雷金喜

(中鐵二十一局集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030)

鋼纖維混凝土是一種在普通的混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的多相復(fù)合材料。這些亂向分布的鋼纖維能夠有效的阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成，顯著地提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗沖性、抗凍性、抗磨性、抗疲勞性，并且具有良好的延性。因?yàn)殇摾w維混凝土的眾多優(yōu)越性，國(guó)內(nèi)外更深入的研究，使得它成為一種使用越來(lái)越廣泛的建筑材料。本文對(duì)從鋼纖維混凝土的性能探討了鋼纖維混凝土在路橋中的施工技術(shù)。

1 鋼纖維和鋼纖維混凝土的性能

1.1 鋼纖維及其性能

鋼纖維是一種用鋼質(zhì)材料加工而成的短纖維。鋼纖維的制成方法主要有以下4種：

a.鋼絲切斷法

鋼纖維的抗拉強(qiáng)度可達(dá)1000～2000MPa。但它的表面較光滑，使其粘結(jié)強(qiáng)度較差。通常可以使用改變鋼纖維外形，以增加其粘結(jié)強(qiáng)度，如波形法、壓棱法、彎鉤法。

b.薄鋼板剪切法

用冷軋薄鋼板剪切而成。剪切前，用特制的縱剪機(jī)將冷軋薄鋼板剪成帶鋼卷，然后將帶鋼卷用普通旋轉(zhuǎn)道具或沖切床切成矩形截面的鋼纖維。

c.銑削法

將厚板或鋼錠用旋轉(zhuǎn)的平刃銑刀進(jìn)行銑削而成。銑削法產(chǎn)生的鋼纖維與混凝土的粘結(jié)性能很好，因?yàn)殂娤鞣〞?huì)使鋼纖維產(chǎn)生很大變形導(dǎo)致鋼纖維截面形成月牙形。

d.熔鋼抽絲法（熔抽法）

熔抽法制成的鋼纖維成本低，制造工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。但是由于榮熔抽法制成剛纖維過(guò)程中是完全暴露在空氣中的，鋼水容易氧化，形成一層氧化層，降低了鋼纖維與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。

鋼纖維具有很高的抗拉強(qiáng)度。冷拔鋼絲切斷法制成的鋼纖維抗拉強(qiáng)度可高達(dá)600～1000MPa，而其它方法的鋼纖維抗拉強(qiáng)度一般在380～800MPa。鋼纖維的彈性模量為200GP，極限伸長(zhǎng)率為0.5%～3.5%。鋼纖維混凝破壞的主要原因是因?yàn)殇摾w維的拔出，所以為了增加混凝土和鋼纖維的咬合力，可以將鋼纖維的表面形狀進(jìn)行改變。

1.2 鋼纖維混凝土的基本性能

鋼纖維混凝土是一種性能優(yōu)良且應(yīng)用廣泛的新型復(fù)合材料，由于鋼纖維阻滯基體混凝土裂縫的發(fā)生和開(kāi)展，其抗彎、抗拉和抗剪強(qiáng)度等級(jí)都比普通混凝土有顯著提高，同時(shí)鋼纖維混凝土的抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性也比普通混凝土較高。當(dāng)纖維量摻量在1%～2%時(shí)，抗彎強(qiáng)度提高40%～50%，抗拉強(qiáng)度也提高了25%～50%，當(dāng)使用直接雙面剪試驗(yàn)時(shí)，所得到的試驗(yàn)結(jié)果為抗剪強(qiáng)度提高了50%～100%。而抗壓強(qiáng)度提高較小。、

復(fù)合理論和纖維間距理論是鋼纖維混凝土增強(qiáng)機(jī)理的兩種理論。根據(jù)這兩種理論鋼纖維混凝土的強(qiáng)度f(wàn)f為：

式中：fm為基體強(qiáng)度；lf/df為纖維的長(zhǎng)徑比；ρf為纖維的體積率；τ為纖維與基體間的粘結(jié)強(qiáng)度；η為以及纖維在基體中的分布和取向的影響。

