钢纤维混凝土路面施工技术分析

彭汉杰

摘要:本文首先分析钢纤维混凝土路面优点和钢纤维混凝土的材料性能,并详细阐述了其施工技术和质量控制措施,供广大公路工程技术人员参考。

关键词:钢纤维混凝土;路面;加铺层;施工

1 前言

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。

2 钢纤维混凝土路面优点分析

钢纤维混凝土路面具有如下优点:

强度和重量的比值增大。这是纤维混凝土具有优越经济性的重要指标,也是它具有,阔应用前景的重要保证。

抗拉强度和主要由主拉应力控制的抗剪、抗弯强度明显提高。

变形性能明显改善。钢纤维混凝土弹性阶段的变形性能与其他条件相同的素混凝土没有监菩差别,受压弹性模量和泊松比与素混凝土基本相同。韧性足衡量蠼性变形性能的重要指标,钢纤维混凝土的韧性比素混凝土大大提高。

抗裂和抗疲劳性能有较大改善。由于钢纤维对混凝土的阻裂作用,钢纤维混凝土比素混凝土具有更好的软化后性

能和抗疲劳性能。

3 钢纤维和钢纤维混凝土的性能

3.1 钢纤维基本性能

钢纤维按其制造方式分为切断钢纤维、剪切钢纤维、切削钢纤维和熔抽钢纤维四种。

钢纤维抗拉强度高,但与水泥沙浆的界面粘结性较差。对钢纤维表面进行变形处理,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规律性变化的钢纤维可以改善其力学性能。当用废钢丝绳切断而成时,必须进行除油污和除锈处理。

剪切钢纤维由剪切冷轧薄板制得,厚012mm～015mm,宽0125mm～019mm,抗拉强度为450MPa～800MPa,与水泥砂浆的粘结性比切断钢纤维好。

切削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。

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,表面不规则且有一层强度很低的氧化层。氧化层的存在降低了钢纤维与混凝土的粘结强度。钢纤维的弹性模量与抗拉强度都比较高,大约为水泥基材的5倍以上。同时钢纤维也可以制成各种变截面形状,以增加与水泥基材之间的握裹力。

3.2 钢纤维增强混凝土强度机理

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:当基料发生开裂后,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,整个复合材料可继续承受较高的荷载,并产生较大的变形,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。

3.3 钢纤维混凝土的基本性能

钢纤维混凝土是在普通混凝土中,均匀地乱向分布一定量的钢纤维,经硬化而得,与普通混凝土相比,具有一系列优越的物理力学性质:

强度与重量比值增大;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%;良好的抗冲击性能。钢纤维混凝土在纤维掺量为018%～210%时,其冲击韧性指标可提高50倍～100倍,甚至更高;变形性能明显改善。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收缩变形的影响也较明显,钢纤维可使混凝土的收缩率降低10%～30%;抗裂和抗疲劳性能显著提高;优越的抗剪性能;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;良好的抗冻性与耐磨性能。

3.4 影响钢纤维混凝土性能的主要因素

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。当钢纤维混凝土用于路面材料时,由于面层板较薄,因而受地下排水状况的影响较大。

4 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。

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。

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。

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。

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。

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。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。

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。

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l0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l0～15d。待混凝土测试强度达到规定的强度再开放交通。

结束语

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。但是,钢纤维混凝土路面的施工较普通混凝土路面复杂,如果在施工过程中控制不好,很容易出现钢钎维结团、拌合物工作性差等问题,反而降低了路面质量。因此,在钢钎维混凝土路面施工中,一定要严格控制各环节的施工质量,从而达到令人满意的效果。