钢纤维混凝土在路面工程中的应用Word下载.docx

1、钢纤维混凝土的影响因素：根据纤维增强机理的各种理论，诸如纤维间距理论、复合材料理论和微观断裂理论，以及大量的试验数据的分析，可以确定纤维的增强效果主要取决于基体强度（fm），纤维的长径比（钢纤维长度l与直径d的比值，即I/d），纤维的体积率（钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数），纤维与基体间的粘结强度（），以及纤维在基体中的分布和取向（）的影响。当钢纤维混凝土破坏时，大都是纤维被拔出而不是被拉断，因此改善纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素之一。改善的钢纤维混凝土主要办法：增加纤维的粘结长度（即增加长径比）改善基体对钢纤维的粘结性能改善纤维的形状、增加纤维与基体间的摩阻和咬合

2、力1钢纤维是当今世界各国普遍采用的混凝土增强材料。它具有抗裂、抗冲击性能强、耐磨强度高、与水泥亲合性好,可增加构件强度,延长使用寿命等优点。钢纤维因其不同的加工生产方法而区分为熔抽型、拉丝切断型、剪切型和切削型等。其中剪切型钢纤维现可生产平直微扭形、波浪形、端勾形、弓形和压痕形五种形状20多个规格的产品。钢纤维又因其不同的原材料而分为普通钢纤维和特种钢纤维。在普通钢筋混凝土结构中掺入钢纤维,不但可以提高抗拉、抗剪和抗弯强度,而且在使用性能如断裂韧性、极限应变、裂后承载和耐磨、抗折、抗冲击、抗疲劳等方面都获得显著改善。而且,在同等强度下可减少混凝土厚度,节约混凝土用量40% 50%,大大降低工程

3、造价。此外,由于早期强度高,以及较大的缩缝间距,可缩短施工周期25%,特别适用于要求快速连续浇筑混凝土的较大工程2。3钢纤维材料组成（结构）特点及制备（施工）工艺钢纤维材料一般由钢纤维、水泥、集料、外加剂组成，针对不同的使用环境，各材料的比例会有所不同。钢纤维混凝土生产过程中，投料、搅拌和成型，都要尽可能有利于混凝土的密实和钢纤维的均匀分布。钢纤维混凝土构件的强度是由钢纤维分布最少的那个截面所决定的。混凝土不密实或钢纤维的分布不均匀就意味着纤维体积率（常将纤维体积率控制在2%以内）的降低，甚至由于混凝土中的钢纤维结团会导致构件的局部强度削弱；所以，混凝土的密实性与钢纤维分布的均匀性是钢纤维混凝

4、土制备的关键3。3.1 搅拌为防止钢纤维搅拌结团,搅拌楼一次拌和量不宜大于其额定搅拌量的80%,同时也保护搅拌机叶片,防止钢纤维搅断。投料顺序和方法以搅拌过程中钢纤维不结团和保证生产率为原则,通过试拌或根据经验确定。宜采用将钢纤维与干料干拌均匀,再加水湿拌；也可采用钢纤维分散机在拌和过程中分散加入钢纤维。为了保证钢纤维在混凝土中的分散性和均匀性,钢纤维混凝土应比普通混凝土规定的纯拌和时间延长2030 s。采用先干拌后加水的搅拌方式时,干拌时间不宜少于1 min；采用小容量搅拌机拌和时,钢纤维混凝土总拌和时间应较搅拌楼拌和时间延长12 min,采用先干拌后加水的搅拌方式时,干拌时间不宜少于1.5

