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摘要：现代化的交通对路面提出了更高的要求，在路面混凝土中掺入一定量的钢纤维可以明显改善其抗弯拉强度，钢纤维的均匀分布，使混凝土路面承受的的应力在结构材料的横截面及其长度方向更加均匀分散，避免了应力集中，能有效地减少裂缝或阻止路面裂缝的引伸和扩展。
关键词：铣削型钢纤维、路面混凝土、基本特性、设计、施工
Abstract: modern traffic in the pavement put forward higher request, in the pavement concrete with a certain amount of steel fiber can significantly improve the flexural strength, steel fiber evenly distributed, make the concrete pavement of bear the stress in the structure of the material and its length direction cross section is more uniform dispersion, to avoid the stress concentration, can effectively reduce cracks or prevent pavement crack extension and the expansion.
Keywords: milling steel fiber concrete, pavement, basic characteristics, design, construction
中图分类号：TS653 文献标识码：A 文章编号
前言
混凝土作为道路路面结构具有强度高、板体性好以及使用寿命长等优点。在一般情况下，混凝土的抗压强度能够承受30MPa以上的压应力，而轮胎荷载产生的压应力最大也只有1.0MPa（天津港四号路路设计荷载等级为P2—1.0MPa，荷载适用范围70~130KN），所以混凝土面板不会因轮胎荷载应力而产生压碎破坏。因此混凝土面板必须具备足够的抗弯拉强度来抵抗由于荷载及环境温度、湿度变化引起的拉应力。混凝土的抗弯拉强度为4~6MPa，远小于其抗压强度，属于高强脆性而其承受弯曲、拉伸、胀缩应力的能力较弱的材料。因此面板混凝土自身的抗弯拉强度是明显改善混凝土路面板受力特性，抑制路面裂缝扩展，延长使用年限的关键之一。经国内外许多试验证明，在混凝土面板中掺入一定量的钢纤维可以明显改善其抗弯拉强度。与传统的钢筋混凝土相比，钢纤维混凝土具有许多结构上的优点，钢纤维的均匀分布，使混凝土的应力在结构材料的横截面及其长度方向更加均匀分散，避免了应力集中，故能有效地减少裂缝或阻止裂缝的引伸和扩展，只要掺入数量较少的钢纤维就能明显地减少混凝土的开裂。而铣削型钢纤维混凝土为钢纤维混凝土各项性能较为优越也是比较普遍的一种，主要区别为这种钢纤维是从钢锭上铣削制得，因而得名。
天津港四号路拓宽改造工程位于天津港区，全长4公里，为该地区进出港口的主动脉通道。原道路为双向四车道、宽16.5m，为满足使用要求，改造后道路为双向六车道、加两侧停车带道路全宽为29m。在道路的加宽部位均采用了铣削型钢纤维混凝土，本文主要以天津港四号路拓宽改造工程为例对铣削型钢纤维混凝土基本特点及工艺做一介绍。
一、铣削型钢纤维基本特性
在《混凝土用钢纤维》（YB/T151-1999）中，钢纤维定义为：用钢材料经一定工艺制成的、能随机地分布于混凝土中的短而细的纤维。按原材料分类为：碳素结构钢C，合金结构钢A，不锈钢S；按生产工艺分类为：钢丝切断纤维W，薄板剪切纤维S，熔抽纤维Me，铣削纤维Mi；按形状及表面分类为：
标记举例：
A）碳素钢钢丝切断纤维，外形为纵向平直，两端带钩，表面光滑，长度25mm，抗拉强度大于1000MPa，其标记为：
CW03-25-1000YB/T151-1999
B）低合金钢铣削纤维，外形为纵向扭曲两端有锚尾，有一个粗糙表面，抗拉强度大于600MPa，长度为32mm，其标记为：
AMi04-32-600YB/T151-1999