鋼纖維混凝土的變形性能力也有明顯提高，在彈性階段鋼纖維混凝土的變形能力與普通混凝土沒(méi)有顯著差別。韌性是衡量塑性變形性能的重要指標(biāo)，在塑性變形階段不論抗彎還是抗壓和沖擊韌性都隨著纖維增強(qiáng)效果而提高。鋼纖維混凝土隨著纖維摻量的增加而收縮值有所降低，其抗壓和抗彎疲勞性能比混凝土卻有很大提高。

2 路橋施工中鋼纖維混凝的應(yīng)用

2.1 鋼纖維混凝土在路面工程中的應(yīng)用

在路面中的應(yīng)用主要包括：（1）罩面路面中鋼纖維混凝土的應(yīng)用。（2）鋼纖維混凝土在路面建設(shè)施工中的應(yīng)用。由于鋼纖維混凝土在動(dòng)荷載下具有良好的抗沖擊、抗拉、抗彎、耐磨性能，鋼纖維混凝土可以有效的抑制因溫度引起裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展，并且具有良好的抗凍性能。而這些優(yōu)點(diǎn)性質(zhì)與路面的要求比較符合，不僅可以有效減小鋼纖維混凝土路面的厚度，延長(zhǎng)路橋面使用壽命，改變路面性能，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。當(dāng)舊的混凝土路面損壞時(shí)，可以采用鋼纖維混凝土結(jié)合式罩面修補(bǔ)路面，使舊的混凝土與罩面層相互粘結(jié)在一起，成為一個(gè)整體，共同發(fā)揮結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度作用。

2.2 鋼纖維混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用

鋼纖維混凝土在橋梁中應(yīng)用不僅可以達(dá)到利用鋼纖維混凝土鋪設(shè)的路面的工程效果，并且鋼纖維混凝土可以增加橋梁剛度和橋梁抗折強(qiáng)度，增強(qiáng)橋梁面的耐久性、抗裂性和提高舒適性。橋梁結(jié)構(gòu)自重也得到降低，使橋梁的受力情況也得到相應(yīng)改善。同時(shí)也可采用轉(zhuǎn)子Ⅱ型噴射機(jī)噴射5～20cm鋼纖維混凝土以滿足橋梁局部結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性的加固要求。

3 鋼纖維混凝土施工技術(shù)

3.1 施工中的問(wèn)題

在鋼纖維混凝土施工中，由于鋼纖維的存在，不僅僅是混凝土的配合比和鋼纖維的性能決定了鋼纖維混凝土的路橋面的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，鋼纖維在混凝土中的分布是否均勻也同樣影響著工程質(zhì)量。

鋼纖維混凝土路面在施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意使鋼纖維混凝土在混凝土中的分布均勻，禁止結(jié)團(tuán)現(xiàn)象的產(chǎn)生；應(yīng)避免鋼纖維混凝土表面出現(xiàn)纖維露出現(xiàn)象；要嚴(yán)格控制路面厚度。

鋼纖維混凝土施工的技術(shù)難題是因?yàn)殇摾w維的存在導(dǎo)致的，而施工機(jī)械的選擇及使用對(duì)鋼纖維混凝土路橋工程質(zhì)量產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。施工成為了鋼纖維混凝土質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要影響因素。

3.2 材料的基本要求

鋼纖維混凝土的特性與基本混凝土相關(guān)。同時(shí)鋼纖維品種、長(zhǎng)徑比、方向性及摻率同樣影響鋼纖維混凝土的特性?？估瓘?qiáng)度不可低于550MPa。纖維直徑為0.4mm～0.7mm，長(zhǎng)度為鋼纖維直徑的50～70倍。

粗集粒最大粒徑對(duì)鋼纖維混凝土中纖維的咬合力有很大影響，粒徑過(guò)大對(duì)抗拉彎強(qiáng)度有較顯著影響，規(guī)定最大粒徑應(yīng)低于纖維長(zhǎng)度的1/2，但不應(yīng)大于20mm。其它材料要求與普通混凝土相同。

