钢纤维混凝土特质与应用控制

【摘要】笔者结合钢纤维混凝土的特性， 浅谈钢纤维混凝土在公路施工中的应用。

【关键词】钢纤维混凝土;特质;施工应用

钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。

1.钢纤维的品种和特性

钢纤维与基体的粘结性能是关系到钢纤维混凝土性能的最重要的因素。高强钢丝切断端钩型纤维、钢锭铣削端钩型（一面有麻面）纤维、剪切异型（端钩型、大头型、压痕型）纤维、低合金钢熔抽型（直型、大头型）纤维，因其性能优良且国内已有工程经验，故将其列入规程。剪切直型、微扭型和波纹型由于生产工艺简单成本相对较低，在剪切过程中使纤维表面不规则有利于与基体粘结，故规程中仍予以保留。注意到低碳钢板剪制的纤维，在基体开裂后其扭曲或波纹很容易拉直，其增强增韧效果与直形差别很小，故使用中可划归一类。

钢纤维强度划分三个等级：380MPa（380～599MPa），600MPa（600～999MPa），1000MPa（不小于1000MPa）。

为防止钢纤维在纤维混凝土拌合过程中被骨料碰撞折断，钢纤维本身不能太脆。要求对钢纤维做弯折检验：钢纤维应围绕直径3mm的圆棒弯折90°不折断。

2.钢纤维几何参数和掺量范围

对于钢纤维混凝土拌合物的施工性能，纤维短而粗、长径比小、掺量低有利；对于钢纤维混凝土强度和韧性，纤维细而长、长径比大、产量高有利。对于施工有特殊要求的如泵送混凝土、湿喷法喷射混凝土以及低流态混凝土（如轨枕），钢纤维不宜太长，掺量不宜太高；对于韧性要求较高或承受地震作用、动力荷载的情形，纤维宜长些，掺量宜高些。

需要特别指出的是：钢纤维的长度还应该与基体混凝土所用骨料的粒径相匹配，不应小于骨料粒径的1.5倍。骨料粒径不宜大于20mm，粒径大于20mm时应通过专门试验确定钢纤维的品种、尺寸和掺量。

表1给出的是参考范围，具体应通过设计计算和纤维混凝土试验确定。

表1 钢纤维几何参数参考范围

3.钢纤维混凝土的基本性能

3.1钢纤维混凝土的力学性能

普通钢纤维混凝土的纤维体积率在1%-2%之间，较之普通混凝土，抗拉强度提高40%-80%，抗弯强度提高60%-120%，抗剪强度提高50%-100%，抗压强度提高幅度较小，一般在0-25%之间，但抗压韧性却大幅度提高。

3.2钢纤维混凝土抗折、抗压强度大

钢纤维混凝土的抗剪强度、劈拉强度、抗弯强度等相比普通混凝土均有大幅度的提高。其中，抗弯强度抗拉强度提高了50%～80%，抗剪强度提高50%～80%，抗折强度提高15%～35%。特别适用于市政道路路面的维修。

3.3降低变形性能

与素混凝土相比韧性大大提高。在一般的纤维掺量下，弯曲冲击韧性可提高2倍～4倍，抗压韧性可提高2倍～7倍，抗弯韧性甚至可提高几倍到几十倍;板式试验落锤法击碎试验所测得的冲击韧性可提高几倍到几十倍。

3.4减薄面层厚度、加大缩缝间距

钢纤维混凝土弯曲耐疲劳、强度高、抗冲击性能好，在相同载荷条件下，比普通混凝土可以减薄铺设厚度约50%～60%。普通的缩缝间距为4m～6m左右，但是渗入2%的钢纤维时，缩缝的间距就可加大到30m左右，这样不仅可以使维修费用大大减少，而且还可以大大减轻车辆通过缩缝时的振动。

3.5延长路面使用寿命

由于钢纤维混凝土抗疲劳性能优良，抗裂能力强，变形能力大，且抗冻融性能也很好。这些优点都有利于延长处于重要地位的道路路面的使用寿命。

4.钢纤维混凝土在道桥施工中的应用

4.1路面修补

钢纤维混凝土适用于普通水泥混凝土路面出现破碎、断裂等的质量问题的修补。在钢纤维混凝土浇筑前，即在破损板及板底脱空破裂的旧混凝土板块凿除后，对部分板底基层进行补强处理。被清除后的基坑一律用素混凝土进行处理。

