铣削型钢纤维混凝土在四号路施工中的应用

摘要：现代化的交通对路面提出了更高的要求，在路面混凝土中掺入一定量的钢纤维可以明显改善其抗弯拉强度，钢纤维的均匀分布，使混凝土路面承受的的应力在结构材料的横截面及其长度方向更加均匀分散，避免了应力集中，能有效地减少裂缝或阻止路面裂缝的引伸和扩展。

关键词：铣削型钢纤维、路面混凝土、基本特性、设计、施工

Abstract: modern traffic in the pavement put forward higher request, in the pavement concrete with a certain amount of steel fiber can significantly improve the flexural strength, steel fiber evenly distributed, make the concrete pavement of bear the stress in the structure of the material and its length direction cross section is more uniform dispersion, to avoid the stress concentration, can effectively reduce cracks or prevent pavement crack extension and the expansion.

Keywords: milling steel fiber concrete, pavement, basic characteristics, design, construction

中图分类号：TS653 文献标识码：A 文章编号

前言

混凝土作为道路路面结构具有强度高、板体性好以及使用寿命长等优点。在一般情况下，混凝土的抗压强度能够承受30MPa以上的压应力，而轮胎荷载产生的压应力最大也只有1.0MPa（天津港四号路路设计荷载等级为P2—1.0MPa，荷载适用范围70~130KN），所以混凝土面板不会因轮胎荷载应力而产生压碎破坏。因此混凝土面板必须具备足够的抗弯拉强度来抵抗由于荷载及环境温度、湿度变化引起的拉应力。混凝土的抗弯拉强度为4~6MPa，远小于其抗压强度，属于高强脆性而其承受弯曲、拉伸、胀缩应力的能力较弱的材料。因此面板混凝土自身的抗弯拉强度是明显改善混凝土路面板受力特性，抑制路面裂缝扩展，延长使用年限的关键之一。经国内外许多试验证明，在混凝土面板中掺入一定量的钢纤维可以明显改善其抗弯拉强度。与传统的钢筋混凝土相比，钢纤维混凝土具有许多结构上的优点，钢纤维的均匀分布，使混凝土的应力在结构材料的横截面及其长度方向更加均匀分散，避免了应力集中，故能有效地减少裂缝或阻止裂缝的引伸和扩展，只要掺入数量较少的钢纤维就能明显地减少混凝土的开裂。而铣削型钢纤维混凝土为钢纤维混凝土各项性能较为优越也是比较普遍的一种，主要区别为这种钢纤维是从钢锭上铣削制得，因而得名。

天津港四号路拓宽改造工程位于天津港区，全长4公里，为该地区进出港口的主动脉通道。原道路为双向四车道、宽16.5m，为满足使用要求，改造后道路为双向六车道、加两侧停车带道路全宽为29m。在道路的加宽部位均采用了铣削型钢纤维混凝土，本文主要以天津港四号路拓宽改造工程为例对铣削型钢纤维混凝土基本特点及工艺做一介绍。

一、铣削型钢纤维基本特性

在《混凝土用钢纤维》（YB/T151-1999）中，钢纤维定义为：用钢材料经一定工艺制成的、能随机地分布于混凝土中的短而细的纤维。按原材料分类为：碳素结构钢C，合金结构钢A，不锈钢S；按生产工艺分类为：钢丝切断纤维W，薄板剪切纤维S，熔抽纤维Me，铣削纤维Mi；按形状及表面分类为：

标记举例：

A）碳素钢钢丝切断纤维，外形为纵向平直，两端带钩，表面光滑，长度25mm，抗拉强度大于1000MPa，其标记为：

CW03-25-1000YB/T151-1999

B）低合金钢铣削纤维，外形为纵向扭曲两端有锚尾，有一个粗糙表面，抗拉强度大于600MPa，长度为32mm，其标记为：

AMi04-32-600YB/T151-1999

铣削型钢纤维是直接在高质量钢锭上，用旋转铣刀铣切而得，其表面干燥，加工过程不接触任何剂和冷却剂，横截面呈三角形，具有两个粗糙面和一个光滑面，径向扭曲，两端有带钩的锚尾。这种纤维的特点是轴向发生扭曲，并且通过改进刀具可以使纤维表面产生粗糙面。这种钢纤维表面积扩大，提高了其与混凝土的粘结力，改善了混凝土抗开裂能力；另一个特性是其光滑表面和独特外形，在新鲜混凝土混合料中不结团、分散均匀，呈现良好和易性和工作度。