铣削型钢纤维是直接在高质量钢锭上，用旋转铣刀铣切而得，其表面干燥，加工过程不接触任何润滑剂和冷却剂，横截面呈三角形，具有两个粗糙面和一个光滑面，径向扭曲，两端有带钩的锚尾。这种纤维的特点是轴向发生扭曲，并且通过改进刀具可以使纤维表面产生粗糙面。这种钢纤维表面积扩大，提高了其与混凝土的粘结力，改善了混凝土抗开裂能力；另一个特性是其光滑表面和独特外形，在新鲜混凝土混合料中不结团、分散均匀，呈现良好和易性和工作度。
铣削钢纤维的技术要求：
1、原材料应符合相应钢或钢产品标准的要求。
2、铣削钢纤维的增强效果与等效直径（de）、长度（L）、长径比（L/de）有关，钢纤维的增强作用随长径比增大而提高。
3、钢纤维长度偏差不应超过长度公称值的±5%。
4、钢纤维的重量偏差不应超过按尺寸公称值计算重的±15%。
5钢纤维径向扭曲角度应不小于20o。
6、钢纤维的抗拉强度不应低于600N/mm2。
7、钢纤维表面不得粘混有油污和其他妨碍与水泥砂浆粘结的杂质。
8、钢纤维内含有的因加工不良造成的粘连片、铁屑及杂质的总量不应超过钢纤维重的1%。
经大量试验证明在普通混凝土基体中，钢纤维在破坏时是由基体中拔出而不是拉断，因此钢纤维的增强主要取决于钢纤维与基体的粘结性能。我们在评定钢纤维的质量时，主要考虑钢纤维品种、规格、形状，以及是否含有妨碍纤维与基体粘结的杂质。
本次四号路改造工程中使用的钢纤维设计的性能指标为：钢纤维的抗拉强度不应低于600N/mm2，钢纤维直径一般为0.4~0.7mm，长度与直径之比宜位50~70。其它要求参照铣削钢纤维的技术要求。
施工中使用的是上海哈瑞克斯金属制品有限公司生产的SF01-32型（Ami04-32-600）铣削钢纤维。其基本参数如下表：
纤维长度mm 100根质量 等效直径mm 抗拉强度MPa 长径比
32.5 18.0 0.95 808.6 34.0
二、钢纤维混凝土的作用机理
钢纤维混凝土的作用机理是基于定向的钢纤维的存在阻止裂缝的产生和抑制裂缝的扩展。钢纤维与混凝土的粘结性能对这种限制起着主导作用。
混凝土的缩胀变形与混凝土本身有无约束条件有很大关系。混凝土在不受约束条件下，如未配钢筋或纤维材料或尺寸很小的混凝土试件，此时的收缩为自由收缩。这时，结构内部质点经收缩而靠近，称为相向变形，处于受压状态，不会引起开裂；如果配置较多的钢筋或大尺寸混凝土试件，其表层的收缩受到限制，此时的收缩为限制收缩。这时，结构内部质点因收缩反向分离开来，称为背向变形，处于受拉状态，當限制收缩应力超过其抗拉强度，就会引起开裂。同理，自由膨胀是质点产生背向变形，处于受压状态，不发生开裂。
引起混凝土开裂的因素很多，因此要完全避免混凝土中裂缝的产生是不可能的，裂缝一旦形成，由于其内部应力的推动，裂缝将沿着混凝土的薄弱部位不断发展。
钢纤维在混凝土中的阻裂作用主要表现在以下两个方面：首先钢纤维能显著提高混凝土抗塑性收缩的能力。当混凝土浇筑完成后，裂缝产生的主要原因是其内部的水分不一致蒸发，造成不均匀的体积收缩所致。这时，混凝土尚未硬化不能产生足够的强度以抵抗这一收缩应力，水泥浆体收缩引起的拉应力可导致混凝土开裂，而钢纤维的存在可分散或部分抵消内应力，从而抑制微裂缝的产生和发展。其次，钢纤维可降低裂缝尖端的应力集中，防止裂缝的进一步发展。众所周知，混凝土一旦裂缝形成，其尖端就会产生应力集中，裂缝会因此而继续扩展，但当其尖端发展到与纤维相交时，钢纤维即可抵消部分或全部的应力。由于钢纤维在混凝土中呈三维状态分布，所以可有效的防止裂缝发展成贯穿裂缝。
钢纤维对混凝土的增强增韧作用主要通过它与混凝土基体间的粘结力来实现，由于钢纤维与基体的粘结作用，使钢纤维能起到阻止裂缝开展并承受荷载的作用。同时，由于其间的粘结滑移消耗大量的能力，使混凝土裂后性态发生了根本的变化，大大改善了混凝土变形性能。
三、铣削型钢纤维混凝土的性能
（一）、钢纤维混凝土的基本力学性能
试验表明，钢纤维混凝土的抗压强度及早期抗压强度均比普通混凝土提高5%~20%，但不稳定，且与混凝土标号、钢纤维参量没有明显的关系和规律，故在设计时不考虑其抗压强度的差异。
铣削钢纤维混凝土和普通混凝土弯拉强度及其增长幅度如下表：
混凝土28d弯拉强度与钢纤维掺量的相应关系
