鋼纖維混凝土

1、鋼纖維混凝土隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和公路交通事業(yè)的飛速發(fā)展，城市道路和國(guó)道干線公路上的車輛荷載及密度越來(lái) 越大，行駛速度越來(lái)越快，致使路面的損壞也日趨嚴(yán)重起來(lái)。特別是對(duì)損壞的水泥混凝土路面而言，它 不僅翻修投資大，且施工周期較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響交通暢通及行車安全。如用普通水泥混凝土修復(fù)路面雖有 強(qiáng)度高，板塊性好，有一定的抗磨性及承受氣彖作用的耐久性好等特點(diǎn)，但它的最大缺陷是脆性大、易 開(kāi)裂、抗溫性差，路面板塊容易受彎折而產(chǎn)生斷裂，所以就要求路面面板應(yīng)有足夠的抗彎、抗拉強(qiáng)度和 厚度。用鋼纖維混凝土修筑路面，就是意將鋼纖維均勻地分散于基體混凝土中（與混凝土一起攪 拌），并通過(guò)分散的鋼纖維，減小因荷載在基體混凝

2、土引起的細(xì)裂縫端部的應(yīng)力集中，從而控制混凝 土裂縫的擴(kuò)展，提高整個(gè)復(fù)合材料的抗裂性。同時(shí)由于混凝土與鋼纖維接觸界面之間有很大的界面粘 結(jié)力，因而可將外力傳到抗拉強(qiáng)度大、延伸率高的纖維上面，使鋼纖維混凝土作為一個(gè)均勻的整體抵抗 外力的作用，顯著提高了混凝土原有的抗拉、抗彎強(qiáng)度和斷裂延伸率。特別是提高了混凝土的韌性和抗 沖擊性。實(shí)踐證明，采用鋼纖維混凝土這一新型高強(qiáng)復(fù)合材料對(duì)路面修理，既可提高路面的抗裂性、抗彎 曲、耐沖擊和耐疲勞性，而且可改善路面的使用性能，延長(zhǎng)使用壽命從而減少老路開(kāi)挖，對(duì)節(jié)省工程造 價(jià)等具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；為提高道路補(bǔ)強(qiáng)與改造提供了良好的途徑。1、基本要求1.1鋼纖維

3、混凝土材料 鋼纖維混凝土就是在一般普通混凝土中摻配一定數(shù)量的短而細(xì)的鋼纖維所 組成的一種新型高強(qiáng)復(fù)合材料。由于鋼纖維阻滯基體混凝土裂縫的產(chǎn)生，不但具有普通混凝土的優(yōu)良 性能，而且具有良好的抗折、抗沖擊、抗疲勞以及收縮率小、韌性好、耐磨耗能力強(qiáng)等特性?？墒孤访?厚度減薄50%以上，縮縫間距可增至15m30m,不用設(shè)脹縫和縱縫。鋼纖維混凝土用鋼纖維類型有圓 直型、熔抽型和剪切型鋼纖維。其長(zhǎng)度分為各種不同規(guī)格，最佳長(zhǎng)徑比為40-70,截面直徑在0.4mm- 0. 7mm范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度不低于380mpa.在施工時(shí)鋼纖維在混凝土中的摻入量為10 %2. 0 % （體積比），但最大摻量不宜超過(guò)2. 0%

4、o水泥 采用425#525#普通硅酸鹽水泥，以保證混合料具有 較高的強(qiáng)度和耐磨性能。鋼纖維混凝土用的粗骨料最大粒徑為鋼纖維長(zhǎng)度的23不宜大于20mm.細(xì)集料 采用中粗砂，平均粒徑0. 35mm-0. 45mm,松裝密度 1. 37g/cm3.砂率采用 45%50%。1.2鋼纖維混凝土配合比鋼纖維混凝土混合料配合比的要求首先應(yīng)使路面厚度減薄，其次是保證鋼 纖維混凝土有較高的抗彎強(qiáng)度，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)強(qiáng)度等級(jí)的要求即抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度，以及施工的 和易性。鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)基本按以下步驟進(jìn)行。（1）根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值以及施工配制強(qiáng)度提高系數(shù)，確定試配抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度；鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的

