淺談高速公路鋼纖維混凝土路面的應(yīng)用

梁 城 朱金鵬

（長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710064）

隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展，高速公路和城市道路上的超載現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，普通混凝土路面在重載的作用下發(fā)生斷板、錯(cuò)臺(tái)、拱起擠碎等病害也越來越嚴(yán)重。因此尋找一種具有高強(qiáng)度，低脆性的混凝土材料就越來越急迫。

鋼纖維混凝土是一種性能優(yōu)良的新型復(fù)合材料。已在多地鋪筑了高速公路試驗(yàn)路，特別適用于重載路面和橋隧、機(jī)場(chǎng)跑道工程的修建。鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一下優(yōu)點(diǎn)：①抗彎拉強(qiáng)度更高，更能適應(yīng)重載條件下路面的彎拉破壞；②在同等強(qiáng)度的條件下面層的厚度可以減少一半，降低了工程造價(jià)；③縮縫間距可以加大，縮短了施工工期，延長(zhǎng)了路面的使用壽命。因此，鋼纖維混凝土具有廣闊的推廣前景，特別適用于重載地區(qū)的路面工程。

1 鋼纖維混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將一定數(shù)量的鋼纖維均勻的混合于混凝土中而形成的一種具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度的一種復(fù)合型材料成為鋼纖維混凝土。由于鋼纖維的存在，增大了混凝土面板的抗彎拉能力，使得鋼纖維混凝土裂縫的形成和發(fā)展緩慢。不僅如此，鋼纖維混凝土路面表面粗糙耐磨，抗沖擊強(qiáng)度高，路面的安全系數(shù)更高，適合用于重載及潮濕地區(qū)的混凝土路面。

1.1 結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)

目前，普通水泥混凝土修建高速公路路面技術(shù)已十分完善，高速公路建設(shè)中普通混凝土板的厚度以達(dá)到32cm，但在改善路面使用性能和延長(zhǎng)路面使用壽命方面的作用較小。相關(guān)資料顯示，鋼纖維混凝土中由于鋼纖維的存在，提高了混凝土的強(qiáng)度和剛度，因此在修筑時(shí)可以減薄路面層的鋪筑厚度，降低橫縫之間的間距，工程造價(jià)大幅降低。

1.2 組成材料設(shè)計(jì)

1.2.1 影響鋼纖維混凝土強(qiáng)度的主要因素

影響鋼纖維混凝土強(qiáng)度的因素較多，首先水泥強(qiáng)度會(huì)影響到水泥與鋼纖維之間的裹覆能力，從而影響到混凝土的強(qiáng)度。其次，鋼纖維的用量、類型以及長(zhǎng)度和直徑之比（長(zhǎng)徑比）也是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素。鋼纖維過長(zhǎng)時(shí)不利于混凝土的拌和，過短起不到改善混凝土彎拉強(qiáng)度的作用。此外一些其他因素如骨料最大粒徑、含砂率、是否添加外加劑等也對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響。

1.2.2 原材料的選擇

水泥：為了保證混凝土的強(qiáng)度，鋼纖維混凝土中一般選用C42.5和C52.5的普通水泥。

粗集料：粗集料的最大公稱粒徑不得超過纖維長(zhǎng)度的三分之二，以在20mm以內(nèi)為宜，粒徑宜采用5～16mm，質(zhì)地堅(jiān)硬、含泥量不超過1%。

細(xì)集料：采用中砂或粗砂，松裝密度≥1.37g/cm3，平均粒徑為 0.35～0.45mm，含泥量不超過 2%，雜質(zhì)含量符合規(guī)范要求。

鋼纖維：采用剪切型鋼纖維、熔抽型鋼纖維。研究表明，鋼纖維長(zhǎng)度宜在15mm到60mm之間，纖維截面直徑宜處于0.4到1.0mm之間。抗彎拉強(qiáng)度不得小于350MPa，長(zhǎng)徑比應(yīng)處于50～90之間。長(zhǎng)徑比是影響鋼纖維添加效果的主要因素，一般而言，長(zhǎng)徑比越大，鋼纖維的彎拉強(qiáng)度越高，但是長(zhǎng)徑比過長(zhǎng)會(huì)帶來拌和困難，影響拌和和易性，增強(qiáng)效果較差。因此應(yīng)選擇合適的鋼纖維與長(zhǎng)徑比。

