粗議路橋中鋼纖維混凝土的施工技術

雷金喜

(中鐵二十一局集團有限公司，甘肅 蘭州 730030)

鋼纖維混凝土是一種在普通的混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的多相復合材料。這些亂向分布的鋼纖維能夠有效的阻礙混凝土內部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，顯著地提高了混凝土的抗拉強度、抗彎強度、抗沖性、抗凍性、抗磨性、抗疲勞性，并且具有良好的延性。因為鋼纖維混凝土的眾多優越性，國內外更深入的研究，使得它成為一種使用越來越廣泛的建筑材料。本文對從鋼纖維混凝土的性能探討了鋼纖維混凝土在路橋中的施工技術。

1 鋼纖維和鋼纖維混凝土的性能

1.1 鋼纖維及其性能

鋼纖維是一種用鋼質材料加工而成的短纖維。鋼纖維的制成方法主要有以下4種：

a.鋼絲切斷法

鋼纖維的抗拉強度可達1000～2000MPa。但它的表面較光滑，使其粘結強度較差。通常可以使用改變鋼纖維外形，以增加其粘結強度，如波形法、壓棱法、彎鉤法。

b.薄鋼板剪切法

用冷軋薄鋼板剪切而成。剪切前，用特制的縱剪機將冷軋薄鋼板剪成帶鋼卷，然后將帶鋼卷用普通旋轉道具或沖切床切成矩形截面的鋼纖維。

c.銑削法

將厚板或鋼錠用旋轉的平刃銑刀進行銑削而成。銑削法產生的鋼纖維與混凝土的粘結性能很好，因為銑削法會使鋼纖維產生很大變形導致鋼纖維截面形成月牙形。

d.熔鋼抽絲法（熔抽法）

熔抽法制成的鋼纖維成本低，制造工藝簡單，生產效率高。但是由于榮熔抽法制成剛纖維過程中是完全暴露在空氣中的，鋼水容易氧化，形成一層氧化層，降低了鋼纖維與混凝土的粘結強度。

鋼纖維具有很高的抗拉強度。冷拔鋼絲切斷法制成的鋼纖維抗拉強度可高達600～1000MPa，而其它方法的鋼纖維抗拉強度一般在380～800MPa。鋼纖維的彈性模量為200GP，極限伸長率為0.5%～3.5%。鋼纖維混凝破壞的主要原因是因為鋼纖維的拔出，所以為了增加混凝土和鋼纖維的咬合力，可以將鋼纖維的表面形狀進行改變。

1.2 鋼纖維混凝土的基本性能

鋼纖維混凝土是一種性能優良且應用廣泛的新型復合材料，由于鋼纖維阻滯基體混凝土裂縫的發生和開展，其抗彎、抗拉和抗剪強度等級都比普通混凝土有顯著提高，同時鋼纖維混凝土的抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性也比普通混凝土較高。當纖維量摻量在1%～2%時，抗彎強度提高40%～50%，抗拉強度也提高了25%～50%，當使用直接雙面剪試驗時，所得到的試驗結果為抗剪強度提高了50%～100%。而抗壓強度提高較小。、

復合理論和纖維間距理論是鋼纖維混凝土增強機理的兩種理論。根據這兩種理論鋼纖維混凝土的強度ff為：

式中：fm為基體強度；lf/df為纖維的長徑比；ρf為纖維的體積率；τ為纖維與基體間的粘結強度；η為以及纖維在基體中的分布和取向的影響。

鋼纖維混凝土的變形性能力也有明顯提高，在彈性階段鋼纖維混凝土的變形能力與普通混凝土沒有顯著差別。韌性是衡量塑性變形性能的重要指標，在塑性變形階段不論抗彎還是抗壓和沖擊韌性都隨著纖維增強效果而提高。鋼纖維混凝土隨著纖維摻量的增加而收縮值有所降低，其抗壓和抗彎疲勞性能比混凝土卻有很大提高。

2 路橋施工中鋼纖維混凝的應用

2.1 鋼纖維混凝土在路面工程中的應用

在路面中的應用主要包括：（1）罩面路面中鋼纖維混凝土的應用。（2）鋼纖維混凝土在路面建設施工中的應用。由于鋼纖維混凝土在動荷載下具有良好的抗沖擊、抗拉、抗彎、耐磨性能，鋼纖維混凝土可以有效的抑制因溫度引起裂縫的產生與擴展，并且具有良好的抗凍性能。而這些優點性質與路面的要求比較符合，不僅可以有效減小鋼纖維混凝土路面的厚度，延長路橋面使用壽命，改變路面性能，同時可以實現設計要求。當舊的混凝土路面損壞時，可以采用鋼纖維混凝土結合式罩面修補路面，使舊的混凝土與罩面層相互粘結在一起，成為一個整體，共同發揮結構整體強度作用。