5、確定：fftm二ftm （1+atmpflf/df ）式中fftm 鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；ftm 與鋼纖維混凝土具有相同的配合 材 料、水灰比和相近稠度的素混凝土的抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；atm鋼纖維對(duì)抗折強(qiáng)度的影響系數(shù)（試驗(yàn)確定）；pf -岡纖維體積率，%; lf/df -鋼纖維長(zhǎng)徑比，當(dāng)ftm v 6. 0n/mm2時(shí)，可按表1采用。（2）根據(jù)試配抗壓強(qiáng)度計(jì)算水灰比；（3）根據(jù)試配抗壓強(qiáng)度，確定鋼纖維體積率，一般澆筑成型的結(jié)構(gòu)范圍在0.5%2.0%之間；（4）按照施工要求的稠度確定單位體積用水量，參照表 2；(5)確定砂率，見(jiàn)表3；(6)計(jì)算混合材料用量，確定試配配合比；(7)按照試配配合比

6、進(jìn)行拌合物性能試驗(yàn)，調(diào)整單位體積用水量和砂率，確定強(qiáng)度試 驗(yàn)用基準(zhǔn)配 合比；(8)根據(jù)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整水灰比和鋼纖維體積率，確定施工配合比。試驗(yàn)結(jié)果表明，在經(jīng)驗(yàn)和 計(jì)算的基礎(chǔ)上確定水泥用量、砂率及水灰比，并根據(jù)不同配比時(shí)的鋼纖維混凝土強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)(見(jiàn)表4),當(dāng)水泥用量在380kg? m3-400kg? m3時(shí)強(qiáng) 度較高，但此時(shí)砂率較小，砂石屮有分離現(xiàn)彖。因此將砂率調(diào)到 0. 48,如此強(qiáng)度雖有降低， 但其余性能卻可得到改善。為此，調(diào)整最佳配比即水泥：黃砂：碎石：水二1 : 2.16 : 2. 34 : 0. 48. 1.3鋼纖維混凝土拌和為防止鋼纖維混凝土在攪拌時(shí)纖維結(jié)團(tuán)，在 施工時(shí)每拌一次的

7、攪拌量不宜大于攪拌機(jī)額定攪拌量的80%o采用滾動(dòng)式攪拌機(jī)拌和，在攪拌混凝土過(guò)程屮必須保證鋼纖維均勻分布。為保證混凝土混合料的攪拌質(zhì)量，采用先干后濕的拌和工 藝。投料順序及攪拌時(shí)間為：粗集料T鋼纖維(干拌imin) T細(xì)集料T水泥(干拌imin),其中鋼纖維在拌和時(shí)分三次加入拌和機(jī)屮，邊拌邊加入鋼纖維，再倒入黃 砂、水泥，待全部料投入后重拌2min3min,最后加足水濕拌imin總攪拌時(shí)間不超過(guò) 6min ,超攪拌會(huì)引起濕纖維結(jié)團(tuán)。按此程序拌出的混合料均勻。尚若在拌和中，先加水泥和粗、細(xì)集 料，后加鋼纖維則容易結(jié)成團(tuán)。而且纖維團(tuán)越滾越緊，難以分開(kāi)，一旦發(fā)現(xiàn)有 纖維結(jié)團(tuán)，就必須剔除 掉，以防止因此