4.2支护工程

钢纤维混凝土由于抗拉、抗弯、抗剪强度高,能承受较大的围岩和土体的变形作用而保持良好的整体性,因此可用于隧洞支护、山体护坡等工程。

4.3处于腐蚀环境中的构件

钢纤维混凝土具有良好的耐腐蚀性能,可用于河水等腐蚀环境中的基础、输水管道等构件的防蚀层或结构层。

4.4应力复杂部位

钢纤维混凝土中的钢纤维一般呈三维乱向分布,沿每个方向都有增强和增韧作用。钢纤维对混凝土结构复杂应力区增强是非常有利的,而且容易浇筑成型,比钢筋更能适应各种复杂的结构形式。此外,钢纤维限制混凝土裂缝的作用也是钢筋不能相比的。

4.5桥梁与隧道工程

用纤维混凝土作桥面铺装层可有效地抑制和减少裂缝，增强桥面的防水性和抗破碎能力，减缓钢筋锈蚀和延长结构的寿命。

5.施工控制要点

钢纤维混凝土路面质量的优劣，在很大程度上取决于施工质量。因此，钢纤维混凝土路面施工，除了满足普通混凝土的施工要求外，重点注意以下几个方面的问题。

5.1设置钢纤维分散装置

由于钢纤维一次性直接投入搅拌机易出现结团现象，为使钢纤维充分分散，在搅拌机上安装上振动式钢纤维分散机，分散机功率为1.0kW，分散能力约为40kg/min。由于分散机安装在搅拌机上，分散时间较长，增加了搅拌时间，生产效率有所降低。

5.2搅拌投料顺序和搅拌时间

为防止钢纤维结团，采取先干后湿的工艺。投料程序按砂一钢纤维一石子一水泥的顺序投于料斗。首先在搅拌机里干拌1～2min，再加水湿拌2min左右。总搅拌时间控制在6min内。搅拌时间过长会形成纤维结团，且每次的搅拌量控制在搅拌机容量的1/3以下。

5.3采用强制式搅拌机

钢纤维混凝土搅拌机，使用双锥反转出料搅拌机，容量为250L.由于采用1.2%的钢纤维掺量，且坍落度较小，为不使搅拌机超负荷工作，适当降低搅拌机的利用率。 5.4运输

钢纤维混凝土运输采用自卸运输车。选择钢纤维混凝土的搅拌场地时尽量缩短运输距离，并注意选择合适的自卸运输车辆，以保证浇筑时的卸料高度不得超过1.5m，确保混凝土卸料过程中不发生离析现象。同时，宜注意运输时的温度，避免造成混凝土的施工和易性下降。

5.5摊铺与振捣

钢纤维混凝土在浇注时，不得有明显的浇注接头，每次倒料必须相压l5-20cm，使钢纤维混凝土保持整体连续性。钢纤维混凝土路面采用摊铺机摊铺，辅以人工整平。为确保钢纤维的二维分布，使用平板振动器振捣成型。为保证边角混凝土密实，使用插入式振动棒顺路线方向插入，振捣持续时间以混凝土停止下沉、不再冒气泡并泛出泥浆为准，同时防止过振。

5.6抹面、压纹

将外露的钢纤维压入混凝土中，同时在抹平的钢纤维混凝土表面采用滚式压纹机沿路线横断面方向压纹l-2mm。当钢纤维混凝土养生强度达到设计强度约50%时，用切割机切缝，缝深3cm，缩缝设置为5m/道，与旧缝对齐。并保持施工缝与胀缝或缩缝设计位置吻合，施工缝与路中线垂直，不设置传力杆。对胀缝、缩缝均采用l0号石油沥青填缝。

6.结语

钢纤维混凝土自发展以来，已在公路路面、桥面、机场跑道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、抗冲击、抗开裂性能外，用钢纤维混凝土修筑旧混凝土路面还能达到早期强度高，提前通车的目的。　[科]