2.2 鋼纖維混凝土在橋梁工程中的應用

鋼纖維混凝土在橋梁中應用不僅可以達到利用鋼纖維混凝土鋪設的路面的工程效果，并且鋼纖維混凝土可以增加橋梁剛度和橋梁抗折強度，增強橋梁面的耐久性、抗裂性和提高舒適性。橋梁結構自重也得到降低，使橋梁的受力情況也得到相應改善。同時也可采用轉子Ⅱ型噴射機噴射5～20cm鋼纖維混凝土以滿足橋梁局部結構的整體性和抗震性的加固要求。

3 鋼纖維混凝土施工技術

3.1 施工中的問題

在鋼纖維混凝土施工中，由于鋼纖維的存在，不僅僅是混凝土的配合比和鋼纖維的性能決定了鋼纖維混凝土的路橋面的質量優劣，鋼纖維在混凝土中的分布是否均勻也同樣影響著工程質量。

鋼纖維混凝土路面在施工過程中，應當注意使鋼纖維混凝土在混凝土中的分布均勻，禁止結團現象的產生；應避免鋼纖維混凝土表面出現纖維露出現象；要嚴格控制路面厚度。

鋼纖維混凝土施工的技術難題是因為鋼纖維的存在導致的，而施工機械的選擇及使用對鋼纖維混凝土路橋工程質量產生較為嚴重的影響。施工成為了鋼纖維混凝土質量優劣的重要影響因素。

3.2 材料的基本要求

鋼纖維混凝土的特性與基本混凝土相關。同時鋼纖維品種、長徑比、方向性及摻率同樣影響鋼纖維混凝土的特性。抗拉強度不可低于550MPa。纖維直徑為0.4mm～0.7mm，長度為鋼纖維直徑的50～70倍。

粗集粒最大粒徑對鋼纖維混凝土中纖維的咬合力有很大影響，粒徑過大對抗拉彎強度有較顯著影響，規定最大粒徑應低于纖維長度的1/2，但不應大于20mm。其它材料要求與普通混凝土相同。

3.3 設置鋼纖維分散裝置

將鋼纖維與混凝土放入攪拌機攪拌時，必須要先通過功率為和1分散率為0.75～1.0KW，20～60Kg/min的分散機分散然后再加入攪拌機。以避免結團現象的產生。

3.4 投料順序和攪拌

攪拌機可采用強制式攪拌機和自由落體式攪拌機，攪拌時應該采用先干后濕分級投料工藝。即按照先投砂，然后鋼纖維，最后碎石的順序進行投方材料，并且需要采取先與混凝土在攪拌機先干攪1min，再進行加水和添加劑的2min濕攪。并且為防止因攪拌時間過長而引起的纖維團結，總的攪拌時間應盡量控制在6min內，并且攪拌量在攪拌機容量的1/3為宜。

3.5 攤鋪和振搗

鋼纖維混凝土澆注時澆注接頭不應過于明顯。鋼纖維混凝土必須連續澆注，并且每次倒料時應相壓15～20min，以保證澆注的連續性。澆注一段后就應該及時的采用平板振動器振搗密實，切忌采用插入式振動器，平板振動器可以使鋼纖維成二維分布，而插入式振動器促使鋼纖維的分布方向朝向振動棒。振搗好后，可將露出的鋼纖維壓回混凝土，以確表面保平整。

3.6 表面拉毛、成型

砂率大、粗骨料細、纖維亂向分布是鋼纖維混凝土所具有的特點，所以當鋼纖維混凝土路橋面鋪設完畢后，應對路橋面進行拉毛、收槳毛處理和機械拉平，防止鋼纖維外露，以保證路橋面平整密實。同時采用滾式壓紋機壓紋1～2mm，方向為沿路線橫斷方向。

3.7 接縫設置

鋼纖維混凝土具有良好的收縮性、抗裂性。一般可不設置伸縮縫。當鋼纖維混凝土的養生強度達到設計強度的50%時，采用切割機割縫設置伸縮縫。應該保證伸縮縫與施工縫位置吻合。

3.8 養護

早期鋼纖維混凝土的強度較高，所以應該加強濕潤養護。可采用自來水養護，并使用塑料薄膜覆蓋濕養以防止水分蒸發過快，確保鋼纖維混凝土與瀝青結合面清潔。待養生時間7～12d后，當混凝土測試達到規范規定的強度后，方可進行交通開放。

結語

由于鋼纖維混凝土具有的種種優異性，所以被廣泛用于基礎設施建設中，取得了重大的經濟和社會效益。鋼纖維混凝土技術不僅提高了混凝土的強度，也降低了路橋的成本。但是，鋼纖維混凝土施工較為復雜，如施工中操作不當，混凝土中鋼纖維很容易導致結團現象，反而會降低了路面的質量。所以，鋼纖維混凝土路橋在施工中，要嚴格施工規范進行操作，確保鋼纖維混凝土的性能得到最好的發揮。

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