8、而影響混凝土的質(zhì)量。1.4鋼纖維混凝土澆搗鋼纖維混凝土澆搗與普通混凝土一樣，澆筑和振搗是施工屮的重 要環(huán)節(jié)， 直接影響鋼纖維混凝土的整體性和致密性。不同之處就是其流動(dòng)性較差，在邊角處容易產(chǎn)生蜂窩，因 此，邊角部分可先用搗棒搗實(shí)。板角采用插入式振動(dòng)器振搗，然后用夯梁板來(lái)回整平。在混凝土面層抹 平過(guò)程中，因鋼纖維直徑較粗而易冒出路面，影響到行車安全，故在施工時(shí)需注意清除。2、工程實(shí)例某二級(jí)公路水泥混凝土路面修補(bǔ)工程段全長(zhǎng)112m,寬2 X 3m修補(bǔ)前路面板呈破碎、斷裂狀，原為一般普通混凝土澆筑，部分板底基層下沉?，F(xiàn)用鋼纖維混凝土修補(bǔ)路面，基層補(bǔ)強(qiáng)采用C15素混凝土澆筑，舊混凝土路面平均鑿除深度 2

9、5cm (包括基層松動(dòng)部分)，擬采用12cm厚、c30鋼纖維混凝土澆筑路面。2. 1施工材料2. 1. 1原材料水泥：425#普通硅酸鹽水泥；細(xì)集料：用中粗砂，平均粒徑0. 35mm0. 48mm，含泥量 2%；粗集料：碎石5mm20mm,含泥量v 1%,質(zhì)地堅(jiān)硬； 鋼纖維：選用長(zhǎng)度30mm、當(dāng)量直徑0. 60mm由浙江某廠生產(chǎn)的低碳結(jié)構(gòu)鋼剪切扭曲型，型號(hào)dn-30,其 強(qiáng)度380mpa以上。該產(chǎn)品性能穩(wěn)定，使用效果良好。2. 1. 2配合比鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)按照抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度雙控標(biāo)準(zhǔn)要求及施工的 工作度采用以抗折強(qiáng)度為主要指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度6. 5mpa抗壓強(qiáng)度35mpa.經(jīng)

10、試驗(yàn)室進(jìn)行幾種配比方案確定：水泥:黃砂:碎石:鋼纖維:水并強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5.2. 2 施工工藝2. 2. 1基層處理及路面澆筑在鋼纖維混凝土澆筑前,為提高水泥混凝土面層下基層和墊層的剛度,做好對(duì)舊混凝土板及板底基 層的處理工作，即在破損板及板底脫空破裂的舊混凝土板塊鑿除后，對(duì)部分板底基層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。鑿除 舊混凝土板時(shí)，鑿除深度必須滿足原路面設(shè)計(jì)要求，再將原基層松動(dòng)部分全部清除。被清除后的基坑及深 度一律用cl5貧混凝土進(jìn)行處理。待混凝土半干狀態(tài)時(shí)即可澆筑路面。按要求先用C15普通混凝土澆筑至路面面層厚度12cm時(shí)，經(jīng)底面層整平處理后再用鋼纖維混凝土澆筑。2. 2.2鋼纖維混凝土攪拌鋼纖維

11、混凝土攪拌采用滾筒式攪拌機(jī)。為使鋼纖維在混凝土中分散均 勻，采用二次投料三次攪拌法，即先將石子和鋼纖維干拌lmin ,加入砂子、水泥再干拌lmin ,最后注水濕拌1. 5min左右，總攪拌時(shí)間控制在6min內(nèi)，攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)形成濕纖維 團(tuán)。且每次的攪拌量宜在攪拌機(jī)公稱容量的13以下。2. 2.3運(yùn)輸與澆筑混凝土運(yùn)輸采用自卸運(yùn)輸車，運(yùn)至施工地點(diǎn)進(jìn)行澆筑時(shí)的卸料高度不 得超過(guò) 1.5m,以防混凝土離析。鋼纖維混凝土采用人工攤鋪，用人工將其大致攤鋪整平，攤鋪后用平板振動(dòng) 器振搗，振搗的持續(xù)時(shí)間以混凝土停止下沉，不再冒氣泡并泛出水泥漿為準(zhǔn)，且不宜過(guò)振。振搗時(shí)輔以 人工找平，混凝土整平采用振動(dòng)梁振搗拖平