5、 min。3.2 运输钢纤维混凝土从拌和出料、运输、浇筑至铺筑完毕的时间应符合表6规定。不满足时应通过试验加大缓凝剂或保塑剂的剂量,使用缓凝剂延长凝结时间后表中数值可增加0.250.5 h。对于已超过表6规定摊铺允许最长时间的混凝土不得用于路面摊铺。运送混凝土的车辆装料前,应清净厢罐,洒水润壁,排干积水。装料时,自卸车应挪动车位,防止离析。搅拌楼卸料落差不应大于2.0 m。运输过程中应防止漏浆、漏料和污染路面,途中不得随意耽误。混凝土一旦在车内停留超过初凝时间,应采取紧急措施处置,严禁混凝土硬化在车厢（罐）内。3.3 铺筑钢纤维混凝土必须尽量加快施工速度,否则,很快会凝结导致难以摊铺。为保证面

6、板中钢纤维分布的均匀性及结构的连续性,在一块板内的浇筑施工过程不得中断。由于钢纤维的顶托,钢纤维混凝土布料松铺高度宜比普通混凝土略高10 mm左右。在浇筑和摊铺过程中,严禁因拌合物干涩而加水,但可喷雾防止表面水分蒸发。3.4 振捣钢纤维混凝土拌合物布料长度大于10 m时,可开始振捣作业。为确保钢纤维分布的均匀性,应采用大功率平板式振捣器振捣密实,再采用振动梁压实整平。钢纤维混凝土铺筑到厚度一半后,可先采用2.23.0 kW的平板式振捣器振捣一遍,然后加高铺筑混凝土到顶,等初步整平后换用1.21.5 kW的平板式振捣器再振捣一遍。平板式振捣器振捣时,振捣器沿纵向一行一行地由路边向路中移动,每次移

7、动平板时前后位置的搭头重叠面为20 cm左右（约为1/3平板宽度）。不得漏振。振动器在每一位置的振动时间一般为1525 s,不得过久,应以振至钢纤维混凝土混合料泛浆,不明显下降、不冒气泡,表面均匀为度。在模板边缘、传力杆等平板式振捣器不易振到的地方,可用高频率插入式振捣棒顺路线方向插入,使钢纤维成纵向条状集束。振捣棒每次移动距离不宜超过振捣捧有效作用半径的1.5倍,并不得大于500 mm,插入式振捣棒与模板间距一般为10 cm左右,振捣时间宜为1530 s。面板振实后,随即安装纵缝拉杆。单车道摊铺的混凝土路面,在侧模预留孔中应按设计要求插入拉杆；一次摊铺双车道路面时,除应在侧模孔中插入拉杆外,

8、还应在中间纵缝部位,使用拉杆插入机在l/2板厚处插入拉杆,插入机每次移动的距离应与拉杆间距相同。3.5 整平与饰面三辊轴整平机按作业单元分段整平,作业单元长度宜为2030 m。振捣与整平两道工序时间间隔不宜超过15 min。三辊轴滚压振实料位高差宜高于模板顶面520 mm,过高时应铲除,过低应及时补料。在一个作业单元长度内,三辊轴整平机应采用前进振动、后退静滚方式作业,宜分别23遍。滚压完成后,将振动辊轴抬离模板,用整平轴前后静滚整平,直到平整度符合要求、表面砂浆厚度均匀为止。表面砂浆厚度宜控制在（41）mm,三辊轴整平机前方表面过厚、过稀的砂浆必须刮除丢弃。饰面的最迟时间不得迟于表6规定的铺

9、筑完毕允许的最长时间。用3 m以上刮尺、刮板或抹刀纵横向精平表面,每个方向不少于两遍。精平后的表面不得裸露钢纤维,也不应留浮浆。3.6 抗滑构造钢纤维混凝土路面必须使用硬刻槽方式制作抗滑构造。硬刻槽应在抗压强度达到40%后开始,并宜在两周内完成。硬刻槽的形状宜使用上宽6 mm、下窄3 mm的梯形槽,槽深35 mm,槽间距在1224 mm之间随机调整。硬刻槽机重量宜重不宜轻,一次刻槽最小宽度不应小于500 mm,硬刻槽时不应掉边角,亦不得中途抬起或改变方向,并保证硬刻槽到面板边缘。硬刻槽后应随即将路面冲洗干净,并恢复路面的养护。3.7 养护钢纤维混凝土路面铺筑完成后立即开始养护。宜采用喷洒养生剂

