浅谈高速公路钢纤维混凝土路面的应用

梁 城 朱金鹏

（长安大学公路学院，陕西 西安 710064）

随着公路建设的快速发展，高速公路和城市道路上的超载现象越来越严重，普通混凝土路面在重载的作用下发生断板、错台、拱起挤碎等病害也越来越严重。因此寻找一种具有高强度，低脆性的混凝土材料就越来越急迫。

钢纤维混凝土是一种性能优良的新型复合材料。已在多地铺筑了高速公路试验路，特别适用于重载路面和桥隧、机场跑道工程的修建。钢纤维混凝土与普通混凝土相比具有一下优点：①抗弯拉强度更高，更能适应重载条件下路面的弯拉破坏；②在同等强度的条件下面层的厚度可以减少一半，降低了工程造价；③缩缝间距可以加大，缩短了施工工期，延长了路面的使用寿命。因此，钢纤维混凝土具有广阔的推广前景，特别适用于重载地区的路面工程。

1 钢纤维混凝土路面结构设计

将一定数量的钢纤维均匀的混合于混凝土中而形成的一种具有较高的抗压强度和抗弯拉强度的一种复合型材料成为钢纤维混凝土。由于钢纤维的存在，增大了混凝土面板的抗弯拉能力，使得钢纤维混凝土裂缝的形成和发展缓慢。不仅如此，钢纤维混凝土路面表面粗糙耐磨，抗冲击强度高，路面的安全系数更高，适合用于重载及潮湿地区的混凝土路面。

1.1 结构组合设计

目前，普通水泥混凝土修建高速公路路面技术已十分完善，高速公路建设中普通混凝土板的厚度以达到32cm，但在改善路面使用性能和延长路面使用寿命方面的作用较小。相关资料显示，钢纤维混凝土中由于钢纤维的存在，提高了混凝土的强度和刚度，因此在修筑时可以减薄路面层的铺筑厚度，降低横缝之间的间距，工程造价大幅降低。

1.2 组成材料设计

1.2.1 影响钢纤维混凝土强度的主要因素

影响钢纤维混凝土强度的因素较多，首先水泥强度会影响到水泥与钢纤维之间的裹覆能力，从而影响到混凝土的强度。其次，钢纤维的用量、类型以及长度和直径之比（长径比）也是影响混凝土强度的主要因素。钢纤维过长时不利于混凝土的拌和，过短起不到改善混凝土弯拉强度的作用。此外一些其他因素如骨料最大粒径、含砂率、是否添加外加剂等也对混凝土的强度产生较大影响。

1.2.2 原材料的选择

水泥：为了保证混凝土的强度，钢纤维混凝土中一般选用C42.5和C52.5的普通水泥。

粗集料：粗集料的最大公称粒径不得超过纤维长度的三分之二，以在20mm以内为宜，粒径宜采用5～16mm，质地坚硬、含泥量不超过1%。

细集料：采用中砂或粗砂，松装密度≥1.37g/cm3，平均粒径为 0.35～0.45mm，含泥量不超过 2%，杂质含量符合规范要求。

钢纤维：采用剪切型钢纤维、熔抽型钢纤维。研究表明，钢纤维长度宜在15mm到60mm之间，纤维截面直径宜处于0.4到1.0mm之间。抗弯拉强度不得小于350MPa，长径比应处于50～90之间。长径比是影响钢纤维添加效果的主要因素，一般而言，长径比越大，钢纤维的弯拉强度越高，但是长径比过长会带来拌和困难，影响拌和和易性，增强效果较差。因此应选择合适的钢纤维与长径比。

1.2.3 配合比设计

钢纤维混凝土配合比设计的目标是在保证钢纤维混凝土抗弯拉强度的条件下，减薄路面面板的厚度，以满足设计强度等级和施工和易性的要求。钢纤维混凝土配合比设计有以下主要参数：用水量、水灰比和砂率。钢纤维混凝土中的水泥用量一般较普通混凝土大，为380～480kg/m3。在路面浇注过程中钢纤维的掺量一般占混凝土体积的1%～2.5%，但不得超过3%当掺量超过3%时会使施工和易性变差，质量难以保证。

钢纤维混凝土的配合比设计必须按照抗压强度和抗弯拉强度的控制标准及施工和易性的要求，经过实验室进行配合比的验证之后才能确定最终配合比的方案，使用到工程实际中。

2 钢纤维混凝土的应用

将一定长径比的钢纤维和混凝土均匀的拌和在一起，经摊铺碾压后形成钢纤维混凝土，由于钢纤维均匀的分散于混凝土中，使得混凝土内部的约束力增强，从而使混凝土的抗弯拉强度增大，使用过程中裂缝的产生与发展变缓，提高了混凝土的整体抗裂性。同时由于钢纤维与混凝土接触面上的强大的粘结作用，使得混凝土在车辆荷载的作用下，层底容许弯拉应力明显增强，并且路面的抗冲击性和抗磨耗性及韧性也大大增加。因此，钢纤维混凝土是新建路面与旧路改造工程中的优良材料。

2.1 修补路面

当普通混凝土路面产生局部损坏时，必须采取措施对路面进行翻修与补强，否则路面将发展更加严重的结构性损坏。对于损坏的混凝土路面，翻修不仅投资大，施工周期长，而且严重影响道路的通行能力。普通混凝土修复路面最大的缺陷在于抗裂性差，脆性大，路面板容易发生弯拉破坏，产生断板等病害，所以要求修补材料具有足够的抗弯拉强度。在各种不利条件的综合作用下，路面可能产生坑槽、剥落、拱起、错台、裂缝等病害。而钢纤维混凝土路面在车辆动载的作用下具有良好的抗冻耐磨以及抗弯拉性能，又能够阻止和抑制温度裂缝和荷载裂缝的产生，裂缝的扩展势头减弱。另外，由于减少了对旧路的开挖回填，因此降低了工程造价。

2.2 新建路面

应用钢纤维混凝土作为新建路面，由于将路面厚度减小了一半，因此节约了工程造价。钢纤维的应用使得路面的抗弯拉能力更强，从而延长路面寿命，降低工程造价，提高了公路工程投资回报率。

3 钢纤维混凝土路面的应用前景

目前钢纤维混凝土的应用已经十分广泛，重载和潮湿地区的高速公路修筑，以及机场跑道的修筑很多都已使用钢纤维混凝土，社会经济效益明显，但仍然有待于进一步的推广。与普通混凝土路面相比，钢纤维混凝土路面具有以下优点：改善了普通混凝土路面的使用性能，在相同性能的前提下减小了路面板了的厚度，节省了原材料，延长了缩缝间距，可以不设胀缝，节约了人工和时间。总之，钢纤维混凝土的应用延长了路面的使用寿命，减少了路面的修建和维护费用。综上所述，钢纤维混凝土的社会经济效益明显，推广前景十分广阔。

[1]中国工程建设标准化协会标准.钢纤维混凝土结构设计与施工规程.北京：中国建筑工业出版社，1992.