12、，再用鋼滾筒依次滾壓進(jìn)一步整平，整平的表面不得裸露鋼 纖維。在做面時(shí)需分兩次進(jìn)行，即先找平抹平，待混凝土表面無(wú)泌水時(shí)，再做第二次抹平，抹平后沿模 板方向拉毛，拉毛深度1mm2mm.拉毛時(shí)避免帶出鋼纖維，如采用滾式壓紋器進(jìn)行處理則效果更佳。2、2.4養(yǎng)護(hù)與切縫鋼纖維混凝土設(shè)有多種切縫。脹縫與路屮心線垂直，縫壁必須垂直，縫隙寬度必須一致，縫中不得有連漿現(xiàn)象，縫隙內(nèi)應(yīng)及時(shí)澆灌填縫料，當(dāng)混凝土達(dá)到強(qiáng)度25%30%時(shí)，采用切 縫機(jī)進(jìn)行縮縫切割，切縫深度3cm,縮縫設(shè)置16m道。施工縫位置宜與脹縫或縮縫設(shè)計(jì)位置吻合，施工縫與路屮心線垂直，不設(shè)置傳力桿。對(duì)脹縫、縮縫均采用10#石油 瀝青，灌式填縫?；炷磷?/p>

13、面完畢后，及時(shí)采用濕法養(yǎng)護(hù)，終凝后及時(shí)覆蓋草袋，并每天均勻澆水，保持潮濕狀態(tài)，養(yǎng) 護(hù)10d-15d.與此同時(shí)做好封閉交通，待強(qiáng)度測(cè)試達(dá)到規(guī)定要求后即可開(kāi)放交通。2.3施工質(zhì)量控制鋼纖維混凝土的質(zhì)量除對(duì)原材料、配合比以及施工過(guò)程的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行控制外, 還重點(diǎn)對(duì)鋼纖維混凝土的攪拌、鋼纖維的投入以及混凝土振搗的控制，同時(shí)按規(guī)定對(duì)每天所澆筑混凝土 的28d抗折、斷塊抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，使平整度、坍落度、主要技術(shù)指標(biāo)得到有效 控制。3、 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益從經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析，鋼纖維混凝土路面與普通水泥混凝土路面相比，其特點(diǎn)：面層厚度可減薄至1/2以上，使施工工期縮短,因此節(jié)約原材料及減少工

14、程量后所帶來(lái)的一切費(fèi)用； 路面使用壽命延長(zhǎng)因此而節(jié)省的費(fèi)用；減少縮縫帶來(lái)的材料、人工等所節(jié)省的費(fèi)用；節(jié)省養(yǎng) 護(hù)、減少時(shí)間延誤及維修費(fèi)用；除此以外，還有路面質(zhì)量好，接縫少，延長(zhǎng)車輛使用壽命等費(fèi)用。綜合分 析，對(duì)于舊混凝土路面，若采用鋼纖維混凝土進(jìn)行罩面修復(fù)，則一次性投資的費(fèi)用比挖掉重建混凝土路面 要節(jié)省許多。同樣，從一次性投資、使用年限、維修費(fèi)用、資金的時(shí)間價(jià)值來(lái)全面評(píng)價(jià)鋼纖維混凝土路 面工程的經(jīng)濟(jì)效益，與新鋪瀝青混凝土路面評(píng)價(jià)綜合效益,鋼纖維混凝土路面雖一次性投資較前者高，但 從其維修費(fèi)用、使用年限的不同考慮，以及和資金的時(shí)間效益,用年成本法計(jì)算其等值年金，結(jié)果表明鋼 纖維混凝土路面每年支出的費(fèi)用比瀝青混凝土路面要低35%O采用鋼纖維混凝土修補(bǔ)法，不但可使鋼纖維混凝土的質(zhì)量及其增強(qiáng)效果得到保證，而且還可提前開(kāi)放交通，具 有顯著的經(jīng)濟(jì)效 益和社會(huì)效益。4、 結(jié)語(yǔ) 鋼纖維混凝土自發(fā)展以來(lái)，已在公路路面、橋面、機(jī)場(chǎng)跑道等工程屮得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)也取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。它除了具有良好的抗