10、同时保湿覆盖的方式养护,也可采用覆盖塑料薄膜、土工布等洒水湿养方式。日平均温度小于等于5施工的钢纤维混凝土路面应采取保温保湿养护措施。养护时间根据混凝土弯拉强度增长情况而定,不宜小于设计弯拉强度的80%,应特别注重前7d的保湿（温）养护。一般养护天数宜为1421d,高温天不宜少于14d,低温天不宜少于2ld。养护初期,严禁人、畜、车辆通行,在达到设计强度40%后,行人方可通行。面板达到设计弯拉强度后,方可开放交通4。4钢纤维混凝土性能4.1 钢纤维混凝土配合比（1）配合比设计原则钢纤维混凝土配合比设计按普通混凝土方法进行。除了满足设计要求的抗弯拉强度外,还要满足路面混凝土施工要求。（2）配合比

11、设计指标钢纤维混凝土配合比主要控制指标5:最大水灰比不超过0.47,砂率控制在38%50%,水泥用量为400480 kg/m3,坍落度控制在35 cm。根据钢纤维混凝土及三棍轴施工特点,选用试验室配合比见表1。4.2 新拌钢纤维混凝土性能铣削型钢纤维有一个像砂皮般粗糙的表面,使它与水泥浆体的黏结较为牢固,可减少塌边现象。一般情况下,铣削钢纤维混凝土坍落度值比相应的普通混凝土小20 mm,经摊铺机振动,即表现出与普通混凝土一样的黏聚性。4.3 硬化后钢纤维混凝土性能（1）弯拉强度钢纤维混凝土28 d弯拉强度测定结果见表2。由表2发现,钢纤维掺量为3050 kg/m3时,铣削钢纤维混凝土的弯拉强度

12、比普通混凝土提高约15%35%,且与钢纤维的掺量成正比。（2）抗冲击性冲击强度反映混凝土在冲击荷载作用下的抗裂性能。将重8 kg的钢球从25 cm高度自由落下冲击经标准养护28 d的尺寸为5 cm15 cm15 cm的试件,当试件裂缝大于0.3 mm时,记录的冲击次数即为冲击强度,试验结果见表3。表3数据表明,钢纤维混凝土抗冲击性能随钢纤维掺量增加而提高。钢纤维掺量为3050 kg/m3时,与普通混凝土相比,其抗冲击性能可提高35倍。（3）抗干缩开裂性能试验在工地上进行,在养护28 d水泥稳定碎石基层上浇筑30 cm50 cm5 cm的普通混凝土板和钢纤维掺量为50 kg/m3的混凝土板,用碘

13、弧灯强光和风扇强风来加快试板失水,随时观察裂缝产生的时间。裂缝数量统计情况见表4。表4数据可知,比普通混凝土,钢纤维混凝土裂缝产生时间迟,裂缝产生数量少。这表明钢纤维混凝土用于路面可以延长混凝土面板缩缝间距。（4）耐磨性耐磨性试验采用TNS-04水泥胶砂耐磨试验机。试验前将尺寸为15 cm7 cm的试件在60烘箱中烘至恒重,然后在水泥胶砂试验机上磨削50转,磨损面积为0.012 5 m2。计算试件单位面积磨损量,以此作为标准来描述混凝土耐磨性。试验结果见表5。由表5可知,在混凝土中掺钢纤维可显著提高其耐磨性能。与普通混凝土相比,钢纤维混凝土耐磨性能提高了24.2%6，7。5钢纤维混凝土的应用钢

