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【摘要】钢纤维混凝土具有较大的抗拉强度，较高的抗裂性能和抗冲击性能，其用于路桥面铺装层可使其优越性能得以充分发挥，从而使道路路面、桥梁结构处于良好的工作状态。随着钢纤维生产技术的不断进步和基础理论的不断完善，钢纤维混凝土在路桥工程的应用将进一步拓宽。本文介绍了钢纤维混凝土的性能，分析研究了钢纤维混凝土在路桥施工中的应用。
【关键词】钢纤维混凝土路桥施工应用
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
钢纤维混凝土是把少量乱向分布的钢纤维加入到普通的混凝土当中混合形成的一种新的复合材料。加入的钢纤维呈乱向分布,可以有效抑制混凝土内部出现裂缝,或者抑制裂缝的扩展,在一定程度上提升了混凝土的各项性能,具有比较好的延展性。
一、钢纤维混凝土的性能
钢纤维的主要性能包括抗拉强度与黏结强度。试验表明,由于普通钢纤维混凝土主要是因钢纤维拔出而破坏,并不是因钢纤维拉断而破坏,因此钢纤维的抗拉强度一般能满足使用要求,而其与混凝土基体界面的黏结强度是钢纤维混凝土性能的主要因素。黏结强度除与基体的性能有关外,就钢纤维本身而言,与钢纤维的外形和截面形状有关。
通过对钢纤维的作用机理和钢纤维混凝土基本性能的大量研究和试验,归纳出以下主要性能:
1、强度和重量的比值增大
这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要指标，也是它具有广阔应用前景的重要保证。抗拉强度和以主拉应力控制的抗剪、抗弯、抗扭强度明显提高。当纤维掺量在1%～2%范围内，抗拉强度提高25%～50%，抗弯强度提高30%～80%，用直接双面试验所测定的抗弯强度提高50%～100%。抗压强度提高幅度较小，一般在0～25%。
2、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,受拉弹性模量随纤维掺量的增加约提高0～20%。钢纤维混凝土的韧性比素混凝土大大提高。在纤维掺量为0.8%～2.0%时,抗压韧性可提高2～7倍,弯曲冲击韧性可提高2～4倍,板式试验落锤法击碎试验所测得的冲击韧性可提高50到100倍甚至更高的抗冲击性能。
3、有效阻止或抑制温度应力开裂,抗疲劳性能有较大改善
由于钢纤维对混凝土的阻裂作用,使得钢纤维混凝土比素混凝土具有更好的软化性能和抗疲劳性能。例如掺有2%的钢纤维混凝土抗压疲劳寿命达到2×10次时,应力水平可达到0.92,而普通混凝土的应力水平为0.56。
4、有效降低混凝土的收缩和徐变
钢纤维混凝土的收缩值随掺量的增加而有所降低。例如,掺量为1.5%(长径比为50)的钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%～9%。持续荷载下钢纤维混凝土的受压徐变比相同条件的普通混凝土降低10%～30%。
5、有较好的抗磨损能力
通过对C-50、C-75纤维混凝土和普通无纤维混凝土的抗磨损试验表明,纤维混凝土增强抗磨损能力105%。使用C-50纤维增加的粗糙度,使得混凝土在同样外露表面磨损试验条件下,抗磨损能力增加1倍。C-75有纤维的混凝土试样对比无纤维的混凝土试样,其抗磨损能力增加52%,而其试件磨损损失量少34.4%。C-50纤维混凝土试样,水泥用量虽少,但所显示比C-75对比试样的抗磨损能力增加20%,而其材料磨损损失量减少17.2%。
6、显著提高了物理耐久性和化学耐久性
试验表明,掺有1.5%的钢纤维混凝土经150次冻融循环,其抗压和抗弯强度下降20%,而其他条件相同的普通混凝土却下降60%以上,经过200次冻融循环,钢纤维混凝土试件仍保持完好。掺量为1%、强度等级为CF35的钢纤维混凝土的耐磨损失比普通混凝土降低30%。掺有2%的钢纤维高强混凝土抗侵蚀能力较其他条件相同的高强混凝土提高1.4倍。
钢纤维混凝土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性,暴露在污水和海水中5年后的试件碳化深度小于5mm,只有表层的钢纤维产生锈斑,内部钢纤维未锈蚀,不像普通钢筋混凝土中钢筋锈蚀后,锈蚀层体积膨胀而将混凝土胀裂。
