钢纤维混凝土在公路工程中的应用

1、钢纤维混凝土在公路工程中的应用1、引言钢纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复合材料,可以实现根据使用要求设计材料的目的。随着钢纤维生产技术的不断长进和基础理论的不断完美,钢纤维混凝土在大路工程的应用将进一步拓宽。2、性能分析2.1钢纤维的类型钢纤维抗拉强度高,但与水泥沙浆的界面粘结性较差，故对钢纤维表面举行变形处理,制成表面有刻痕的、末端带钩的、波纹形的钢纤维,或者圆截面与扁平截面交替的呈逻辑性变化的钢纤维，以改善其力学性能，增强与水泥基材之间的握裹力。在工程应用中钢纤维主要有以下三种：切断钢纤维：由旋转的铣刀切削软钢锭或厚钢板制得,强度比原材料有较大提高,截面呈三角形,与水泥混凝土的粘结较好；

2、剪切钢纤维：一般是由剪切冷轧薄板制得,厚0.2mm0.5mm,宽0.25mm0.9mm,抗拉强度为450MPa800MPa,与水泥砂浆的粘结性比切断钢纤维好；熔抽钢纤维：由熔融的钢水甩制而成,纤维强度因熔钢成分与热处理条件而异,表面不规章且有一层强度很低的氧化层，但氧化层的存在降低了钢纤维与混凝土的粘结强度。2.2强度机理钢纤维在混凝土中的主要作用,在于限制外力作用下基体中裂缝的扩展。在受荷（拉、弯）初期,水泥基料与钢纤维共同承受外力,而前者是外力的主要承受者:当基料发生开后,横跨裂缝的钢纤维成为外力的主要承受者。若钢纤维体积掺量超过某一临界值,囫囵复合材料可连续承受较高的荷载,并产生较大的变

3、形,直到钢纤维被拉断或钢纤维从基料中被拨出,以至复合材料破坏。2.3基本性能钢纤维混凝土是在平凡混凝土中,匀称地乱向分布一定量的钢纤维,经硬化而得,与平凡混凝土相比,具有一系列优越的物理力学性质：（1）强度与分量比值增大；（2）较高的抗拉、抗压和抗弯的极限强度。在混凝土中掺入适量钢纤维,其极限抗压强度可以提高,单轴抗拉极强度可提高40%50%,抗弯极限强度可提高50%150%；（3）良好的抗冲击性能。钢纤维混凝土在纤维掺量为0.8%2.0%时,其冲击韧性指标可提高50倍100倍,甚至更高：（4）变形性能显然改善。钢纤维对混凝土抗压弹性模量影响不显著,但对抗拉弹性模量提高较多,钢纤维对混凝土长期

4、收缩变形的影响也较显然,钢纤维可使混凝土的收缩率降低10%30%；（5）抗裂和抗疲惫性能显著提高；（6）优越的抗剪性能；（7）良好的阻挡和抑制因温度应力引起裂缝产生与扩展的能力；（8）良好的抗冻性与耐磨性能。2.4影响因素钢纤维混凝土性能受钢纤维类型、钢纤维掺量、钢纤维长径比、砂率、粗骨料最大粒径、减水剂、掺和料等因素的影响。其中钢纤维类型、钢纤维掺量和钢纤维长径比是影响钢纤维混凝土性能的主要因素。3、钢纤维混凝土的施工技术3.1协作比设计钢纤维混凝土协作比可以按照平凡混凝土协作比的抉择原则,通过实验最后确定。首先应抉择与基材强度相适应的钢纤维品种,钢纤维极限抗拉强度应大于500MPa。圆直和

5、熔抽钢纤维适合配制中低标号混凝土,剪切钢纤维可配制高标号混凝土,钢纤维含量以0.5%2.0%为宜。为使钢纤维混凝土力学性能与施工和易性要求尽量全都,对钢纤维长径比应加以控制,同时还应考虑钢纤维的最小直径。钢纤维最小直径不应小于0.40mm,一般应控制在0.45mm0.70mm左右，钢纤维的长度不应过长,在正常搅拌机拌和时,长径比应控制在5080。钢纤维细石混凝土的砂率应高于相同标号的平凡混凝土,同时为保证钢纤维同基体结实结合,通常采用粒径较小主骨料,最大粒径为10mm20mm。为改善混合料施工和易性,削减水泥用量和降低成本,可采用减水剂或其它外掺剂。3.2拌和钢纤维混凝土的施工,按其施工方法来

6、分有浇注钢纤维混凝土、喷射钢纤维混凝土和灌浆钢纤维混凝土。钢纤维混凝土工程质量的优劣,在很大程度上取决于施工质量。因此,在钢纤维混凝土施工时,除了满意平凡混凝土的施工要求外,还应特殊重视钢纤维给施工带来的技术问题,确保钢纤维匀称分布在基体中。因为钢纤维一次性直接投入搅拌机易消失结团现象,为使钢纤维充分凝聚,宜将钢纤维通过凝聚机再进入搅拌机。凝聚机功率宜为0.75kW1.0kW,凝聚力宜为20kg/min60kg/min。钢纤维应事先与细骨料定量拌合匀称或抉择直径较粗、材质较好的纤维,并在料斗入口处设置振动筛。为防止钢纤维结团,需实行分级投料,先干后湿工艺。即按碎石钢纤维砂水泥。混合料先在搅拌机