从此表中可以看出，掺入钢纤维后混凝土的弯拉强度有较大的提高，且与钢纤维的掺量有关。同时标号过高的混凝土，其弯拉强度增加幅度有所变小。但经试验证明，当钢纤维掺量较高时，混凝土的弯拉强度的增长趋势也有所减缓。综合国内外若干钢纤维混凝土铺面实例，其中混凝土混合料中水泥用量宜为360kg/m3~400 kg/m3，水灰比宜选用0.45~0.50，钢纤维掺量为30 kg/m3~90 kg/m3。
（二）、铣削钢纤维混凝土抗裂、阻裂性能
大量试验结果表明，影响混凝土裂后性态的重要原因是钢纤维于基体界面间的粘结性能，而衡量这一性能的重要指标是界面的粘结强度。钢纤维与混凝土基体界面间的粘结强度是指界面单位面积的粘结力。这种粘结力是由钢纤维混凝土最薄弱的环节—钢纤维与混凝土基体粘结面间的物理结合所引起的。所谓物理结合是指水泥水化物与钢纤维接触面间的粘着力和机械咬合力。因此，界面粘结强度即受基体性能参数的影响又受钢纤维特征参数的影响。
研究表明，粘结强度的提高并不与混凝土基体材料强度的提高成正比，而且其效果并不明显。实践证明，降低混凝土中的用水量和掺加一些矿物外加剂是较为有效的方法。通过使用减水剂等外加剂可减少混凝土的分层和泌水，提高混凝土基体的密实度；此外，通过添加矿物外加剂（如硅粉和优质粉煤灰）也可以使得混凝土的颗粒级配更趋合理，提高钢纤维和混凝土基体的过渡层的密实度，从而改善其粘结强度。
钢纤维在抗裂试验拔出的过程可分为三个阶段：弹性粘结阶段、部分脱粘结阶段、完全脱粘结阶段。1、在弹性粘结阶段中，对同一基体而言，钢纤维对其影响不大且不同种类之间的差异也不大。2、带弯钩的铣削钢纤维在弹性粘结阶段后的拔出过程中，其端钩被拉直变形所提供的阻拔力贯穿部分和完全粘结两个阶段，提高了拔出功。所以，达到了最大荷载时，铣削钢纤维吸收能量的能力比其他平直钢纤维要大得几十倍，这也是铣削钢纤维优于其它钢纤维的原因之一。
钢纤维混凝土在冲击荷载下的抗裂性能是普通混凝土的3~4倍。
（三）、铣削钢纤维混凝土疲劳性能
道路混凝土受到车轮荷载重复作用时，面板混凝土会在低于静载一次作用的极限荷载应力时出现破坏。这种强度降低引起混凝土的破坏称为疲劳破坏。疲劳破坏的出现时由于外荷载作用下面板混凝土材料内部微结构损坏，并且在不断反复作用后，承受反力的有效面积逐渐减少，导致最终发生断裂破坏。
重复疲劳试验结果表明，在承载板上施加相同高限荷载条件下，随着钢纤维掺量的增加，累计疲劳作用次数均明显的增加。在疲劳过程中，当裂缝尖端与钢纤维相遇时，因裂缝无法直接通过而偏转方向，从而缓冲了裂缝尖端的应力集中程度，使混凝土疲劳寿命相应延长，钢纤维的掺量越高，抑制裂缝引发与扩展的能力越强，疲劳寿命也越长。
试验充分说明，铣削钢纤维混凝土的疲劳性能比普通混凝土有很大改善，当疲劳次数为100万次时，铣削钢纤维混凝土的弯拉强度是普通混凝土的1.65~2.25倍。
（四）、铣削钢纤维混凝土弯曲韧性
随着钢纤维混凝土研究工作的深入和应用领域的扩大，钢纤维混凝土的韧性已成为与强度同等重要的材料属性。钢纤维对混凝土性能的主要贡献之一是在能量吸收方面，这种性能通常称之为韧性。韧性是材料变形与裂断的综合性质，可定义为在荷载作用下到失效为止材料吸收能量的能力。
钢纤维混凝土的弯曲韧性指数随着纤维掺量的增加而提高，而铣削钢纤维的掺入量对混凝土的初裂强度影响不大。
四、设计施工中的钢纤维混凝土
在天津港四号路拓宽改造工程中，在机动车道加宽的路基中采用了15cm钢纤维混凝土结构，其下部为18cm水泥稳定碎石+15cm二灰土结构。设计思路：利用混凝土抗压强度较高的特点，故可把混凝土作为路基；混凝土中掺入钢纤维后，其抗弯拉强度有较大提高，可以抵抗一定的不均匀沉降；另外，结合四号路改造施工中边施工边通车、工期短的特点，钢纤维混凝土可以在抗弯拉强度达到设计要求后及时通车，而且会抑制混凝土裂缝的产生或扩大。
（一）、设计对四号路改造工程中钢纤维混凝土的配制及施工的要求：
1、钢纤维每掺加0.5%（体积率），单位体积用水量相应增加6kg；如掺用外加剂应考虑外加剂的影响。
2、钢纤维每掺加0.5%（体积率）砂率相应增加2%。
3、钢纤维混凝土稠度比相应的普通混凝土要求值小20mm。
4、搅拌时间较普通混凝土延长10~30s。
5、浇筑时应保证钢纤维分布均匀性和结构连续性，用机械振捣。
（二）、在四号路钢纤维混凝土施工过程中，按照规范要求及以往的施工经验，按以下工序进行施工：
1、原材料