二、钢纤维混凝土在路桥施工中的应用
1、道路施工中钢纤维混凝土的应用
由于钢纤维混凝土路面具有减薄铺装厚度、纵缝不设或少设、横向缩缝少、良好的耐磨性及冻融性等优点, 延长路面使用寿命, 从而在路面工程中获得广泛应用。
（1）新建全截面钢纤维混凝土路面。全截面采用钢纤维混凝土的路面厚度为普通混凝土路面厚度的50% ~ 60%, 钢纤维掺量为0.8% ~ 1.2%。双车道路面一般不设纵逢, 横缝间距20 m ~ 30 m, 最长可取50 m。
（2）新建复合式钢纤维混凝土路面。复合式路面可以做成双层式或三层式。双层式路面的构造是在全路面板厚的上层约全厚40% ~ 60% 铺设钢纤维混凝土。三层式复合路面是上下两层分别做成钢纤维混凝土层, 中间夹普通混凝土层。结构上比较合理, 但施工复杂。根据经验, 三层式复合路面宜在机械化铺设条件较高的地区使用。此外, 还可以采用钢纤维- 钢丝网混凝土复合式路面。
（3）碾压钢纤维混凝土路面。将钢纤维置于碾压混凝土中, 从而使路面的强度和韧性增强, 改善碾压混凝土的力学性能。
（4）钢纤维混凝土罩面。旧混凝土路面损坏采用钢纤维混凝土铺筑罩面层。钢纤维混凝土罩面分结合式、直接式、分离式三种结合。结合式罩面面层与旧混凝土相互粘结为一整体, 共同发挥结构的整体强度作用。分离式罩面层与旧混凝土不粘结, 而是中间设置一个隔离层, 各层独立发挥作用。直接式是直接在旧水泥混凝土面层上加铺钢纤维混凝土罩面层。一般用于损坏较轻微的旧水泥混凝土路面。
（5）钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土罩面修补。用钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土对损坏的路面进行修补罩面。钢纤维体积率以1% ~ 2%为宜, 长径比可略高于钢纤维增强混凝土的长径比。一般限制在70 ~ 100范围内。
（6）在多年冻土地区的用于抗冻。在多年冻土地区选用钢纤维混凝土路面以减少吸热,并维持冻土热平衡和提高抗冻性。
2、桥梁施工中钢纤维混凝土的应用
（1）桥面铺装。采用钢纤维混凝土桥面铺装层不仅可以增强桥面的抗裂性、耐久性和提高舒适性能, 还可以增强桥梁抗折强度,增加桥梁本身刚度, 减少铺装厚度, 降低结构自重, 改善桥梁受力状况。此外, 采用钢纤维混凝土和橡胶沥青混凝土复合的双层桥面也是一种有效措施。
（2）桥梁上部承受荷载部位。采用钢纤维混凝土作为主拱圈(主梁)或在应力集中区局部加强, 改善结构受力性能, 有效控制结构变形, 减轻自重, 推动桥梁结构向大跨度、轻型化方向发展。结构性能良好, 造型美观, 而且可减少上部材料用量, 使下部墩台数量也相应减少, 从而降低造价, 提高经济效益。通过修建钢纤维混凝土桥梁降低梁高, 满足使用上的特殊要求。
（3）桥梁墩台等结构局部加固。对动载长期作用下造成的桥梁墩台及桥面板裂缝或表层剥落病害, 采用转子Ⅱ型喷射机喷射5 cm ~ 20 cm 钢纤维混凝土以满足结构的整体性和抗震性要求。一般钢纤维类型采用剪切钢纤维, 掺量为110%; 采用硫铝酸盐快硬水泥和TS型速凝剂提高早期抗裂性能; 对旧混凝土表面喷砂或凿毛, 增加新旧混凝土的整体性。
（4）钢筋混凝土桩加强。采用钢纤维混凝土对桩顶或桩尖局部增强, 桩的穿透力有较大提高, 锤击次数减少, 大大提高打击速度。一般在桩顶和桩尖部位采用钢纤维混凝土, 增强桩顶的抗冲击韧性, 避免桩顶在打入设计深度以前出现破裂, 并增加桩尖入土能力, 提高打击速度。桩身部分仍用预应力或非预应力钢筋混凝土。当然也可以全断面整体浇筑钢纤维混凝土, 但其经济效益会有所下降。所以, 应经过技术经济比较决定。
3、采用喷射钢纤维混凝土衬砌隧道和边坡防护加固
采用喷射钢纤维混凝土衬砌隧道是一种有效的技术措施。具有加强结构整体性和防止隧道渗漏水的作用。在边坡岩石节理裂隙发育的地质不良地段, 采用普通混凝土支护并用喷射钢纤维混凝土加强或全截面采用喷射纤维混凝土支护加固。
