混凝土路面施工，除了滿足普通混凝土的施工要求外，還應特別重視鋼纖維給施工帶來的技術問題。施工時除了將原有的混凝土補強填平外，重點注意以下幾個方面的問題。

(1)設置鋼纖維分散裝置

由于鋼纖維一次性直接投入攪拌機易出現結團現象，為使鋼纖維充分分散，在攪拌機上安裝上振動式鋼纖維分散機，分散機功率為1.0kw，分散能力約為40kg/min。由于分散機安裝在攪拌機上，分散時間較長，增加了攪拌時間，生產效率有所降低。

(2)攪拌投料順序和攪拌時間

為防止鋼纖維結團，采取先干后濕的工藝。投料程序按砂一鋼纖維一石子一水泥的順序投于料斗。首先在攪拌機里干拌1～2 min，再加水濕拌2min左右。總攪拌時間控制在6 min內。攪拌時間過長會形成纖維結團，且每次的攪拌量控制在攪拌機容量的1／3以下。

(3)采用強制式攪拌機

鋼纖維混凝土攪拌機，使用雙錐反轉出料攪拌機，容量為250L。由于采用1.2%的鋼纖維摻量，且坍落度較小，為不使攪拌機超負荷工作，適當降低攪拌機的利用率。

(4)運輸

鋼纖維混凝土運輸采用自卸運輸車。由于鋼纖維混凝土在運輸過程中受到振動，使鋼纖維下沉，坍落度和含氣量都會有損失，影響鋼纖維混凝土的均勻性。因此，選擇鋼纖維混凝土的攪拌場地時盡量縮短運輸距離，并注意選擇合適的自卸運輸車輛，以保證澆筑時的卸料高度不得超過1.5m，確保混凝土卸料過程中不發生離析現象。同時，宜注意運輸時的溫度，避免造成混凝土的施工和易性下降。

(5)攤鋪與振搗

鋼纖維混凝土在澆注時，不得有明顯的澆注接頭，每次倒料必須相壓l5-20cm，使鋼纖維混凝土保持整體連續性。鋼纖維混凝土路面采用攤鋪機攤鋪，輔以人工整平。因使用插入式振動棒插入鋼纖維混凝土進行振搗，會使鋼纖維朝振動著的振動棒聚集，產生集束效應，所以為確保鋼纖維的二維分布，使用平板振動器振搗成型。為保證邊角混凝土密實，將振搗棒順路線方向插入，使鋼纖維成縱向條狀集束，從而使鋼纖維的排列有利于抵抗板體收縮應力、溫度應力，有利于荷載的傳遞。振搗持續時間以混凝土停止下沉、不再冒氣泡并泛出泥漿為準，同時防止過振。

(6)抹面、壓紋

將外露的鋼纖維壓入混凝土中，同時在抹平的鋼纖維混凝土表面采用滾式壓紋機沿路線橫斷面方向壓紋l-2mm。

(7)切縫與養護

當鋼纖維混凝土養生強度達到設計強度約50%時，用切割機切縫，縫深3cm，縮縫設置為5m/道，與舊縫對齊。并保持施工縫與脹縫或縮縫設計位置吻合，施工縫與路中線垂直，不設置傳力桿。對脹縫、縮縫均采用l0號石油瀝青填縫。混凝土路面采用灑水養生，終凝后用麻袋覆蓋，每天灑水養護，保持混凝土呈潮濕狀態。養生時間在l0～15d。待混凝土測試強度達到規定的強度再開放交通。

5 結束語

鋼纖維混凝土自發展以來，已在道路路面、橋面、機場跑道等工程中得到廣泛應用，同時也取得了一定的經濟效益和社會效益。它除了具有良好的抗彎強度外，而且還具有優異的抗沖擊、抗開裂性能。此外，用鋼纖維混凝土修筑舊混凝土路面還能達到早期強度高，提前通車的目的。

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