浅谈钢纤维混凝土在路面和桥面铺装中的应用

摘要：在混凝土中掺加适量钢纤维可以形成乱向分布的三维网状结构，能有效抑制混凝土干缩，能大幅度提高混凝土抗折疲劳性能，从而有效防止重复荷载作用产生的裂缝，同时钢纤维混凝土桥面铺装层具有优良的抗冲击、抗磨损、抗疲劳等特性，高温抗车辙、低温抗裂的能力，由于钢纤维混凝土这种优良的力学性能，在我国路桥工程中已得到广泛使用。本文首先说明了钢纤维混凝土的定义及性能，然后分析了其在路面和桥面铺装中的应用，最后详细探讨了公路桥梁铺装施工中钢纤维混凝土施工技术的应用。

关键词：钢纤维混凝土；抗压强度；桥面铺装；配合比；浇筑

Summary: adding suitable amount of steel fiber in concrete can be formed to the distribution of the three-dimensional network structure, can effectively inhibit the concrete shrinkage, concrete flexural fatigue performance can be greatly improved, thus effectively prevent cracks produced by the repeated load, at the same time, steel fiber reinforced concrete bridge deck pavement layer has excellent impact resistance, wear resistance, fatigue resistance and so on characteristics, high temperature rutting, low temperature crack resistance of the resistance, due to the excellent mechanical properties, of steel fiber reinforced concrete has been widely used in road and bridge engineering in our country. At first, this paper illustrates the definition and properties of steel fiber reinforced concrete, and analyzes its application in the pavement and bridge deck pavement, the highway Bridges of steel fiber reinforced concrete in pavement construction are discussed in detail the application of construction technology.

Keywords: steel fiber reinforced concrete; The compressive strength; Bridge deck pavement; Mixture ratio; casting

中图分类号：U416.2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

钢纤维混凝土的定义及其性能

（一）定义

钢纤维混凝土是指把直径为0.3mm～0.6mm、长度为20mm，40mm的短钢按某个特定方向或随机方向均匀地掺入到混凝土中的一种新的复合混凝土。钢纤维的使用量为混凝土体积的1%～2%。

（二）钢纤维混凝土的性能

1、抗压强度

钢纤维对基体混凝土的增强作用并不显著。加入钢纤维后，其抗压强度随钢纤维含量的增加略有提高，但增量不大，一般提高幅度在10%以下。钢纤维长度的选择与最大石子粒径关系密切，较大的石子粒径和较短的钢纤维会影响钢纤维在混凝土中的取向与分布，容易造成钢纤维的局部结团，相当于构成了薄弱截面，此时加入钢纤维反而会产生不利影响，造成钢纤维与混凝土界面粘结性状变差，其抗压强度甚至会比同配比的普通混凝土有所下降。

2、抗拉强度

钢纤维对混凝土劈拉强度的增强效果要比对抗压强度的增强效果显著许多。钢纤维混凝土28d劈拉强度高于基准混凝土，并随着钢纤维体积掺量的增加而增大。但钢纤维的加入并不能有效提高混凝土早期劈拉强度。多项试验研究表明，当钢纤维掺量在1%～2%体积率的范围内时，相应的混凝土抗拉强度提高40%～80%，并且不同等级的混凝土均呈现类似的规律。

抗弯强度

钢纤维混凝土的极限抗弯强度比素混凝土高得多，前者的初裂抗弯强度甚至比后者的极限抗弯强度还要高。试件初裂后，受拉区裂缝宽度随着荷载的增大而扩大，达到极限强度后，它不像素混凝土那样突然折断，而是随着裂缝宽度的继续扩大而缓慢卸载。试验表明，影响钢纤维混凝土极限抗弯强度的主要因素有:

（1）混凝土基体的强度；

（2）钢纤维体积含量百分比(P)；

（3）钢纤维长径比；

（4）钢纤维与基体间的粘结应力。

4、抗冲击性能

钢纤维混凝土有着良好的延性和控制混凝土裂缝的能力，其韧性远远大于相应素混凝土的韧性。从钢纤维混凝土及其相应素混凝土泊桑比的实测资料来看，钢纤维混凝土的泊桑比要比其相应素混凝土大7%左右。随着钢纤维含量的增加，钢纤维混凝土的抗冲击性能大幅度提高。当钢纤维含量为1.5%时，其抗冲击能力提高近7倍。

其他性能

韧性是衡量塑性变形性能的重要指标，在通常的纤维掺量下，其抗压韧性可提高2倍～7倍，抗弯韧性可提高几十倍到上百倍，弯曲冲击韧性可提高2倍～4倍，板式试件落球(锤)法击碎试验所测得的冲击韧性可提高几倍到几十倍。

二、钢纤维混凝土在路面和桥面铺装中的应用

（一）钢纤维混凝土在旧路面修补工程中的应用

某二级公路水泥混凝土路面，修补前路面板呈破碎、断裂状，设计采用一般普通混凝土浇注，部分底板基层下沉。现用钢纤维混凝土进行修补路面，拟采用12cm厚，C30钢纤维混凝土浇注路面。

其施工处理主要是基层处理及路面浇注，钢纤维混凝土搅拌、运输与浇注、养护与切缝。钢纤维混凝土的质量除对原材料、配合比以及施工过程的主要环节控制外，还重点对钢纤维混凝土的搅拌、钢纤维的投入以及混凝土振捣的控制，同时按规定对每天所浇注的混凝土进行检测，均达到了设计要求，使平整度、坍落度等主要技术指标得到有效控制。

（二）钢纤维混凝土在桥面铺装中的应用

桥面铺装也称行车道铺装，是铺筑在桥面板上的防护层，是桥梁结构的重要组成部分。作用是保护属于主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎的直接磨耗，防止主梁遭受雨水的侵蚀，并能使车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。由于桥面天然敞露而受到大气影响十分敏感，桥面铺装质量的好坏和使用耐久性将直接影响到汽车的行驶质量和使用耐久性。

钢纤维混凝土因其具有良好的抗裂性、抗弯曲性、耐冲击性、耐疲劳性的特点，在桥面铺装中使用较一般水泥混凝土具有以下几点优势：

减薄铺装厚度

钢纤维混凝土在相同荷载条件下铺装厚度可减少30%～50%，这样既减少了工程量又降低了桥梁恒载。

加强桥面铺装与伸缩缝的连接强度

桥面伸缩缝是整个桥面的薄弱环节，在车辆的行驶过程中，不可避免地产生强烈的震动，震动释放出的巨大能量对伸缩缝与混凝土连接结构极具破坏性。钢纤维混凝土因其较强的耐冲击性保证其与伸缩缝连接钢筋牢固粘结，使伸缩缝发生的变形、位移、或翘曲都较小，大大提高了伸缩缝的使用寿命。

延长了桥面的使用寿命

在重交通荷载作用下，钢纤维混凝土桥面开列要比普通混凝土缓慢得多，其桥面裂缝宽度小，不连续开列后延性仍很好，混凝土剥落、坑槽现象很少。这都有利于桥面和桥梁的使用寿命，改善了车辆的行驶条件。

公路桥梁铺装施工中钢纤维混凝土施工技术

（一）钢纤维混凝土配合比设计

在配合比设计时主要从以下两个方面考虑:

1、施工性能

钢纤维分散性、拌合物的和易性、流动性。

2、钢纤维混凝土力学性能

阻裂、增强、增韧，光、直、粗、短对施工性能有利，麻、钩、细、长对阻裂、增强、增韧有利。

一般要求如下:骨料粒径一般不大于20mm，钢纤维长度2/3；骨料最大粒径40mm时，钢纤维长度宜为60mm～65mm；单位用水量比普通混凝土适当提高；砂率比普通混凝土适当提高；根据抗压强度要求确定水灰比（与普通混凝土相同）；根据抗拉强度或弯拉强度或弯曲韧性确定钢纤维掺量。