参考文献：
[1] 吕旭溪.钢纤维混凝土路面和桥面施工技术要求[J]. 黑龙江科技信息. 2008(14)
[2] 趙淑燕.钢纤维混凝土路面和桥面施工技术要求[J]. 黑龙江科技信息. 2008(13)
【关键词】钢纤维混凝土路桥施工应用
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
钢纤维混凝土是把少量乱向分布的钢纤维加入到普通的混凝土当中混合形成的一种新的复合材料。加入的钢纤维呈乱向分布,可以有效抑制混凝土内部出现裂缝,或者抑制裂缝的扩展,在一定程度上提升了混凝土的各项性能,具有比较好的延展性。
一、钢纤维混凝土的性能
钢纤维的主要性能包括抗拉强度与黏结强度。试验表明,由于普通钢纤维混凝土主要是因钢纤维拔出而破坏,并不是因钢纤维拉断而破坏,因此钢纤维的抗拉强度一般能满足使用要求,而其与混凝土基体界面的黏结强度是钢纤维混凝土性能的主要因素。黏结强度除与基体的性能有关外,就钢纤维本身而言,与钢纤维的外形和截面形状有关。
通过对钢纤维的作用机理和钢纤维混凝土基本性能的大量研究和试验,归纳出以下主要性能:
1、强度和重量的比值增大
这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要指标，也是它具有广阔应用前景的重要保证。抗拉强度和以主拉应力控制的抗剪、抗弯、抗扭强度明显提高。当纤维掺量在1%～2%范围内，抗拉强度提高25%～50%，抗弯强度提高30%～80%，用直接双面试验所测定的抗弯强度提高50%～100%。抗压强度提高幅度较小，一般在0～25%。
2、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,受拉弹性模量随纤维掺量的增加约提高0～20%。钢纤维混凝土的韧性比素混凝土大大提高。在纤维掺量为0.8%～2.0%时,抗压韧性可提高2～7倍,弯曲冲击韧性可提高2～4倍,板式试验落锤法击碎试验所测得的冲击韧性可提高50到100倍甚至更高的抗冲击性能。
3、有效阻止或抑制温度应力开裂,抗疲劳性能有较大改善
由于钢纤维对混凝土的阻裂作用,使得钢纤维混凝土比素混凝土具有更好的软化性能和抗疲劳性能。例如掺有2%的钢纤维混凝土抗压疲劳寿命达到2×10次时,应力水平可达到0.92,而普通混凝土的应力水平为0.56。
4、有效降低混凝土的收缩和徐变
钢纤维混凝土的收缩值随掺量的增加而有所降低。例如,掺量为1.5%(长径比为50)的钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%～9%。持续荷载下钢纤维混凝土的受压徐变比相同条件的普通混凝土降低10%～30%。
5、有较好的抗磨损能力
通过对C-50、C-75纤维混凝土和普通无纤维混凝土的抗磨损试验表明,纤维混凝土增强抗磨损能力105%。使用C-50纤维增加的粗糙度,使得混凝土在同样外露表面磨损试验条件下,抗磨损能力增加1倍。C-75有纤维的混凝土试样对比无纤维的混凝土试样,其抗磨损能力增加52%,而其试件磨损损失量少34.4%。C-50纤维混凝土试样,水泥用量虽少,但所显示比C-75对比试样的抗磨损能力增加20%,而其材料磨损损失量减少17.2%。
6、显著提高了物理耐久性和化学耐久性
试验表明,掺有1.5%的钢纤维混凝土经150次冻融循环,其抗压和抗弯强度下降20%,而其他条件相同的普通混凝土却下降60%以上,经过200次冻融循环,钢纤维混凝土试件仍保持完好。掺量为1%、强度等级为CF35的钢纤维混凝土的耐磨损失比普通混凝土降低30%。掺有2%的钢纤维高强混凝土抗侵蚀能力较其他条件相同的高强混凝土提高1.4倍。
钢纤维混凝土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性,暴露在污水和海水中5年后的试件碳化深度小于5mm,只有表层的钢纤维产生锈斑,内部钢纤维未锈蚀,不像普通钢筋混凝土中钢筋锈蚀后,锈蚀层体积膨胀而将混凝土胀裂。
二、钢纤维混凝土在路桥施工中的应用
1、道路施工中钢纤维混凝土的应用
