粗议路桥中钢纤维混凝土的施工技术

雷金喜

(中铁二十一局集团有限公司，甘肃 兰州 730030)

钢纤维混凝土是一种在普通的混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效的阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地提高了混凝土的抗拉强度、抗弯强度、抗冲性、抗冻性、抗磨性、抗疲劳性，并且具有良好的延性。因为钢纤维混凝土的众多优越性，国内外更深入的研究，使得它成为一种使用越来越广泛的建筑材料。本文对从钢纤维混凝土的性能探讨了钢纤维混凝土在路桥中的施工技术。

1 钢纤维和钢纤维混凝土的性能

1.1 钢纤维及其性能

钢纤维是一种用钢质材料加工而成的短纤维。钢纤维的制成方法主要有以下4种：

a.钢丝切断法

钢纤维的抗拉强度可达1000～2000MPa。但它的表面较光滑，使其粘结强度较差。通常可以使用改变钢纤维外形，以增加其粘结强度，如波形法、压棱法、弯钩法。

b.薄钢板剪切法

用冷轧薄钢板剪切而成。剪切前，用特制的纵剪机将冷轧薄钢板剪成带钢卷，然后将带钢卷用普通旋转道具或冲切床切成矩形截面的钢纤维。

c.铣削法

将厚板或钢锭用旋转的平刃铣刀进行铣削而成。铣削法产生的钢纤维与混凝土的粘结性能很好，因为铣削法会使钢纤维产生很大变形导致钢纤维截面形成月牙形。

d.熔钢抽丝法（熔抽法）

熔抽法制成的钢纤维成本低，制造工艺简单，生产效率高。但是由于荣熔抽法制成刚纤维过程中是完全暴露在空气中的，钢水容易氧化，形成一层氧化层，降低了钢纤维与混凝土的粘结强度。

钢纤维具有很高的抗拉强度。冷拔钢丝切断法制成的钢纤维抗拉强度可高达600～1000MPa，而其它方法的钢纤维抗拉强度一般在380～800MPa。钢纤维的弹性模量为200GP，极限伸长率为0.5%～3.5%。钢纤维混凝破坏的主要原因是因为钢纤维的拔出，所以为了增加混凝土和钢纤维的咬合力，可以将钢纤维的表面形状进行改变。

1.2 钢纤维混凝土的基本性能

钢纤维混凝土是一种性能优良且应用广泛的新型复合材料，由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的发生和开展，其抗弯、抗拉和抗剪强度等级都比普通混凝土有显著提高，同时钢纤维混凝土的抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性也比普通混凝土较高。当纤维量掺量在1%～2%时，抗弯强度提高40%～50%，抗拉强度也提高了25%～50%，当使用直接双面剪试验时，所得到的试验结果为抗剪强度提高了50%～100%。而抗压强度提高较小。、

复合理论和纤维间距理论是钢纤维混凝土增强机理的两种理论。根据这两种理论钢纤维混凝土的强度ff为：

式中：fm为基体强度；lf/df为纤维的长径比；ρf为纤维的体积率；τ为纤维与基体间的粘结强度；η为以及纤维在基体中的分布和取向的影响。

钢纤维混凝土的变形性能力也有明显提高，在弹性阶段钢纤维混凝土的变形能力与普通混凝土没有显著差别。韧性是衡量塑性变形性能的重要指标，在塑性变形阶段不论抗弯还是抗压和冲击韧性都随着纤维增强效果而提高。钢纤维混凝土随着纤维掺量的增加而收缩值有所降低，其抗压和抗弯疲劳性能比混凝土却有很大提高。

2 路桥施工中钢纤维混凝的应用

2.1 钢纤维混凝土在路面工程中的应用

在路面中的应用主要包括：（1）罩面路面中钢纤维混凝土的应用。（2）钢纤维混凝土在路面建设施工中的应用。由于钢纤维混凝土在动荷载下具有良好的抗冲击、抗拉、抗弯、耐磨性能，钢纤维混凝土可以有效的抑制因温度引起裂缝的产生与扩展，并且具有良好的抗冻性能。而这些优点性质与路面的要求比较符合，不仅可以有效减小钢纤维混凝土路面的厚度，延长路桥面使用寿命，改变路面性能，同时可以实现设计要求。当旧的混凝土路面损坏时，可以采用钢纤维混凝土结合式罩面修补路面，使旧的混凝土与罩面层相互粘结在一起，成为一个整体，共同发挥结构整体强度作用。

2.2 钢纤维混凝土在桥梁工程中的应用

钢纤维混凝土在桥梁中应用不仅可以达到利用钢纤维混凝土铺设的路面的工程效果，并且钢纤维混凝土可以增加桥梁刚度和桥梁抗折强度，增强桥梁面的耐久性、抗裂性和提高舒适性。桥梁结构自重也得到降低，使桥梁的受力情况也得到相应改善。同时也可采用转子Ⅱ型喷射机喷射5～20cm钢纤维混凝土以满足桥梁局部结构的整体性和抗震性的加固要求。

