鋼纖維混凝土在105 國道補強中的應用

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，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，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。路面結構采用30cm 水泥混凝土+2x18cm 石灰土，經過十多年的運營,路面出現了唧泥、斷板、錯臺、斷角和脫空等各種不同程度的病害,已不能適應交運輸要求，當地公路管理部門委托市政部門對其進行了完善改造。

1 改造方案擬定

鋼纖維是當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，可增加構件強度、延長使用壽命等優點，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部微縫的擴展和阻滯宏觀裂縫的發生和發展［1］；在受荷（彎、拉）初期，水泥基料與纖維共同承受外力，當混凝土開裂后，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越的物理和力學性能。

在改造施工前，我們對該段混凝土路面進行深入細致的調查，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，部分脫空區域也未深及底基層，根據《公路水泥混凝土路面設計規范》的路面損壞狀況分級標準屬于中級[2]，采用落錘式彎沉儀檢查的平均接縫傳荷系數為82，達到優良級標準［4］，決定對其進行加鋪改造。由于路段內收費站等相關設施的影響，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到中級標準，根據設計規范要求采用分離式混凝土加鋪層結構：

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，使加鋪層成為獨立的結構受力層。瀝青混凝土隔離層既可以防止或延緩反射裂縫的發展，同時起到調平層的作用。

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.O425R 普通硅酸鹽水泥。

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

細集料（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 配合比設計

鋼纖維混凝土的配合比應滿足結構設計要求的抗彎拉強度和施工中要求的和易性，設計采用試驗—計算法，并應按下述步驟進行。

1）根據設計值以及施工工配置強度提高系數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）根據試驗抗彎拉強度，按規定計算或通過已有資料確定鋼纖維體積率。根據經驗一般體積率選1.0%—1.5%。

4）根據施工要求的稠度通過試驗確定單位體積用水量。

5）根據試驗或有關資料確定合理砂率為50%左右，使用時根據所用材料的品種規格、纖維體積率、水灰比等適量調整。

6）按絕對體積法計算材料用量確定試驗配合比。

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

經過對進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節。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比、碎石粒徑、水灰比、砂率以及攪拌設備、投料方法等，其中攪拌設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團，在施工時每拌一次的攪拌量不宜大于攪拌機額定攪拌量的80%。為保證混凝土混合料的攪拌質量和提高工作效率，采用先干拌，后加水的拌和工藝，投料和攪拌順序：粗集料+細集料+砂+水泥先進行干拌，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團現象，總攪拌時間控制在5min 以下。若在拌和中一旦發現有纖維結團，就必須停機將纖維團剔除掉，補加相應數量的鋼纖維后繼續攪拌，以防止拌和不均勻而影響混凝土的質量。

4.2 運輸

本工程施工中將拌和站設在施工段中間位置，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，現場按照混凝土路面分幅進行澆注施工，按照先兩側后中間的施工順序，模板采用14cm 寬的槽鋼，其間根據傳力桿的位置在槽鋼上針孔，以便于鋼筋通過。支模通過水準儀嚴格控制模板頂面標高，確保路面橫坡滿足設計路拱的要求。

當混合料運送至指定地點后，直接倒入安裝好模板的路槽內，然后人工將其大致攤鋪整平，攤鋪后用插入式振動器振搗，振搗的持續時間以混凝土停止下沉，不再冒氣泡并泛出水泥漿為準。振搗時輔以人工找平，混凝土整平采用三輥軸振動攤鋪機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，低凹處應隨時補足，最后用三輥軸振動攤鋪機，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行處理。在規定的連續施工區段內，必須連續進行施工，不能中斷避免造成鋼纖維沿接縫隙表面排列，不能產生增強作用，而產生裂縫。

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，抹平的表面應在初凝前進行壓紋和拉毛，壓紋或拉毛工具，宜適用壓滾和刷子，不得使用竹掃帚。

4.5 養生和路面切縫

鋼纖維混凝土與普通混凝土一樣，應及時養生。當混凝土抹面2 小時后，當其表面具有一定硬度，用手指輕壓不出現痕跡時，可以開始養生。可采用再生棉和草苫覆蓋于混凝土表面，每天均勻灑水數次，使其保持潮濕狀態，養護不得低于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，以保證鋼纖維的水化作用正常進行。

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，抗壓強度達到5-10MPa，作為切縫時間，切縫后應仔細清理切縫內一切雜物，并及時進行灌縫處理，防止雨水滲入。

5 結語

鋼纖維混凝土路面在我市市政、公路建設中尚屬首次采用，但其優良的抗彎拉、抗開裂性能，已經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、干線公路養護、舊橋橋面鋪裝改造中，已經進行了推廣應用。

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

［2］中華人民共和國交通部.公路水泥混凝土路面設計規范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規范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.公路路基施工技術規范JTGF10-2006.北京:人民交通出版社,2006.25-26