1.2.3 配合比設(shè)計(jì)

鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在保證鋼纖維混凝土抗彎拉強(qiáng)度的條件下，減薄路面面板的厚度，以滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)和施工和易性的要求。鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)有以下主要參數(shù)：用水量、水灰比和砂率。鋼纖維混凝土中的水泥用量一般較普通混凝土大，為380～480kg/m3。在路面澆注過程中鋼纖維的摻量一般占混凝土體積的1%～2.5%，但不得超過3%當(dāng)摻量超過3%時(shí)會(huì)使施工和易性變差，質(zhì)量難以保證。

鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)必須按照抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度的控制標(biāo)準(zhǔn)及施工和易性的要求，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行配合比的驗(yàn)證之后才能確定最終配合比的方案，使用到工程實(shí)際中。

2 鋼纖維混凝土的應(yīng)用

將一定長(zhǎng)徑比的鋼纖維和混凝土均勻的拌和在一起，經(jīng)攤鋪碾壓后形成鋼纖維混凝土，由于鋼纖維均勻的分散于混凝土中，使得混凝土內(nèi)部的約束力增強(qiáng)，從而使混凝土的抗彎拉強(qiáng)度增大，使用過程中裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展變緩，提高了混凝土的整體抗裂性。同時(shí)由于鋼纖維與混凝土接觸面上的強(qiáng)大的粘結(jié)作用，使得混凝土在車輛荷載的作用下，層底容許彎拉應(yīng)力明顯增強(qiáng)，并且路面的抗沖擊性和抗磨耗性及韌性也大大增加。因此，鋼纖維混凝土是新建路面與舊路改造工程中的優(yōu)良材料。

2.1 修補(bǔ)路面

當(dāng)普通混凝土路面產(chǎn)生局部損壞時(shí)，必須采取措施對(duì)路面進(jìn)行翻修與補(bǔ)強(qiáng)，否則路面將發(fā)展更加嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性損壞。對(duì)于損壞的混凝土路面，翻修不僅投資大，施工周期長(zhǎng)，而且嚴(yán)重影響道路的通行能力。普通混凝土修復(fù)路面最大的缺陷在于抗裂性差，脆性大，路面板容易發(fā)生彎拉破壞，產(chǎn)生斷板等病害，所以要求修補(bǔ)材料具有足夠的抗彎拉強(qiáng)度。在各種不利條件的綜合作用下，路面可能產(chǎn)生坑槽、剝落、拱起、錯(cuò)臺(tái)、裂縫等病害。而鋼纖維混凝土路面在車輛動(dòng)載的作用下具有良好的抗凍耐磨以及抗彎拉性能，又能夠阻止和抑制溫度裂縫和荷載裂縫的產(chǎn)生，裂縫的擴(kuò)展勢(shì)頭減弱。另外，由于減少了對(duì)舊路的開挖回填，因此降低了工程造價(jià)。

2.2 新建路面

應(yīng)用鋼纖維混凝土作為新建路面，由于將路面厚度減小了一半，因此節(jié)約了工程造價(jià)。鋼纖維的應(yīng)用使得路面的抗彎拉能力更強(qiáng)，從而延長(zhǎng)路面壽命，降低工程造價(jià)，提高了公路工程投資回報(bào)率。

3 鋼纖維混凝土路面的應(yīng)用前景

目前鋼纖維混凝土的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，重載和潮濕地區(qū)的高速公路修筑，以及機(jī)場(chǎng)跑道的修筑很多都已使用鋼纖維混凝土，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯，但仍然有待于進(jìn)一步的推廣。與普通混凝土路面相比，鋼纖維混凝土路面具有以下優(yōu)點(diǎn)：改善了普通混凝土路面的使用性能，在相同性能的前提下減小了路面板了的厚度，節(jié)省了原材料，延長(zhǎng)了縮縫間距，可以不設(shè)脹縫，節(jié)約了人工和時(shí)間。總之，鋼纖維混凝土的應(yīng)用延長(zhǎng)了路面的使用壽命，減少了路面的修建和維護(hù)費(fèi)用。綜上所述，鋼纖維混凝土的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯，推廣前景十分廣闊。

[1]中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn).鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992.