水泥、砂、碎石及钢筋取样送实验室，检验合格后，按技术规范规定，进行水泥混凝土配合比试验，并组织材料进场，按规定分别存放整齐。具有严密覆盖、通风良好的工棚内。砂料要清洁、坚硬、无杂质的中粗砂，并符合规范级配。碎石要坚硬、抗滑、耐磨、耐火、清洁和符合规范级配。拌和砼及养生用饮用水。
针对钢纤维混凝土的特性，拌和时用河砂，严禁用海砂，以避免对钢纤维的腐蚀，影响混凝土的使用及寿命。
2、混凝土的拌和
用强制式拌和机进行集中拌和，采用钢纤维、水泥、粗骨料先干拌而后加水湿拌的方法，并采用程控强制式机械搅拌机进行搅拌，以防止搅拌时钢纤维结团、弯曲或折断。要求准确的控制混合料的配合比，应严格控制用水量。在施工现场应每次浇筑前测定砂、石含水量，并以此為根据及时调整用水量。在拌和前，所用材料均应准确计量，其最大误差为：拌和水±1%；水泥±1%；砂、石集料±3%；外加剂±2%。搅拌时每工班要检查材料计量的准确性，每工班应不少于两次。混凝土拌和应均匀并具有良好的和易性，在浇筑前要进行坍落度试验，观察混凝土表观，是否发生离析，拌和是否均匀。
搅拌时间较普通混凝土长30s。
3、混凝土的运输
拌和好的混凝土由砼罐车运输至现场，运输前应修整车辆行走道路，避免车辆颠簸，造成混凝土离析。
4、混凝土的浇筑
4.1在浇注前应检查模板，拉线检查直顺度，用水准仪检测顶面标高，有偏差及时修正，一切就绪方可开盘。
4.2 混凝土震捣采用插入式震捣棒，沿浇筑方向斜向震捣，震捣棒与水平面倾角约为60度左右。棒头朝前进方向，棒间距以50cm为宜，注意过震与漏震，震捣时间以混凝土表面翻浆出气泡为宜。混凝土表面应随震捣随测量，在钢纤维混凝土浇筑过程中，除用振捣器人工振捣外，采用平板式振捣器振捣密实后进行拉毛抹平，并修整混凝土表面裸露的钢纤维。现场洒水覆盖浇水养护钢纤维混凝土，尤其是冬季期间的养护，采取了暖棚进行养护，确保棚内温度在5ºC以上。
5、混凝土浇筑注意事项
5.1混凝土所有的水泥、水、骨料、外加剂等必须符合配合比要求的规格和材质。
5.2混凝土后台计量应准确，误差满足规范要求。
5.3混凝土在运输过程中，应避免产生离析、初凝等现象。初凝混凝土废弃不得使用，离析混凝土必须在浇筑前用拌和机进行二次搅拌。
5.4混凝土在浇筑过程中应细致震捣密实，不得漏震。
5.5混凝土试块应严格按照规范要求留制，不得遗漏。
5.6认真作好混凝土施工记录，施工中要填写混凝土拌和、浇筑记录。
6、混凝土的养护
为防止裂缝的出现，在养护期内要保证表面湿润，养护期不少于7天。为保证施工后能尽快通车，做了多组强度试块，部分进行同条件养生。经过试块强度试验结果表明，本工程中的钢纤维混凝土的抗弯拉强度在浇筑7天后，强度可设计要求的80%。
结束语
由于铣削钢纤维混凝土的应用在我国还处于试验阶段，钢纤维原材的力学性能在我国一些地区尚不能进行复验。所以，我们应在实践中不断收集资料加以分析、研究、总结，完善施工工艺、改进施工管理，一定能提高铣削钢纤维混凝土的质量，使其满足现代路面的需求。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：铣削型钢纤维、路面混凝土、基本特性、设计、施工
Abstract: modern traffic in the pavement put forward higher request, in the pavement concrete with a certain amount of steel fiber can significantly improve the flexural strength, steel fiber evenly distributed, make the concrete pavement of bear the stress in the structure of the material and its length direction cross section is more uniform dispersion, to avoid the stress concentration, can effectively reduce cracks or prevent pavement crack extension and the expansion.
