论文部分内容阅读
摘要：当前，我国的经济发展步伐日益加快，国家大力发展公共基础设施建设，推动了我国建筑行业以及建筑技术的不断进步，钢纤维混凝土技术也是在这样的背景中产生的。经过不断的实践检验证明，钢纤维混凝土是一种较为新颖的水泥基复合材料，优势明显，利用钢纤维混凝土进行桥梁施工具有无可比拟的先天优势，探讨其具体应用问题具有重要的现实意义。
关键词：钢纤维混凝土；技术；道路桥梁；施工；应用
1、钢纤维混凝土概述
钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短鋼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可以有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，有效的改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，被新建路面、旧路面加铺层、路面修补等工程广泛应用。但钢纤维的应用对于施工机械的选择及使用提出了更高要求，对钢纤维混凝土路的质量也产生了较为重要的影响。钢纤维抗拉强度高，但与水泥砂浆的界面粘结性较差。为此要对钢纤维表面进行变形处理，以便更好的与混凝土进行结合，制成表面有刻痕的、末端带钩的、波纹形的钢纤维则可以改善其性能。因此，常用的钢纤维外形主要有圆直形、方直形、扭曲、墩头形、刻痕形、端钩形、波浪形等。
2、钢纤维混凝土的性能分析
钢纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复合材料，近几年来在道路桥梁施工中起到了很大的作用，随着钢纤维生产技术的不断进步和基础理论的不断完善，钢纤维混凝土在桥梁工程的应用将进一步拓宽。
2.1钢纤维以及影响钢纤维混凝土性能的主要因素
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，但与水泥砂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，抗拉强度为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。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。
2.2钢纤维增强混凝土强度机理和钢纤维混凝土物理力学性质
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料中被拨出，以至复合材料破坏。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%，抗弯限强度可提高50～150%；（3）良好的抗冲击性能。钢纤维混凝土在纤维掺量为0.8～2.0%时，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。
3、钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的应用
3.1普通钢纤维混凝土材料的应用
钢纤维混凝土在道路工程施工中的应用效果较好。在一般道路施工中，用钢纤维混凝土铺设路面，可以使路面变薄，减少横向铺设的缩缝，同时钢纤维混凝土还具有抗冻、耐磨的特性，在一定程度上可延长路面的使用寿命。
3.2复合钢纤维混凝土材料的应用
一些复合型钢纤维混凝土也在道路铺设的过程中得到了一定的应用。复合型路面一般由两层或者三层组成。双层复合路面的铺设方式为：在全路面的上层铺设钢纤维混凝土，下层用普通混凝土填满。三层复合型路面的铺设方式为：在路面的上面层和下面层铺设钢纤维混凝土，中间由普通混凝土填满。就结构而言，三层钢纤维混凝土的结构比较合理，但是施工过程相对而言比较复杂。在实际施工过程中，应根据不同的环境选择最佳方案。比如在机械化铺设水平比较高的地方，可以采用三层复合铺设的方法，以提高路面施工质量。
3.3钢纤维混凝土罩面的铺设
钢纤维混凝土罩面一般有三种铺设方法，分别是结合式、直接式和分离式。结合式铺设法是在实际施工中将旧混凝土和钢纤维混凝土结合在一起，相互黏合，使得建筑物整体更加稳定。直接式铺设法是直接在旧混凝土面层上添加钢纤维混凝土罩面，一般适用于一些轻微损伤的旧水泥混凝土路面的修复。分离式铺设法是新旧混凝土层相互分离，在两者之间设置隔离层，使钢纤维混凝土罩面和旧混凝土面层各自发挥功效。
3.4钢纤维混凝土在严寒地区的应用以及钢纤维混凝土桥面的铺设 在一些比较寒冷的地区，普通混凝土难以适应高寒地区的气候环境。但是，钢纤维混凝土却可以在气候恶劣的环境下发挥最佳的效果。因此，在一些气候比较恶劣的地区修建公路桥梁，钢纤维混凝土是最佳的选择。在桥梁建设中，钢纤维混凝土与普通混凝土相比具有较大的优势。采用钢纤维混凝土鋪设桥面铺装层，能在很大程度上提高桥面的抗裂性能和桥面行车的舒适性，并延长桥面的使用寿命。同时，钢纤维混凝土还可以增强桥面的抗折性，增加建筑物本身的刚性，减小铺装厚度，改善桥梁的受力情况。