铣削钢纤维的技术要求：

1、原材料应符合相应钢或钢产品标准的要求。

2、铣削钢纤维的增强效果与等效直径（de）、长度（L）、长径比（L/de）有关，钢纤维的增强作用随长径比增大而提高。

3、钢纤维长度偏差不应超过长度公称值的±5%。

4、钢纤维的重量偏差不应超过按尺寸公称值计算重的±15%。

5钢纤维径向扭曲角度应不小于20o。

6、钢纤维的抗拉强度不应低于600N/mm2。

7、钢纤维表面不得粘混有油污和其他妨碍与水泥砂浆粘结的杂质。

8、钢纤维内含有的因加工不良造成的粘连片、铁屑及杂质的总量不应超过钢纤维重的1%。

经大量试验证明在普通混凝土基体中，钢纤维在破坏时是由基体中拔出而不是拉断，因此钢纤维的增强主要取决于钢纤维与基体的粘结性能。我们在评定钢纤维的质量时，主要考虑钢纤维品种、规格、形状，以及是否含有妨碍纤维与基体粘结的杂质。

本次四号路改造工程中使用的钢纤维设计的性能指标为：钢纤维的抗拉强度不应低于600N/mm2，钢纤维直径一般为0.4~0.7mm，长度与直径之比宜位50~70。其它要求参照铣削钢纤维的技术要求。

施工中使用的是上海哈瑞克斯金属制品有限公司生产的SF01-32型（Ami04-32-600）铣削钢纤维。其基本参数如下表：

纤维长度mm 100根质量 等效直径mm 抗拉强度MPa 长径比

32.5 18.0 0.95 808.6 34.0

二、钢纤维混凝土的作用机理

钢纤维混凝土的作用机理是基于定向的钢纤维的存在阻止裂缝的产生和抑制裂缝的扩展。钢纤维与混凝土的粘结性能对这种限制起着主导作用。

混凝土的缩胀变形与混凝土本身有无约束条件有很大关系。混凝土在不受约束条件下，如未配钢筋或纤维材料或尺寸很小的混凝土试件，此时的收缩为自由收缩。这时，结构内部质点经收缩而靠近，称为相向变形，处于受压状态，不会引起开裂；如果配置较多的钢筋或大尺寸混凝土试件，其表层的收缩受到限制，此时的收缩为限制收缩。这时，结构内部质点因收缩反向分离开来，称为背向变形，处于受拉状态，当限制收缩应力超过其抗拉强度，就会引起开裂。同理，自由膨胀是质点产生背向变形，处于受压状态，不发生开裂。

引起混凝土开裂的因素很多，因此要完全避免混凝土中裂缝的产生是不可能的，裂缝一旦形成，由于其内部应力的推动，裂缝将沿着混凝土的薄弱部位不断发展。

钢纤维在混凝土中的阻裂作用主要表现在以下两个方面：首先钢纤维能显著提高混凝土抗塑性收缩的能力。当混凝土浇筑完成后，裂缝产生的主要原因是其内部的水分不一致蒸发，造成不均匀的体积收缩所致。这时，混凝土尚未硬化不能产生足够的强度以抵抗这一收缩应力，水泥浆体收缩引起的拉应力可导致混凝土开裂，而钢纤维的存在可分散或部分抵消内应力，从而抑制微裂缝的产生和发展。其次，钢纤维可降低裂缝尖端的应力集中，防止裂缝的进一步发展。众所周知，混凝土一旦裂缝形成，其尖端就会产生应力集中，裂缝会因此而继续扩展，但当其尖端发展到与纤维相交时，钢纤维即可抵消部分或全部的应力。由于钢纤维在混凝土中呈三维状态分布，所以可有效的防止裂缝发展成贯穿裂缝。