上下层布式钢纤维混凝土在路面工程施工中的应用

张爱荣+马鑫

摘 要：钢纤维混凝土作为一种新型建筑材料，与普通混凝土相比，其抗弯、抗裂、抗疲劳等性能更强，因此得到了建设施工单位的普遍关注。但因其高昂的价格，对其发展及利用产生了极大的制约，如何减少钢纤维混凝土造价已经成为当前人们关注的焦点。为此，层布式钢纤维混凝土应运而生。本文与具体工程案例相结合，对公路路面工程施工中上下层布式钢纤维混凝土的设计方法、施工工艺进行了分析，并测试了其施工后的路面性能，以期充分发挥钢纤维混凝土材料的作用，全面提升公路工程的质量。

关键词：钢纤维混凝土；路面结构；施工案例

中图分类号：U416.216 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0123-02

钢纤维混凝土作为一种新型材料，其仅需钢纤维掺加到普通混凝土即可，该材料力学性能良好，能够对混凝土裂缝问题进行有效防治。但因其造价较高，并没有在路面工程施工中得到广泛使用。为有效解决该问题，布式钢纤维混凝土受到了人们的关注。该工艺是由湖北省公路局了、武汉东州科技发展公司联合武汉理工大学提出，其形成的路面结构为钢纤维混凝土+素混凝土+钢纤维混凝土，该工艺不仅不会降低钢纤维力学性能，还能大大减少钢纤维用量，不仅可以起到良好的路面施工效果，还能降低工程造价，因此，得到了人们的普遍关注。

1 层布式钢纤维混凝土的概况

近年来，钢纤维混凝土已成为道路路面工程不可或缺的重要新型材料，与普通混凝土材料相比，其优点包含良好的抗折强度、抗磨性、抗冲击性及抗疲劳性等。据大量实践证明，与素混凝土路面相比，条件相同情况下，钢纤维混凝土路面厚度可降低30%-50%，使用寿命可延长10年左右，缩缝间距可增加到20到50m之间。但其经济性较差。如1m3钢纤维混凝所需水泥量为一半左右，而钢纤维用量可达到80到100kg，该数值与素混凝土路面用料相比要远远高出许多。为了更好地将钢纤维混凝土的优良性能发挥出来，并达到合理控制成本的目的，上下层布式钢纤维混凝土被逐渐应用到公路路面工程施工当中。层布式钢纤维混凝土复合路面是指将相应量的钢纤维洒布到混凝土试件的上下表面，以此达到提升混凝土强度的作用。据相关试验显示，与素混凝土抗折强度相比，该钢纤维混凝土具有更好抗折强度，提升比例可达到30%到40%之间，并基本等同于整体式钢纤维混凝土抗折强度。由此可见，公路路面等承受弯曲板式结构内选用上下层布式钢纤维混凝土，能够达到路面厚度减少、路面缩缝间距增加及使用寿命延长的目的。与整体式钢纤维混凝土路面相比，其造价更低。因此在路面工程建设中，层布式钢纤维混凝土应用前景更为广阔。

2 路面工程上下层布式钢纤维混凝土的设计方案

2.1 工程案例

某公路工程属于二级改建公路，8m为其路面宽度，为混合交通，使用初期标准轴载交通量可换算为400n/d，预计6%为年平均增长率，20年为设计使用年限，根据中等交通等级进行路面设计。路面结构为上基层（15cm水泥稳定砂砾，E=400mpa）+下基层（20cm石灰土，E=400mpa）+土基（E=25mpa）。根据工程实际情况，素混凝土与层布式钢纤维混凝土的抗折强度分别为4.5mpa、6.8mpa；弹性模量相同，为28x103mpa。

2.2 层布式钢纤维混凝土路面设计

（1）路面板应力计算。22cm为该路段素混凝土原路面设计厚度，本文只设计上下层布式钢纤维混凝土路面厚度。假设16cm为路面结构，即：钢纤维混凝土1.5cm+素混凝土13cm+钢纤维混凝土1.5cm。通过试验得出，6.8mpa为整体抗折强度，28x103mpa为弹性模量。通过有限元法计算得出：温度梯度Tk=1.17x0.86=1.006℃/cm；基层顶面当量回弹模量为148.5mpa；最大荷载应力为2.20mpa；板边中部温度应力为2.21mpa。