Keywords: milling steel fiber concrete, pavement, basic characteristics, design, construction
中图分类号：TS653 文献标识码：A 文章编号
前言
混凝土作为道路路面结构具有强度高、板体性好以及使用寿命长等优点。在一般情况下，混凝土的抗压强度能够承受30MPa以上的压应力，而轮胎荷载产生的压应力最大也只有1.0MPa（天津港四号路路设计荷载等级为P2—1.0MPa，荷载适用范围70~130KN），所以混凝土面板不会因轮胎荷载应力而产生压碎破坏。因此混凝土面板必须具备足够的抗弯拉强度来抵抗由于荷载及环境温度、湿度变化引起的拉应力。混凝土的抗弯拉强度为4~6MPa，远小于其抗压强度，属于高强脆性而其承受弯曲、拉伸、胀缩应力的能力较弱的材料。因此面板混凝土自身的抗弯拉强度是明显改善混凝土路面板受力特性，抑制路面裂缝扩展，延长使用年限的关键之一。经国内外许多试验证明，在混凝土面板中掺入一定量的钢纤维可以明显改善其抗弯拉强度。与传统的钢筋混凝土相比，钢纤维混凝土具有许多结构上的优点，钢纤维的均匀分布，使混凝土的应力在结构材料的横截面及其长度方向更加均匀分散，避免了应力集中，故能有效地减少裂缝或阻止裂缝的引伸和扩展，只要掺入数量较少的钢纤维就能明显地减少混凝土的开裂。而铣削型钢纤维混凝土为钢纤维混凝土各项性能较为优越也是比较普遍的一种，主要区别为这种钢纤维是从钢锭上铣削制得，因而得名。
天津港四号路拓宽改造工程位于天津港区，全长4公里，为该地区进出港口的主动脉通道。原道路为双向四车道、宽16.5m，为满足使用要求，改造后道路为双向六车道、加两侧停车带道路全宽为29m。在道路的加宽部位均采用了铣削型钢纤维混凝土，本文主要以天津港四号路拓宽改造工程为例对铣削型钢纤维混凝土基本特点及工艺做一介绍。
一、铣削型钢纤维基本特性
在《混凝土用钢纤维》（YB/T151-1999）中，钢纤维定义为：用钢材料经一定工艺制成的、能随机地分布于混凝土中的短而细的纤维。按原材料分类为：碳素结构钢C，合金结构钢A，不锈钢S；按生产工艺分类为：钢丝切断纤维W，薄板剪切纤维S，熔抽纤维Me，铣削纤维Mi；按形状及表面分类为：
标记举例：
A）碳素钢钢丝切断纤维，外形为纵向平直，两端带钩，表面光滑，长度25mm，抗拉强度大于1000MPa，其标记为：
CW03-25-1000YB/T151-1999
B）低合金钢铣削纤维，外形为纵向扭曲两端有锚尾，有一个粗糙表面，抗拉强度大于600MPa，长度为32mm，其标记为：
AMi04-32-600YB/T151-1999
铣削型钢纤维是直接在高质量钢锭上，用旋转铣刀铣切而得，其表面干燥，加工过程不接触任何润滑剂和冷却剂，横截面呈三角形，具有两个粗糙面和一个光滑面，径向扭曲，两端有带钩的锚尾。这种纤维的特点是轴向发生扭曲，并且通过改进刀具可以使纤维表面产生粗糙面。这种钢纤维表面积扩大，提高了其与混凝土的粘结力，改善了混凝土抗开裂能力；另一个特性是其光滑表面和独特外形，在新鲜混凝土混合料中不结团、分散均匀，呈现良好和易性和工作度。
铣削钢纤维的技术要求：
1、原材料应符合相应钢或钢产品标准的要求。
2、铣削钢纤维的增强效果与等效直径（de）、长度（L）、长径比（L/de）有关，钢纤维的增强作用随长径比增大而提高。
3、钢纤维长度偏差不应超过长度公称值的±5%。
4、钢纤维的重量偏差不应超过按尺寸公称值计算重的±15%。
5钢纤维径向扭曲角度应不小于20o。
6、钢纤维的抗拉强度不应低于600N/mm2。