3.5钢纤维混凝土土桩加固
钢纤维混凝土可以加大对土桩桩顶等局部的压力，显著提高桩的穿透力，同时减少锤击的次数，从而提高锤击的速度。一般情况下，桩尖和桩顶都采用钢纤维混凝土，这样一来可以在一定程度上增强桩顶的坚韧性和桩尖的人土能力，但桩身部分仍然采用普通混凝土。在实际生产中，也可以全部采用钢纤维混凝土来进行桩身浇筑，但是会增加成本。
3.6采用钢纤维混凝土喷射边坡和隧道以及钢纤维混凝土的配合比设计
在实际生产中，采用钢纤维混凝土喷射边坡和隧道也取得了比较好的效果。一方面加强了边坡的稳定性，另一方面可以防止隧道渗水。一般采用普通混凝土和钢纤维混凝土同时喷射，也可以全部喷射钢纤维混凝土进行加固。在实际生产中，钢纤维混凝土的配合比根据普通混凝土的配合比进行设计，然后再经过试验进行修正。在选择钢纤维时，一般选择强度相近的钢纤维，这样才能保证施工质量，并且使钢纤维与混凝土能很好地融合在一起。
3.7钢纤维混凝土设计
钢纤维混凝土配合比可以根据普通混凝土配合比的选择原则，通过试验最后决定。首先应选择与基材强度相适应的钢纤维品种，钢纤维极限抗拉强度应大于500MPa。圆直和熔抽钢纤维适宜配制中低标号混凝土，剪切钢纤维可配制高标号混凝土。钢纤维含量以0.5～2.0%为宜。为使钢纤维混凝土力学性能与施工和易性要求尽量一致，对钢纤维长径比应加以控制，同时还应考虑钢纤维的最小直径。钢纤维最小直径不应小于0.40mm，一般应控制在0.45～0.70mm左右：钢纤维的长度不应过长。在正常搅拌机拌和时，长径比应控制在50～80。
4、结束语
钢纤维混凝土是一种性能较好的新型水泥复合材料，可以根据实际工程条件选择使用。在目前的实践中，钢纤维混凝土取得了比较好的应用效果，极大提高了路面、桥面的铺设质量，在很大程度上促进了我国道路桥梁建设的发展。随着钢纤维混凝土技术的不断发展，理论研究的不断进步，相信其在未来会有更广泛的应用和发展。我国应积极进行科研攻关，通过理论研究、试验分析和实际应用，不断改良钢纤维混凝土的性能，提高钢纤维混凝土的实用性。
参考文献：
[1]钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的应用[J].抄玉民.建设科技.2015（24）.
[2]浅论道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术应用[J].李育元.科技经济导刊.2016（10）.
[3]钢纤维混凝土技术在桥梁施工方面的应用[J].王国强.山西建筑.2016（18）.
（作者单位：山东恒建工程监理咨询有限公司）
关键词：钢纤维混凝土；技术；道路桥梁；施工；应用
1、钢纤维混凝土概述
钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短鋼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可以有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，有效的改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，被新建路面、旧路面加铺层、路面修补等工程广泛应用。但钢纤维的应用对于施工机械的选择及使用提出了更高要求，对钢纤维混凝土路的质量也产生了较为重要的影响。钢纤维抗拉强度高，但与水泥砂浆的界面粘结性较差。为此要对钢纤维表面进行变形处理，以便更好的与混凝土进行结合，制成表面有刻痕的、末端带钩的、波纹形的钢纤维则可以改善其性能。因此，常用的钢纤维外形主要有圆直形、方直形、扭曲、墩头形、刻痕形、端钩形、波浪形等。
2、钢纤维混凝土的性能分析
钢纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复合材料，近几年来在道路桥梁施工中起到了很大的作用，随着钢纤维生产技术的不断进步和基础理论的不断完善，钢纤维混凝土在桥梁工程的应用将进一步拓宽。
2.1钢纤维以及影响钢纤维混凝土性能的主要因素
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，但与水泥砂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，抗拉强度为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。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。
2.2钢纤维增强混凝土强度机理和钢纤维混凝土物理力学性质