由于钢纤维混凝土路面具有减薄铺装厚度、纵缝不设或少设、横向缩缝少、良好的耐磨性及冻融性等优点, 延长路面使用寿命, 从而在路面工程中获得广泛应用。
（1）新建全截面钢纤维混凝土路面。全截面采用钢纤维混凝土的路面厚度为普通混凝土路面厚度的50% ~ 60%, 钢纤维掺量为0.8% ~ 1.2%。双车道路面一般不设纵逢, 横缝间距20 m ~ 30 m, 最长可取50 m。
（2）新建复合式钢纤维混凝土路面。复合式路面可以做成双层式或三层式。双层式路面的构造是在全路面板厚的上层约全厚40% ~ 60% 铺设钢纤维混凝土。三层式复合路面是上下两层分别做成钢纤维混凝土层, 中间夹普通混凝土层。结构上比较合理, 但施工复杂。根据经验, 三层式复合路面宜在机械化铺设条件较高的地区使用。此外, 还可以采用钢纤维- 钢丝网混凝土复合式路面。
（3）碾压钢纤维混凝土路面。将钢纤维置于碾压混凝土中, 从而使路面的强度和韧性增强, 改善碾压混凝土的力学性能。
（4）钢纤维混凝土罩面。旧混凝土路面损坏采用钢纤维混凝土铺筑罩面层。钢纤维混凝土罩面分结合式、直接式、分离式三种结合。结合式罩面面层与旧混凝土相互粘结为一整体, 共同发挥结构的整体强度作用。分离式罩面层与旧混凝土不粘结, 而是中间设置一个隔离层, 各层独立发挥作用。直接式是直接在旧水泥混凝土面层上加铺钢纤维混凝土罩面层。一般用于损坏较轻微的旧水泥混凝土路面。
（5）钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土罩面修补。用钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土对损坏的路面进行修补罩面。钢纤维体积率以1% ~ 2%为宜, 长径比可略高于钢纤维增强混凝土的长径比。一般限制在70 ~ 100范围内。
（6）在多年冻土地区的用于抗冻。在多年冻土地区选用钢纤维混凝土路面以减少吸热,并维持冻土热平衡和提高抗冻性。
2、桥梁施工中钢纤维混凝土的应用
（1）桥面铺装。采用钢纤维混凝土桥面铺装层不仅可以增强桥面的抗裂性、耐久性和提高舒适性能, 还可以增强桥梁抗折强度,增加桥梁本身刚度, 减少铺装厚度, 降低结构自重, 改善桥梁受力状况。此外, 采用钢纤维混凝土和橡胶沥青混凝土复合的双层桥面也是一种有效措施。
（2）桥梁上部承受荷载部位。采用钢纤维混凝土作为主拱圈(主梁)或在应力集中区局部加强, 改善结构受力性能, 有效控制结构变形, 减轻自重, 推动桥梁结构向大跨度、轻型化方向发展。结构性能良好, 造型美观, 而且可减少上部材料用量, 使下部墩台数量也相应减少, 从而降低造价, 提高经济效益。通过修建钢纤维混凝土桥梁降低梁高, 满足使用上的特殊要求。
（3）桥梁墩台等结构局部加固。对动载长期作用下造成的桥梁墩台及桥面板裂缝或表层剥落病害, 采用转子Ⅱ型喷射机喷射5 cm ~ 20 cm 钢纤维混凝土以满足结构的整体性和抗震性要求。一般钢纤维类型采用剪切钢纤维, 掺量为110%; 采用硫铝酸盐快硬水泥和TS型速凝剂提高早期抗裂性能; 对旧混凝土表面喷砂或凿毛, 增加新旧混凝土的整体性。
（4）钢筋混凝土桩加强。采用钢纤维混凝土对桩顶或桩尖局部增强, 桩的穿透力有较大提高, 锤击次数减少, 大大提高打击速度。一般在桩顶和桩尖部位采用钢纤维混凝土, 增强桩顶的抗冲击韧性, 避免桩顶在打入设计深度以前出现破裂, 并增加桩尖入土能力, 提高打击速度。桩身部分仍用预应力或非预应力钢筋混凝土。当然也可以全断面整体浇筑钢纤维混凝土, 但其经济效益会有所下降。所以, 应经过技术经济比较决定。
3、采用喷射钢纤维混凝土衬砌隧道和边坡防护加固
采用喷射钢纤维混凝土衬砌隧道是一种有效的技术措施。具有加强结构整体性和防止隧道渗漏水的作用。在边坡岩石节理裂隙发育的地质不良地段, 采用普通混凝土支护并用喷射钢纤维混凝土加强或全截面采用喷射纤维混凝土支护加固。
参考文献：
[1] 吕旭溪.钢纤维混凝土路面和桥面施工技术要求[J]. 黑龙江科技信息. 2008(14)
[2] 趙淑燕.钢纤维混凝土路面和桥面施工技术要求[J]. 黑龙江科技信息. 2008(13)