7、钢纤维表面不得粘混有油污和其他妨碍与水泥砂浆粘结的杂质。
8、钢纤维内含有的因加工不良造成的粘连片、铁屑及杂质的总量不应超过钢纤维重的1%。
经大量试验证明在普通混凝土基体中，钢纤维在破坏时是由基体中拔出而不是拉断，因此钢纤维的增强主要取决于钢纤维与基体的粘结性能。我们在评定钢纤维的质量时，主要考虑钢纤维品种、规格、形状，以及是否含有妨碍纤维与基体粘结的杂质。
本次四号路改造工程中使用的钢纤维设计的性能指标为：钢纤维的抗拉强度不应低于600N/mm2，钢纤维直径一般为0.4~0.7mm，长度与直径之比宜位50~70。其它要求参照铣削钢纤维的技术要求。
施工中使用的是上海哈瑞克斯金属制品有限公司生产的SF01-32型（Ami04-32-600）铣削钢纤维。其基本参数如下表：
纤维长度mm 100根质量 等效直径mm 抗拉强度MPa 长径比
32.5 18.0 0.95 808.6 34.0
二、钢纤维混凝土的作用机理
钢纤维混凝土的作用机理是基于定向的钢纤维的存在阻止裂缝的产生和抑制裂缝的扩展。钢纤维与混凝土的粘结性能对这种限制起着主导作用。
混凝土的缩胀变形与混凝土本身有无约束条件有很大关系。混凝土在不受约束条件下，如未配钢筋或纤维材料或尺寸很小的混凝土试件，此时的收缩为自由收缩。这时，结构内部质点经收缩而靠近，称为相向变形，处于受压状态，不会引起开裂；如果配置较多的钢筋或大尺寸混凝土试件，其表层的收缩受到限制，此时的收缩为限制收缩。这时，结构内部质点因收缩反向分离开来，称为背向变形，处于受拉状态，當限制收缩应力超过其抗拉强度，就会引起开裂。同理，自由膨胀是质点产生背向变形，处于受压状态，不发生开裂。
引起混凝土开裂的因素很多，因此要完全避免混凝土中裂缝的产生是不可能的，裂缝一旦形成，由于其内部应力的推动，裂缝将沿着混凝土的薄弱部位不断发展。
钢纤维在混凝土中的阻裂作用主要表现在以下两个方面：首先钢纤维能显著提高混凝土抗塑性收缩的能力。当混凝土浇筑完成后，裂缝产生的主要原因是其内部的水分不一致蒸发，造成不均匀的体积收缩所致。这时，混凝土尚未硬化不能产生足够的强度以抵抗这一收缩应力，水泥浆体收缩引起的拉应力可导致混凝土开裂，而钢纤维的存在可分散或部分抵消内应力，从而抑制微裂缝的产生和发展。其次，钢纤维可降低裂缝尖端的应力集中，防止裂缝的进一步发展。众所周知，混凝土一旦裂缝形成，其尖端就会产生应力集中，裂缝会因此而继续扩展，但当其尖端发展到与纤维相交时，钢纤维即可抵消部分或全部的应力。由于钢纤维在混凝土中呈三维状态分布，所以可有效的防止裂缝发展成贯穿裂缝。
钢纤维对混凝土的增强增韧作用主要通过它与混凝土基体间的粘结力来实现，由于钢纤维与基体的粘结作用，使钢纤维能起到阻止裂缝开展并承受荷载的作用。同时，由于其间的粘结滑移消耗大量的能力，使混凝土裂后性态发生了根本的变化，大大改善了混凝土变形性能。
三、铣削型钢纤维混凝土的性能
（一）、钢纤维混凝土的基本力学性能
试验表明，钢纤维混凝土的抗压强度及早期抗压强度均比普通混凝土提高5%~20%，但不稳定，且与混凝土标号、钢纤维参量没有明显的关系和规律，故在设计时不考虑其抗压强度的差异。
铣削钢纤维混凝土和普通混凝土弯拉强度及其增长幅度如下表：
混凝土28d弯拉强度与钢纤维掺量的相应关系
从此表中可以看出，掺入钢纤维后混凝土的弯拉强度有较大的提高，且与钢纤维的掺量有关。同时标号过高的混凝土，其弯拉强度增加幅度有所变小。但经试验证明，当钢纤维掺量较高时，混凝土的弯拉强度的增长趋势也有所减缓。综合国内外若干钢纤维混凝土铺面实例，其中混凝土混合料中水泥用量宜为360kg/m3~400 kg/m3，水灰比宜选用0.45~0.50，钢纤维掺量为30 kg/m3~90 kg/m3。