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料中被拨出，以至复合材料破坏。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%，抗弯限强度可提高50～150%；（3）良好的抗冲击性能。钢纤维混凝土在纤维掺量为0.8～2.0%时，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。
3、钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的应用
3.1普通钢纤维混凝土材料的应用
钢纤维混凝土在道路工程施工中的应用效果较好。在一般道路施工中，用钢纤维混凝土铺设路面，可以使路面变薄，减少横向铺设的缩缝，同时钢纤维混凝土还具有抗冻、耐磨的特性，在一定程度上可延长路面的使用寿命。
3.2复合钢纤维混凝土材料的应用
一些复合型钢纤维混凝土也在道路铺设的过程中得到了一定的应用。复合型路面一般由两层或者三层组成。双层复合路面的铺设方式为：在全路面的上层铺设钢纤维混凝土，下层用普通混凝土填满。三层复合型路面的铺设方式为：在路面的上面层和下面层铺设钢纤维混凝土，中间由普通混凝土填满。就结构而言，三层钢纤维混凝土的结构比较合理，但是施工过程相对而言比较复杂。在实际施工过程中，应根据不同的环境选择最佳方案。比如在机械化铺设水平比较高的地方，可以采用三层复合铺设的方法，以提高路面施工质量。
3.3钢纤维混凝土罩面的铺设
钢纤维混凝土罩面一般有三种铺设方法，分别是结合式、直接式和分离式。结合式铺设法是在实际施工中将旧混凝土和钢纤维混凝土结合在一起，相互黏合，使得建筑物整体更加稳定。直接式铺设法是直接在旧混凝土面层上添加钢纤维混凝土罩面，一般适用于一些轻微损伤的旧水泥混凝土路面的修复。分离式铺设法是新旧混凝土层相互分离，在两者之间设置隔离层，使钢纤维混凝土罩面和旧混凝土面层各自发挥功效。
3.4钢纤维混凝土在严寒地区的应用以及钢纤维混凝土桥面的铺设 在一些比较寒冷的地区，普通混凝土难以适应高寒地区的气候环境。但是，钢纤维混凝土却可以在气候恶劣的环境下发挥最佳的效果。因此，在一些气候比较恶劣的地区修建公路桥梁，钢纤维混凝土是最佳的选择。在桥梁建设中，钢纤维混凝土与普通混凝土相比具有较大的优势。采用钢纤维混凝土鋪设桥面铺装层，能在很大程度上提高桥面的抗裂性能和桥面行车的舒适性，并延长桥面的使用寿命。同时，钢纤维混凝土还可以增强桥面的抗折性，增加建筑物本身的刚性，减小铺装厚度，改善桥梁的受力情况。
3.5钢纤维混凝土土桩加固
钢纤维混凝土可以加大对土桩桩顶等局部的压力，显著提高桩的穿透力，同时减少锤击的次数，从而提高锤击的速度。一般情况下，桩尖和桩顶都采用钢纤维混凝土，这样一来可以在一定程度上增强桩顶的坚韧性和桩尖的人土能力，但桩身部分仍然采用普通混凝土。在实际生产中，也可以全部采用钢纤维混凝土来进行桩身浇筑，但是会增加成本。
3.6采用钢纤维混凝土喷射边坡和隧道以及钢纤维混凝土的配合比设计
在实际生产中，采用钢纤维混凝土喷射边坡和隧道也取得了比较好的效果。一方面加强了边坡的稳定性，另一方面可以防止隧道渗水。一般采用普通混凝土和钢纤维混凝土同时喷射，也可以全部喷射钢纤维混凝土进行加固。在实际生产中，钢纤维混凝土的配合比根据普通混凝土的配合比进行设计，然后再经过试验进行修正。在选择钢纤维时，一般选择强度相近的钢纤维，这样才能保证施工质量，并且使钢纤维与混凝土能很好地融合在一起。
3.7钢纤维混凝土设计
钢纤维混凝土配合比可以根据普通混凝土配合比的选择原则，通过试验最后决定。首先应选择与基材强度相适应的钢纤维品种，钢纤维极限抗拉强度应大于500MPa。圆直和熔抽钢纤维适宜配制中低标号混凝土，剪切钢纤维可配制高标号混凝土。钢纤维含量以0.5～2.0%为宜。为使钢纤维混凝土力学性能与施工和易性要求尽量一致，对钢纤维长径比应加以控制，同时还应考虑钢纤维的最小直径。钢纤维最小直径不应小于0.40mm，一般应控制在0.45～0.70mm左右：钢纤维的长度不应过长。在正常搅拌机拌和时，长径比应控制在50～80。
4、结束语
钢纤维混凝土是一种性能较好的新型水泥复合材料，可以根据实际工程条件选择使用。在目前的实践中，钢纤维混凝土取得了比较好的应用效果，极大提高了路面、桥面的铺设质量，在很大程度上促进了我国道路桥梁建设的发展。随着钢纤维混凝土技术的不断发展，理论研究的不断进步，相信其在未来会有更广泛的应用和发展。我国应积极进行科研攻关，通过理论研究、试验分析和实际应用，不断改良钢纤维混凝土的性能，提高钢纤维混凝土的实用性。
参考文献：
[1]钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的应用[J].抄玉民.建设科技.2015（24）.
[2]浅论道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术应用[J].李育元.科技经济导刊.2016（10）.
[3]钢纤维混凝土技术在桥梁施工方面的应用[J].王国强.山西建筑.2016（18）.
（作者单位：山东恒建工程监理咨询有限公司）