3.3 設(shè)置鋼纖維分散裝置

將鋼纖維與混凝土放入攪拌機(jī)攪拌時(shí)，必須要先通過(guò)功率為和1分散率為0.75～1.0KW，20～60Kg/min的分散機(jī)分散然后再加入攪拌機(jī)。以避免結(jié)團(tuán)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.4 投料順序和攪拌

攪拌機(jī)可采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)和自由落體式攪拌機(jī)，攪拌時(shí)應(yīng)該采用先干后濕分級(jí)投料工藝。即按照先投砂，然后鋼纖維，最后碎石的順序進(jìn)行投方材料，并且需要采取先與混凝土在攪拌機(jī)先干攪1min，再進(jìn)行加水和添加劑的2min濕攪。并且為防止因攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起的纖維團(tuán)結(jié)，總的攪拌時(shí)間應(yīng)盡量控制在6min內(nèi)，并且攪拌量在攪拌機(jī)容量的1/3為宜。

3.5 攤鋪和振搗

鋼纖維混凝土澆注時(shí)澆注接頭不應(yīng)過(guò)于明顯。鋼纖維混凝土必須連續(xù)澆注，并且每次倒料時(shí)應(yīng)相壓15～20min，以保證澆注的連續(xù)性。澆注一段后就應(yīng)該及時(shí)的采用平板振動(dòng)器振搗密實(shí)，切忌采用插入式振動(dòng)器，平板振動(dòng)器可以使鋼纖維成二維分布，而插入式振動(dòng)器促使鋼纖維的分布方向朝向振動(dòng)棒。振搗好后，可將露出的鋼纖維壓回混凝土，以確表面保平整。

3.6 表面拉毛、成型

砂率大、粗骨料細(xì)、纖維亂向分布是鋼纖維混凝土所具有的特點(diǎn)，所以當(dāng)鋼纖維混凝土路橋面鋪設(shè)完畢后，應(yīng)對(duì)路橋面進(jìn)行拉毛、收槳毛處理和機(jī)械拉平，防止鋼纖維外露，以保證路橋面平整密實(shí)。同時(shí)采用滾式壓紋機(jī)壓紋1～2mm，方向?yàn)檠芈肪€橫斷方向。

3.7 接縫設(shè)置

鋼纖維混凝土具有良好的收縮性、抗裂性。一般可不設(shè)置伸縮縫。當(dāng)鋼纖維混凝土的養(yǎng)生強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%時(shí)，采用切割機(jī)割縫設(shè)置伸縮縫。應(yīng)該保證伸縮縫與施工縫位置吻合。

3.8 養(yǎng)護(hù)

早期鋼纖維混凝土的強(qiáng)度較高，所以應(yīng)該加強(qiáng)濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)。可采用自來(lái)水養(yǎng)護(hù)，并使用塑料薄膜覆蓋濕養(yǎng)以防止水分蒸發(fā)過(guò)快，確保鋼纖維混凝土與瀝青結(jié)合面清潔。待養(yǎng)生時(shí)間7～12d后，當(dāng)混凝土測(cè)試達(dá)到規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度后，方可進(jìn)行交通開(kāi)放。

結(jié)語(yǔ)

由于鋼纖維混凝土具有的種種優(yōu)異性，所以被廣泛用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，取得了重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。鋼纖維混凝土技術(shù)不僅提高了混凝土的強(qiáng)度，也降低了路橋的成本。但是，鋼纖維混凝土施工較為復(fù)雜，如施工中操作不當(dāng)，混凝土中鋼纖維很容易導(dǎo)致結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，反而會(huì)降低了路面的質(zhì)量。所以，鋼纖維混凝土路橋在施工中，要嚴(yán)格施工規(guī)范進(jìn)行操作，確保鋼纖維混凝土的性能得到最好的發(fā)揮。

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