（二）、铣削钢纤维混凝土抗裂、阻裂性能
大量试验结果表明，影响混凝土裂后性态的重要原因是钢纤维于基体界面间的粘结性能，而衡量这一性能的重要指标是界面的粘结强度。钢纤维与混凝土基体界面间的粘结强度是指界面单位面积的粘结力。这种粘结力是由钢纤维混凝土最薄弱的环节—钢纤维与混凝土基体粘结面间的物理结合所引起的。所谓物理结合是指水泥水化物与钢纤维接触面间的粘着力和机械咬合力。因此，界面粘结强度即受基体性能参数的影响又受钢纤维特征参数的影响。
研究表明，粘结强度的提高并不与混凝土基体材料强度的提高成正比，而且其效果并不明显。实践证明，降低混凝土中的用水量和掺加一些矿物外加剂是较为有效的方法。通过使用减水剂等外加剂可减少混凝土的分层和泌水，提高混凝土基体的密实度；此外，通过添加矿物外加剂（如硅粉和优质粉煤灰）也可以使得混凝土的颗粒级配更趋合理，提高钢纤维和混凝土基体的过渡层的密实度，从而改善其粘结强度。
钢纤维在抗裂试验拔出的过程可分为三个阶段：弹性粘结阶段、部分脱粘结阶段、完全脱粘结阶段。1、在弹性粘结阶段中，对同一基体而言，钢纤维对其影响不大且不同种类之间的差异也不大。2、带弯钩的铣削钢纤维在弹性粘结阶段后的拔出过程中，其端钩被拉直变形所提供的阻拔力贯穿部分和完全粘结两个阶段，提高了拔出功。所以，达到了最大荷载时，铣削钢纤维吸收能量的能力比其他平直钢纤维要大得几十倍，这也是铣削钢纤维优于其它钢纤维的原因之一。
钢纤维混凝土在冲击荷载下的抗裂性能是普通混凝土的3~4倍。
（三）、铣削钢纤维混凝土疲劳性能
道路混凝土受到车轮荷载重复作用时，面板混凝土会在低于静载一次作用的极限荷载应力时出现破坏。这种强度降低引起混凝土的破坏称为疲劳破坏。疲劳破坏的出现时由于外荷载作用下面板混凝土材料内部微结构损坏，并且在不断反复作用后，承受反力的有效面积逐渐减少，导致最终发生断裂破坏。
重复疲劳试验结果表明，在承载板上施加相同高限荷载条件下，随着钢纤维掺量的增加，累计疲劳作用次数均明显的增加。在疲劳过程中，当裂缝尖端与钢纤维相遇时，因裂缝无法直接通过而偏转方向，从而缓冲了裂缝尖端的应力集中程度，使混凝土疲劳寿命相应延长，钢纤维的掺量越高，抑制裂缝引发与扩展的能力越强，疲劳寿命也越长。
试验充分说明，铣削钢纤维混凝土的疲劳性能比普通混凝土有很大改善，当疲劳次数为100万次时，铣削钢纤维混凝土的弯拉强度是普通混凝土的1.65~2.25倍。
（四）、铣削钢纤维混凝土弯曲韧性
随着钢纤维混凝土研究工作的深入和应用领域的扩大，钢纤维混凝土的韧性已成为与强度同等重要的材料属性。钢纤维对混凝土性能的主要贡献之一是在能量吸收方面，这种性能通常称之为韧性。韧性是材料变形与裂断的综合性质，可定义为在荷载作用下到失效为止材料吸收能量的能力。
钢纤维混凝土的弯曲韧性指数随着纤维掺量的增加而提高，而铣削钢纤维的掺入量对混凝土的初裂强度影响不大。
四、设计施工中的钢纤维混凝土
在天津港四号路拓宽改造工程中，在机动车道加宽的路基中采用了15cm钢纤维混凝土结构，其下部为18cm水泥稳定碎石+15cm二灰土结构。设计思路：利用混凝土抗压强度较高的特点，故可把混凝土作为路基；混凝土中掺入钢纤维后，其抗弯拉强度有较大提高，可以抵抗一定的不均匀沉降；另外，结合四号路改造施工中边施工边通车、工期短的特点，钢纤维混凝土可以在抗弯拉强度达到设计要求后及时通车，而且会抑制混凝土裂缝的产生或扩大。
（一）、设计对四号路改造工程中钢纤维混凝土的配制及施工的要求：