7、内干拌1min,然后加水和外加剂湿拌2min。钢纤维混凝土搅拌机,一般最好使用强制式搅拌机和双锥反转出料搅拌机。当纤维掺量较高和坍落度较小时,为不使搅拌机超负荷工作,搅拌机的利用率相应有所降低。3.3留意事项钢纤维混凝土在浇注时,不得有显然的浇注接头。每次倒料务必相压15cm20cm,使钢纤维混凝土保持整体继续性。同时,钢纤维混凝土的浇注务必继续举行。因使用插入式振动棒插入钢纤维混凝土举行振捣,会使钢纤维朝振动着的振动棒聚拢,产生集束效应,为确保钢纤维的二维分布,宜使用平板振动器振捣成型。当采用振捣棒时,为保证边角混凝土密实,应使钢纤维纵向条状集束罗列有利于抵挡板体收缩应力、温度应力及荷载的传

8、递。振捣好的混凝土表面应抹平,将外露的钢纤维压入混凝土中,以防止露出表面的纤维锈蚀或刺人。钢纤维混凝土具有粗骨料细、砂率大、纤维乱向分布的特点,因此钢纤维混凝土路面宜采用真空吸水工艺,机械抹平以防止钢纤维外露。采用压纹机压纹工艺以避开拉毛产生纤维外露现象。拆模后对纤维外露或漏振时,应准时处理。钢纤维混凝土的收缩性小、抗裂性能好。有条件封闭交通的施工路段,采用混凝土摊铺机可做成整幅式,不设纵缝。钢纤维浇筑养生达设计强度50%后切锯缩缝。钢纤维混凝土在运送过程中,坍落度和含气量都会有损失,拌和物稠度下降。因为在运送时受到振动使钢纤维下沉,影响了钢纤维混凝土的匀称性。因此钢纤维混凝土的运送距离应尽量

9、缩短,料斗出口尺寸要大一些。有条件时也可以采用泵送。4、在大路施工中的综合应用4.1路面工程的应用因为钢纤维混凝土路面具有减薄铺装厚度、纵缝不设或少设、横向缩缝少、良好的耐磨性及冻融性等优点,延伸路面使用寿命,从而在路面工程中获得广泛应用。4.1.1新建全截面钢纤维混凝土路面全截面采用钢纤维混凝土的路面厚度为平凡混凝土路面厚度的50%60%,钢纤维掺量为0.8%1.2%。双车道路面一般不设纵逢,横缝间距20m30m,最长可取50m。4.1.2新建复合式钢纤维混凝土路面复合式路面可以做成双层式或三层式。双层式路面的构造是在全路面板厚的上层约全厚40%60%铺设钢纤维混凝土。三层式复合路面是上下两

10、层分离做成钢纤维混凝171土层,中间夹平凡混凝土层。结构上比较合理,但施工复杂。按照阅历,三层式复合路面宜在机械化铺设条件较高的地区使用。此外,还可以采用钢纤维-钢丝网混凝土复合式路面。4.1.3碾压钢纤维混凝土路面将钢纤维置于碾压混凝土中,从而使路面的强度和韧性增加,改善碾压混凝土的力学性能。4.1.4钢纤维混凝土罩面旧混凝土路面损坏采用钢纤维混凝土铺筑罩面层。钢纤维混凝土罩面分结合式、直接式、分别式三种结合。结合式罩面面层与旧混凝土互相粘结为一整体,共同发挥结构的整体强度作用。分别式罩面层与旧混凝土不粘结,而是中间设置一个隔离层,各层自立发挥作用。直接式是直接在旧水泥混凝土面层上加铺钢纤维

11、混凝土罩面层。一般用于损坏较轻微的旧水泥混凝土路面。4.1.5钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土罩面修补用钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土对损坏的路面举行修补罩面。钢纤维体积率以1%2%为宜,长径比可略高于钢纤维增加混凝土的长径比。一般限制在70100范围内。4.1.6在多年冻土地区的用于抗冻在多年冻土地区选用钢纤维混凝土路面以削减吸热,并维持冻土热平衡和提高抗冻性。4.2桥梁工程的应用4.2.1桥面铺装采用钢纤维混凝土桥面铺装层不仅可以增加桥面的抗裂性、耐久性和提高舒服性能,还可以增加桥梁抗折强度,增强桥梁本身刚度,削减铺装厚度,降低结构自重,改善桥梁受力情况。此外,采用钢纤维混凝土和橡胶沥青

12、混凝土复合的双层桥面也是一种有效措施。4.2.2梁上部承受荷载部位采用钢纤维混凝土作为主拱圈（主梁）或在应力集中区局部加强,改善结构受力性能,有效控制结构变形,减轻自重,推进桥梁结构向大跨度、轻型化方向进展。结构性能良好,造型美观,而且可削减上部材料用量,使下部墩台数量也相应削减,从而降低造价,提高经济效益。通过修建钢纤维混凝土桥梁降低梁高,满意使用上的特别要求。4.2.3梁墩台等结构局部加固对动载长期作用下造成的桥梁墩台及桥面板裂缝或表层剥落病害,采用转子型喷射机喷射5cm20cm钢纤维混凝土以满意结构的整体性和抗震性要求。一般钢纤维类型采用剪切钢纤维,掺量为1.0%，采用硫铝酸盐快硬水泥和TS型速凝剂提高早期抗裂性能,对旧混凝土表面喷砂或凿毛,增强新旧混凝土的整体性。4.2.4钢筋混凝土桩加强采用钢纤维混凝土对桩顶或桩尖局部增加,桩的穿透力有较大提高,锤击次数削减,大大提高打击速度。一般在桩顶和桩尖部位采用钢纤维混凝土,增加桩顶的抗冲击韧性,避开桩顶在打入设计深度以前消失破碎,并增强桩尖入土能力,提高打击速度，桩身部分仍用预应力或非预应力钢筋混凝土。固然也可以全断面整体浇筑钢纤维混凝土,但其经济效益会有所下降，所以应经过技术经济比较确定。4.3衬砌隧道和边坡防护的应用采用喷射钢