钢丝纤维混凝土路面的应用研究

摘要：在矿区井田开采时，需用较多的钢丝绳，常用钢丝绳直径为20～30mm，绳长不等。在正常使用与安全条件下，钢丝绳使用4～5月就得更换。采用废旧钢丝绳剪切小段掺入混凝土中，铺成路面或作桥面铺装层，这种钢丝纤维混凝土比普通混凝土的路用性能有一定的改善和提高。

关键词：钢丝纤维；混凝土路面；性能及强度；配合比

Abstract: In the mine field mining, need to use more wire rope, commonly used wire rope for 20 to 30 mm in diameter, rope long range. In normal use and safety condition, use wire rope in April and may have to change. The wire rope shear small sections mixed with waste in the concrete, paved road and bridge deck pavement, this kind of steel fiber reinforced concrete than ordinary concrete road with properties have improved.

Keywords: Steel fiber; Concrete pavement; Performance and strength; Mix

中图分类号： U416.216文献标识码：A文章编号：

引言

钢纤维混凝土是一种纤维型材料与颗粒型材料混杂的复合材料。由于钢纤维的掺入，使脆性的基体成为具有良好韧性的钢纤维增强水泥基复合材料。钢纤维混凝土路面在动荷载下，具有良好的抗冲击、抗弯、抗拉、耐磨性能，疲劳寿命长，并具有良好的阻止和抑制因温度应力引起裂缝产生与扩展的能力。此外，钢纤维混凝土的抗冻性能良好。这些性质与路面的要求基本一致，并且可以实现按照使用要求设计材料的目的。因而在路面新建、加铺层、路面修补等工程具有广泛的应用前景。但是由于钢纤维的存在，钢纤维混凝土路面质量的优劣不仅取决于混凝土的配合比和钢钎维的性能，同时往往取决于施工质量。钢纤维的存在给混凝土路面施工带来了技术难题，而施工机械的选择及使用对钢纤维混凝土路面的质量产生较为重要的影响。

1.钢纤维混凝土的性能

已有的研究表明钢纤维混凝土是一种新型路面材料，由于钢纤维的掺入，提高了混凝土的抗拉强度和抗弯强度，也提高了抗冲击性、抗耐磨性和抗疲劳性。图1和2显示了在实验室通过掺入不同量的钢纤维(掺入量为30～45kg/m3)，混凝土的抗压强度可提高5.8%～12.6%，有的提高约20%；抗弯强度可提高2.4%～20%，可减小厚度10%左右。

试验表明钢纤维混凝土的收缩值较普通混凝土小，其收缩值随钢纤维掺量的增加而减小(图3)，所以混凝土面板的横向伸缩缝间距可加大。我国试验研究表明，伸缩缝间距在30m以下未发现有裂缝产生，一般可为15～20m。因此，钢纤维混凝土路面不仅减少了因行车荷载作用导致的损坏， 还减少了路面结构中薄弱点处的伸缩缝数量，而且在伸缩缝处因集料的啮合与钢纤维的作用，提高了接缝传荷能力。同时，钢纤维混凝土减少了收缩裂缝，比普通混凝土具有更好的抗渗性。

图1 钢纤维掺量与抗压强度

图2 钢纤维掺量与抗弯拉强度

图3 钢纤维掺量与收缩值

通过试验还可发现钢纤维混凝土不像普通混凝土那样开裂后不久就破坏，它仍有一定的剩余承载力，具有韧性，能吸收部分冲击力，有较好的抗冲击性能(图4)。该图还表明:混凝土表面受冲击开裂时的受冲击次数随钢纤维掺量的增加而增加，平均抗冲击性能提高2～3倍(试验采用8kg钢球从25cm高自由下落到直径15cm，厚5cm的混凝土试件表面，记录开裂时受冲击的次数)。

2.钢纤维混凝土路面

矿山的各种钢丝绳由绳纤维芯m股×n根组图5常用钢丝绳成(图5)，每根钢丝直径0.4～3.3 mm。把旧钢丝绳剪切成长3～6cm，正常操作下可保证钢纤维分散均匀。钢纤维用量按拌和混凝土体积的1%～1.2%掺入混凝土中，骨料为1～2.0cm级配碎石、中粗砂、525普通硅酸盐水泥，混凝土配合比为：水灰比(w/c)0.47，砂率0.46，水泥砂石比1∶2.4∶2.83。混凝土用量为：水泥358kg， 水168kg，中粗砂862kg，碎石1012kg，钢丝纤维70kg。其施工程序同普通水泥混凝土路面。混凝土混合料采用拌和机拌制，或人工拌料，顺序为碎石、砂、水泥，搅拌过程中均匀加入钢丝和水，每盘拌和时间不短于1.5min，混凝土坍落度为3～4cm。用翻斗车将混凝土运至工点，摊铺、振捣并整面抹光，湿养护20d后通车。经测试，28d不掺钢丝的普通混凝土抗弯拉强度为5.08MPa，钢丝纤维混凝土为5.64MPa，提高约11%。