1、钢纤维每掺加0.5%（体积率），单位体积用水量相应增加6kg；如掺用外加剂应考虑外加剂的影响。
2、钢纤维每掺加0.5%（体积率）砂率相应增加2%。
3、钢纤维混凝土稠度比相应的普通混凝土要求值小20mm。
4、搅拌时间较普通混凝土延长10~30s。
5、浇筑时应保证钢纤维分布均匀性和结构连续性，用机械振捣。
（二）、在四号路钢纤维混凝土施工过程中，按照规范要求及以往的施工经验，按以下工序进行施工：
1、原材料
水泥、砂、碎石及钢筋取样送实验室，检验合格后，按技术规范规定，进行水泥混凝土配合比试验，并组织材料进场，按规定分别存放整齐。具有严密覆盖、通风良好的工棚内。砂料要清洁、坚硬、无杂质的中粗砂，并符合规范级配。碎石要坚硬、抗滑、耐磨、耐火、清洁和符合规范级配。拌和砼及养生用饮用水。
针对钢纤维混凝土的特性，拌和时用河砂，严禁用海砂，以避免对钢纤维的腐蚀，影响混凝土的使用及寿命。
2、混凝土的拌和
用强制式拌和机进行集中拌和，采用钢纤维、水泥、粗骨料先干拌而后加水湿拌的方法，并采用程控强制式机械搅拌机进行搅拌，以防止搅拌时钢纤维结团、弯曲或折断。要求准确的控制混合料的配合比，应严格控制用水量。在施工现场应每次浇筑前测定砂、石含水量，并以此為根据及时调整用水量。在拌和前，所用材料均应准确计量，其最大误差为：拌和水±1%；水泥±1%；砂、石集料±3%；外加剂±2%。搅拌时每工班要检查材料计量的准确性，每工班应不少于两次。混凝土拌和应均匀并具有良好的和易性，在浇筑前要进行坍落度试验，观察混凝土表观，是否发生离析，拌和是否均匀。
搅拌时间较普通混凝土长30s。
3、混凝土的运输
拌和好的混凝土由砼罐车运输至现场，运输前应修整车辆行走道路，避免车辆颠簸，造成混凝土离析。
4、混凝土的浇筑
4.1在浇注前应检查模板，拉线检查直顺度，用水准仪检测顶面标高，有偏差及时修正，一切就绪方可开盘。
4.2 混凝土震捣采用插入式震捣棒，沿浇筑方向斜向震捣，震捣棒与水平面倾角约为60度左右。棒头朝前进方向，棒间距以50cm为宜，注意过震与漏震，震捣时间以混凝土表面翻浆出气泡为宜。混凝土表面应随震捣随测量，在钢纤维混凝土浇筑过程中，除用振捣器人工振捣外，采用平板式振捣器振捣密实后进行拉毛抹平，并修整混凝土表面裸露的钢纤维。现场洒水覆盖浇水养护钢纤维混凝土，尤其是冬季期间的养护，采取了暖棚进行养护，确保棚内温度在5ºC以上。
5、混凝土浇筑注意事项
5.1混凝土所有的水泥、水、骨料、外加剂等必须符合配合比要求的规格和材质。
5.2混凝土后台计量应准确，误差满足规范要求。
5.3混凝土在运输过程中，应避免产生离析、初凝等现象。初凝混凝土废弃不得使用，离析混凝土必须在浇筑前用拌和机进行二次搅拌。
5.4混凝土在浇筑过程中应细致震捣密实，不得漏震。
5.5混凝土试块应严格按照规范要求留制，不得遗漏。
5.6认真作好混凝土施工记录，施工中要填写混凝土拌和、浇筑记录。
6、混凝土的养护
为防止裂缝的出现，在养护期内要保证表面湿润，养护期不少于7天。为保证施工后能尽快通车，做了多组强度试块，部分进行同条件养生。经过试块强度试验结果表明，本工程中的钢纤维混凝土的抗弯拉强度在浇筑7天后，强度可设计要求的80%。
结束语
由于铣削钢纤维混凝土的应用在我国还处于试验阶段，钢纤维原材的力学性能在我国一些地区尚不能进行复验。所以，我们应在实践中不断收集资料加以分析、研究、总结，完善施工工艺、改进施工管理，一定能提高铣削钢纤维混凝土的质量，使其满足现代路面的需求。
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