（2）疲劳应力计算。通过试验得出，本工程荷载疲劳应力为4.68mpa；温度疲劳应力为1.08mpa；强度为7.004mpa，与设计强度要求相符。

3 路面工程上下层布式钢纤维混凝土施工流程

3.1 施工准备

3.1.1 原材料准备

水泥：选取425#普通硅酸盐水泥用于施工，施工前应对其抗折、抗压强度进行测量，其中3天抗折强度为4.5mpa、抗压强度为22mpa；28天抗折强度为7.2mpa、抗压强度为46mpa。

细集料：选用碎石轧制的石屑作为本工程细集料，3.1为其细度模数，14.2%为其压碎值。

粗集料：以0—40mm粒径的级配碎石用于施工。

钢纤维：根据工程实际情况，选取58长径比的剪切型波纹钢纤维用于施工。

3.1.2 其他准备

因本地砂量不足，要求路面天然砂由石屑替代。通过试验得出混凝土配合比为水：水泥：石屑：碎石=160：360：776：1140。除此之外，还需对混凝土的强度加以重视，如表1所示。

由表1可见，与素混凝土抗折强度相比，上下层布式钢纤维混凝土较高，提升比例高达40%左右。但两者之间的抗压强度相差较小。

3.2 施工流程

（1）试验段施工。为确保施工质量，需在本段公路合理选择试验段，本文以1604k—1607k段为例分析，其長度为3km，因本试验段位于三级公路，属于沥青表面，7cm为其面层宽度，3到4.5cm为其厚度。目前，针对本扩建工程，需将三级公路改造为二级公路，同时加宽公路。12m为路基宽度；9m为路面宽度；上基层选取水稳砂砾，厚度为16cm；下基层选取碎石灰土，厚度为15cm；路面选取布式钢纤维混凝土，厚度为16cm。

（2）撒布钢纤维。选取专用铁筛，根据施工规定进行撒布，要求具有均匀性，不得出现团状现象。要求先准确计算出钢纤维撒布用量、面积等，随后指派专人进行撒布施工。

（3）整平施工。摊铺第一层石屑混凝土时，需对混凝土松铺厚度加以严格控制，一般情况下，可控制在施工设计要求松铺厚度值以下，随后做好整平作业。避免部分位置上层钢纤维在试模高度以上。同时，振动梁平作业时，需翘起上层钢纤维，避免混凝土撒布过程中对钢纤维造成损害。

（4）铺撒石屑。选取人工方式进行第二层石屑混凝土撒布施工，应确保厚度均匀，1cm左右即可。

（5）切缝。完成上下层布式钢纤维混凝土施工后，即可改善混凝土路面抗裂性能，并有效增加路面缩缝间距。

4 上下层布式钢纤维混凝土路面性能分析

为充分了解层布式钢纤维混凝土路面性能，施工过程中，可分别抽检两种混凝土路面工程的质量，即：素混凝土路面、层布式钢纤维混凝土路面，其结果可通过表2显示。由此可见，选取层布式钢纤维混凝土具有更高强度，路面结构更为合理。

5 结语

综上所述，作为一种新型路面结构形式，层布式钢纤维混凝土不仅具备整体式钢纤维混凝土路面的良好性能，还能够大幅度减少工程造价，便于施工。为此，本文在充分了解布式钢纤维混凝土相关概念的同时，结合具体工程案例，对其施工的各项内容进行了探讨。通过以上内容可充分了解到层布式钢纤维混凝土在路面工程施工中的优势，可为其广泛使用及推广提供强有力的保障。

参考文献

[1]郑峰.浅谈公路桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用[J].科技资讯，2014（17）.

[2]王仁浩.谈钢纤维混凝土在公路工程中的应用[J].黑龙江科技信息，2014（03）.