分析钢纤维混凝土在路桥施工的应用

王波

摘要：钢纤维混凝土因其性能优越、施工简便、价格相对低廉等优点而在道路路面、桥梁结构、房屋建筑等工程领域广泛应用。本文对钢纤维混凝土在路桥工程中的一些应用进行了全面介绍，也对钢纤维混凝土在路桥工程设计和施工中的有关事项作了较为详细地论述。

关键词：路桥工程；纤维混凝土

中图分类号： TV431+.3 文献标识码：A 文章编号：

Abstract: the steel fiber concrete because its superior performance, the construction is simple, relatively inexpensive advantages in road, road and bridge structure, building and other engineering field widely used. In this paper, the steel fiber reinforced concrete bridge engineering in some of the application for a comprehensive introduction, also of steel fibre reinforced concrete bridge engineering design and construction in the relevant matters in detail.

Keywords: road &bridge engineering; Fiber reinforced concrete

1纤维和钢纤维混凝土的性能

1．1 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4种切断钢纤维抗拉强度高，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0．2～0．5mm，宽0．25～0．9mm，拉强度为450~800MPa，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。

1．2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：

(1)强度与重量比值增大：

(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％；

⑶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50～100倍，甚至更高；

(4)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％。

(5)抗裂和抗疲劳性能显著提高；

(6)优越的抗剪性能：

(7)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；

(8)良好的抗冻性与耐磨性能。

1．3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。

1．3.1钢纤维类型

钢纤维类型对钢纤维混凝土强度的影响如表1，从表l可以看出：剪切钢纤维的增强效果最好，标准养护28d可使抗弯强度提高44％，剪切强度提高60％，劈拉強度提高3l％，抗压强度也有提高；熔抽钢纤维增强效果较差；平直圆纤维与基材结力小，增强效果不能充分发挥。

表1钢纤维类型对混凝土强度的影响

注：分子为力学强度。分母为与混凝土的强度比

1．3.2钢纤维长径比

钢纤维长径比对钢纤维混凝土强度的影响如表2，从表2可以看出：

当钢纤维掺量相同时，力学强度随钢纤维长径比增大而增大，长径比增大到63，其力学性能明显增加。

表2 长径比对钢纤维混凝土性能的影响

1．3．3 钢纤维掺量

钢纤维掺量的大小直接影响钢纤维混凝土的力学强度，随着钢纤维掺量的增加，拌和物的坍落度显著减小，当纤维掺量低于0．5％时，增强效果不明显，当钢纤维直径为0．8mm、长度为30mm，钢纤维掺量为3％时，施工和易性仍很好。

2 钢纤维混凝土在路桥工程中的应用

2．1钢纤维混凝土在道路工程中的应用

由于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，延长路面使用寿命，从而在路面工程中获得广泛应用。

2．1．1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普通混凝土路面厚度的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20～30m，最长可取50m。

2．1．2 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强，改善碾压混凝土的力学性能。

2．2 钢纤维混凝土在桥梁工程中的应用

2．2．1 桥面铺装

采用钢纤维混凝土桥面铺装层不仅可以增强桥面的抗裂性、耐久性和提高舒适性能，还可以增强桥梁抗折强度，增加桥梁本身刚度，减少铺装厚度，降低结构白重，改善桥梁受力状况。此外，采用钢纤维混凝土和橡胶沥青混凝土复合的双层桥面也是一种有效措施。

2．2．2 桥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，推动桥梁结构向大跨度、轻型化方向发展。结构性能良好，造型美观，而且可减少上部材料用量，使下部墩台数量也相应减少，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，满足使用上的特殊要求。

2．2．3桥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Ⅱ型喷射机喷射5～20cm钢纤维混凝土以满足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，增加新旧混凝土的整体性。

2．2．4 钢筋混凝土桩加强

采用钢纤维混凝土对桩项或桩尖局部增强，桩的穿透力有较大提

高，锤击次数减少，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，增强桩顶的抗冲击韧性，避免桩顶在打入设计深度以前出现破裂，并增加桩尖入土能力，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，当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决定。

3 钢纤维混凝土施工

钢纤维混凝土的施工，按其施工方法来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，钢纤维混凝土道桥工程质量的优劣，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，确保钢纤维均匀分布在基体中。

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，宜将钢纤维通过分散机再进入搅拌机，分散机功率宜为0．75～1．0kW，分散力宜为20～60kg／min，钢纤维应事先与细骨料定量拌合均匀或选择直径较粗、材质较好的纤维，并在料斗入口处设置振动筛。

3．2搅拌投料顺序和搅拌时间

为防止钢纤维结团，需采取分级投料，先干后湿工艺，即按砂→纤维→碎石→水泥，混和料先在搅拌机内干拌1min，然后加水和外加剂湿拌2min。

3. 3采用强制式搅拌机

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。

3．4 浇注和振捣

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续性。同时，钢纤维混凝土的浇注必须连续进行，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，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排列有利于抵抗板体收缩应力、温度应力及荷载的传递，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入。

3．5 成型

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免拉毛产生纤维外露现象，拆模后对纤维外露或漏振时，应及时处理。

4 结束语

鋼纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复合材料。钢纤维混凝土自发展以来，因其具有较高的抗弯、抗拉、抗压强度，优越的抗冲击性能、抗剪性能、抗裂性能和抗疲劳性能，能使道路路面、桥梁结构等处于良好的工作状态，以及操作简单、价格低廉、经济效益良好，因而，在道路路面、桥面等建设工程中被广泛地应用。

参考文献：

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