3.钢纤维混凝土施工

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，还应特别重视钢纤维给施工带来的技术问题。施工时除了将原有的混凝土补强填平外，重点注意以下几个方面的问题。

3.1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。

3.2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――钢纤维――石子――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。

3.3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。

3.4运输

钢纤维混凝土运输采用自卸运输车。由于钢纤维混凝土在运输过程中受到振动，使钢纤维下沉，坍落度和含气量都会有损失，影响钢纤维混凝土的均匀性。因此，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。

3.5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15-20cm，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。因使用插入式振动棒插入钢纤维混凝土进行振捣，会使钢纤维朝振动着的振动棒聚集，产生集束效应，所以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，将振捣棒顺路线方向插入，使钢纤维成纵向条状集束，从而使钢纤维的排列有利于抵抗板体收缩应力、温度应力，有利于荷载的传递。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。

3.6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1-2mm。切缝与养护。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10号石油沥青填缝。混凝土路面采用洒水养生，终凝后用麻袋覆盖，每天洒水养护，保持混凝土呈潮湿状态。养生时间在10～15d。待混凝土测试强度达到规定的强度再开放交通。

4.钢纤维混凝土在路面施工过程中优化保障

4.1路面铺装层浇筑

在钢纤维混凝土浇筑之前，要对路面上的杂物进行有效清理，之后才能进行混凝土的浇筑。如进行路面的维修施工，要在浇筑前对下层路面进行破损性开发，将旧混凝土板块凿除之后进行浇筑，这样能够有效的提高水泥混凝土面层下基层和垫层的刚度。在此过程中，要对凿除深度进行精密的计算，最大程度的满足设计要求。

4.2钢纤维混凝土的搅拌

对钢纤维混凝土进行搅拌，必须采用滚筒式搅拌机。要使钢纤维在混凝土中得到均匀分散，采用二次投料三次搅拌的方式进行――先将石子和钢纤维干拌，再加入砂子、水泥再干拌，最后进行注水湿拌，一般的总搅拌时间应当控制在6分钟以内，如果搅拌的间过长会形成比较大的湿纤维团，影响钢纤维混凝土的质量。

4.3钢纤维混凝土的运输及浇筑

混凝土的运输应采用自卸运输车，在运至施工地点后进行浇筑时，其卸料高度一般不能超过1.5米，以便防止混凝土的离析。钢纤维混凝土要采用人工摊铺的方法，用人工将混凝土摊铺整平，摊铺之后使用平板振动器进行均匀振捣，振捣时间不宜过长，然后在次进行人工平整，使钢纤维完全埋伏在混凝土当中。

4.4钢纤维混凝土的施工质量控制

钢纤维混凝土的质量除了对原材料、配合比以及施工过程的主要环节进行控制之外，还要十分重视对钢纤维混凝土的搅拌、钢纤维的投入以及混凝土振捣进行有效控制，同时还要按照相关规定对所浇筑混凝土的抗折、断块抗压强度进行严格检验，从而使浇筑效果及主要的技术指标达到设计要求。

5.钢丝纤维混凝土路面的经济性

采用矿山废旧钢丝绳剪切而成的纤维成本很低，仅有剪切加工费用。根据公路工程预算定额分析，将25cm厚的普通混凝土路面与21cm厚的钢丝纤维混凝土路面相比，后者每100m2工程造价可降低约950元，降低10%左右。钢丝纤维混凝土路面的缩缝数量较普通混凝土路面少，既方便施工及行车，又减少缩缝的养护费用。钢丝纤维混凝土路面的早期强度较高，有利于提前开放运营，而且路用性能良好，能取得一定的经济效益，还做到了废物利用。

总结

钢纤维混凝土由于其自身所具有的优异性能，目前已得到广泛应用。由于钢纤维混凝土路面缩缝的间距为10m左右，比普通水泥混凝土路面的大，引起错台颠簸的横向缩缝大幅减少，从而明显减少了错台。因此，钢纤维混凝土路面的行车舒适性明显比普通水泥混凝土路面的高。

参考文献

[1]胡晓勇,崔峰钢.纤维混凝土施工技术及质量控制[J].甘肃科技.2010年14期

[2]冯平喜.钢纤维增强路面混凝土的应用和发展[J].山西建筑.2003年29期

[3]潘庆祥,蔡陈之.钢纤维混凝土综述[J].科技资讯.2010年12期

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。