3 钢纤维混凝土施工技术

3.1 施工中的问题

在钢纤维混凝土施工中，由于钢纤维的存在，不仅仅是混凝土的配合比和钢纤维的性能决定了钢纤维混凝土的路桥面的质量优劣，钢纤维在混凝土中的分布是否均匀也同样影响着工程质量。

钢纤维混凝土路面在施工过程中，应当注意使钢纤维混凝土在混凝土中的分布均匀，禁止结团现象的产生；应避免钢纤维混凝土表面出现纤维露出现象；要严格控制路面厚度。

钢纤维混凝土施工的技术难题是因为钢纤维的存在导致的，而施工机械的选择及使用对钢纤维混凝土路桥工程质量产生较为严重的影响。施工成为了钢纤维混凝土质量优劣的重要影响因素。

3.2 材料的基本要求

钢纤维混凝土的特性与基本混凝土相关。同时钢纤维品种、长径比、方向性及掺率同样影响钢纤维混凝土的特性。抗拉强度不可低于550MPa。纤维直径为0.4mm～0.7mm，长度为钢纤维直径的50～70倍。

粗集粒最大粒径对钢纤维混凝土中纤维的咬合力有很大影响，粒径过大对抗拉弯强度有较显著影响，规定最大粒径应低于纤维长度的1/2，但不应大于20mm。其它材料要求与普通混凝土相同。

3.3 设置钢纤维分散装置

将钢纤维与混凝土放入搅拌机搅拌时，必须要先通过功率为和1分散率为0.75～1.0KW，20～60Kg/min的分散机分散然后再加入搅拌机。以避免结团现象的产生。

3.4 投料顺序和搅拌

搅拌机可采用强制式搅拌机和自由落体式搅拌机，搅拌时应该采用先干后湿分级投料工艺。即按照先投砂，然后钢纤维，最后碎石的顺序进行投方材料，并且需要采取先与混凝土在搅拌机先干搅1min，再进行加水和添加剂的2min湿搅。并且为防止因搅拌时间过长而引起的纤维团结，总的搅拌时间应尽量控制在6min内，并且搅拌量在搅拌机容量的1/3为宜。

3.5 摊铺和振捣

钢纤维混凝土浇注时浇注接头不应过于明显。钢纤维混凝土必须连续浇注，并且每次倒料时应相压15～20min，以保证浇注的连续性。浇注一段后就应该及时的采用平板振动器振捣密实，切忌采用插入式振动器，平板振动器可以使钢纤维成二维分布，而插入式振动器促使钢纤维的分布方向朝向振动棒。振捣好后，可将露出的钢纤维压回混凝土，以确表面保平整。

3.6 表面拉毛、成型

砂率大、粗骨料细、纤维乱向分布是钢纤维混凝土所具有的特点，所以当钢纤维混凝土路桥面铺设完毕后，应对路桥面进行拉毛、收桨毛处理和机械拉平，防止钢纤维外露，以保证路桥面平整密实。同时采用滚式压纹机压纹1～2mm，方向为沿路线横断方向。

3.7 接缝设置

钢纤维混凝土具有良好的收缩性、抗裂性。一般可不设置伸缩缝。当钢纤维混凝土的养生强度达到设计强度的50%时，采用切割机割缝设置伸缩缝。应该保证伸缩缝与施工缝位置吻合。

3.8 养护

早期钢纤维混凝土的强度较高，所以应该加强湿润养护。可采用自来水养护，并使用塑料薄膜覆盖湿养以防止水分蒸发过快，确保钢纤维混凝土与沥青结合面清洁。待养生时间7～12d后，当混凝土测试达到规范规定的强度后，方可进行交通开放。

结语

由于钢纤维混凝土具有的种种优异性，所以被广泛用于基础设施建设中，取得了重大的经济和社会效益。钢纤维混凝土技术不仅提高了混凝土的强度，也降低了路桥的成本。但是，钢纤维混凝土施工较为复杂，如施工中操作不当，混凝土中钢纤维很容易导致结团现象，反而会降低了路面的质量。所以，钢纤维混凝土路桥在施工中，要严格施工规范进行操作，确保钢纤维混凝土的性能得到最好的发挥。

[1]赵国藩，彭少民，黄承民.钢纤维混凝土结构[M].中国建筑工业出版社.1999.

[2]高丹盈.钢纤维混凝土设计与应用[M].中国建筑工业出版社.2002.

[3]黄承逵，赵国藩.纤维混凝土研究和工程应用的发展[A].第十二届全国混凝土及预应力混凝土学术交流会论文集[C]，2003.

[4]沙永达.现代路桥施工中钢纤维混凝土的施工技术研究[J].科技向导.2011（03）.