（二）拌和方法

先干拌后湿拌。上料干拌，观察钢纤维是否成团，干拌时间应在1min以上,但不宜超过2min，如有成团现象时，在转盘投料时要调整钢纤维分散程度，可分次投入钢纤维，直到不成团为止，然后确定投料时间及方式；干拌之后要加水、减水剂水溶液湿拌，湿拌时间为1.5min左右。严格控制拌和时间，拌和时间总计6min左右。拌合时间要比普通混凝土长1min，严格控制混凝土坍落度，钢纤维混凝土拌合均匀是控制质量的关键。

（三）运输

钢纤维混凝土坍落度较小，不宜采用混凝土搅拌车运输，可采用自卸汽车运输，作业时要严格控制运输时间。由于钢纤维混凝土中加入减水剂，必须尽量加快施工速度。必须符合钢纤维混凝土拌和料运输、铺筑完毕的允许最长时间。拌和料从搅拌机卸出到浇筑不宜超过30min。运输过程中应避免拌合物离析，已产生离析的，应作二次拌和后方可灌筑。

（四）浇筑

在桥梁伸缩缝之间为一个连续施工区段，在连续施工区段内的钢纤维混凝土必须连续浇筑。稠度相同的钢纤维混凝土看起来比普通混凝土干涩，但经振捣后仍表现为较好和易性，因而严禁在浇筑时往拌和料中加水。而且浇筑过程在一定规定连续的区域内不得中断。

摊铺

用机翻车运输至指定地点，用人工将SFRC拌和料大致铺整平，在摊铺时可通过现场试验确定，无论机械或人工布料，均应保证钢纤维混凝土能均匀摊铺在桥面上。

振捣压实

钢纤维混凝土拌和料振捣密实，要比普通水泥混凝土拌和料振捣密实所消耗能量大，振捣时间长，但也不能过振。先用插入式振动器沿模板边沿振捣，最后用梁式振动器振捣整平，严禁使用插入式振捣器在混凝土内部插捣，以确保钢纤维在混凝土中的均匀分布。

刮板整平表面

滚压平整后，用3mm以上刮尺或刮板进行纵横向精平表面，施工时要及时将刮起的钢纤维压入混凝土中，以确保混凝土中钢纤维不外漏表面。铺装表面可为糙面，这样有利沥青层连结，不需抹压太光。

（五）养护

由于钢纤维混凝土早期强度较高，故应加强早期湿润养护，养护工作采用覆盖草袋或浇水养生均可。待测试强度分别达到普通混凝土相应强度且不小于7d时方可安排施工车辆在桥面行驶。

（六）切缝

切缝时间必须恰到好处，过早会因锯片振动，使碎石和钢纤维与水泥粘结松动，形成不可愈合的早期损坏，过迟则易造成混凝土先行收缩开裂。一般以混凝土强度为8～15MPa时为宜。

（七）施工过程质量控制

为保证混凝土的级配准确，集料仓采用电子秤配料，重点对钢纤维混凝土的搅拌、钢纤维的投入以及混凝土振捣加强控制，确保钢纤维在混凝土中分散均匀，达到良好的力学性能。同时严控水灰比，加大坍落度检验频率，按规定对每一工作日浇筑的混凝土作试件与桥面混凝土同条件养护。同时，在施工时严控立模的精度及模板的加固，注意各工序的衔接，有效控制桥面的平整度、厚度等技术指标。

结语

综上，钢纤维混凝土自发展以来，已在公路路面、桥面、等工程中得到广泛应用，同时也取得了一定的经济效益和社会效益。它除了具有良好的抗弯强度外，而且还具有优异的抗冲击、抗开裂性能，但在应用上目前还受到一定的限制。这虽然有工艺上的一些原因，但价格贵亦是影响钢纤维推广使用的一个重要因素。随着生产方法的改善和技术设备的更新，钢纤维的制造价格将不断降低，我们完全有理由相信，在不远的将来，它一定会在更多的应用范围内显示出强大的优越性。

参考文献

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