14、纤维混凝土在工程中的实际应用始于上世纪70年代,由美国Battele公司开发的熔抽钢纤维技术为钢纤维混凝土的应用提供了条件。此后在加拿大、英国、瑞典、日本等国家也迅速进行这方面的应用研究。我国是从上世纪70年代着手对钢纤维混凝土进行材料力学性能的实验研究,1989年颁布钢纤维混凝土试验方法（CECS13: 89）,1992年颁布钢纤维混凝土结构设计与施工规程（CECS38: 92）, 2004年颁布纤维混凝土结构技术规程（CECS38: 2004）。目前纤维混凝土在结构工程、铺面工程、地下结构及其他特种结构工程等领域得到了比较广泛的应用。在结构工程方面,那些对抗拉、抗剪、抗弯拉强度和抗裂、抗冲

15、击、抗疲劳、抗震、抗爆等性能要求较高的工程部位,若采用钢纤维混凝土会得到较高的抗拉强度、断裂韧性和抗疲劳等性能。例如在梁柱节点中,已有实验证明8,9钢纤维混凝土梁柱节点与普通混凝土梁柱节点相比,在强度、刚度、耗能能力和梁钢筋粘结锚固方面有较大的改善,采用钢纤维混凝土梁柱节点的框架与普通钢筋混凝土框架相比,结构的延性提高57%,耗能能力提高130%,循环次数提高15%,在框架梁柱节点采用钢纤维混凝土可替代部分箍筋,既改善了节点区的抗震性能,又解决了节点区钢筋过密、施工困难等问题。一般来说,铺面工程包括公路路面、机场道面、桥面、工业地面及屋面等。因钢纤维混凝土有着优良的抗拉,抗弯、抗裂、抗疲劳、抗

16、冲击、抗收缩、韧性好等一系列物理力学性能,因此,在铺面工程领域中得到较广泛应用。文献10通过恩施州318国道某路段的路面设计对比,采用素混凝土路面,路面板厚度为25 cm；采用层布式混杂纤维混凝土路面,路面板厚度为仅为16 cm。地下结构所用的钢纤维混凝土一般为钢纤维增强喷射混凝土,它具有诸多特点,强度高（抗拉、抗弯、抗剪）；抵抗冲击、爆炸和震动的性能高；韧性（变形性能）好；抗冻、耐热与耐疲劳性能好；抗裂性能强；即使构件已产生微小裂缝,也会因钢纤维继续抗拔而使韧性大为提高；喷射后的纤维方向接近二维分布；施工速度快、适应性广；钢喷集料回弹率比素喷低；钢喷的综合单价低；钢喷可代替新奥法中传统的喷网

17、支护。目前广泛应用于水利电力、铁道、公路、冶金、煤炭、军工及其它工业与民用的洞室的临时与永久支护、代替新奥法、洞室施工中的喷网支护、地下工程塌方的约束与抢修、隧道加固与病害处理等工程。6 总结钢纤维混凝土具有优异的特性,使其广泛应用于各个工程领域,但其本身存在的问题,也抑制了它的应用。（1）钢纤维造价普遍较高,国产的性能相对较低,难以大规模使用,例如在建筑结构上一般只用钢纤维混凝土于梁柱节点。若能开发出更好的钢纤维制造工艺,必能再进一步推广钢纤维混凝土的应用。（2）钢纤维混凝土的增强机理至今也还不是很清楚,现行的几种理论都并不完善,复合理论忽略了纤维复合带来的耦合效应,纤维间距理论忽略了纤维自

18、身的耦合作用,都有应用局限性,需待进一步的研究和探讨。（3）目前对钢纤维混凝土的研究多集中在物理性能方面,对于化学性能方面（比如耐久性）的研究相对较少。随着钢纤维混凝土应用的扩展,问题将会越来越多地暴露出来,我们要早着手研究其化学性能,指导解决将要出现的问题和改善新设计的钢纤维混凝土化学性能问题11。（4） 钢纤维混凝土与普通混凝土相比,在相对较低的水泥用量情况下,钢纤维混凝土具有较高的抗折强度和耐磨性能、良好的抗冲击性能和抗裂性能,非常适合在重载交通路面工程中应用12 13。7结束语从目前来看,我国的钢纤维混凝土的研究与开发方面和国外相比,还有一定的差距。有许多问题有待进一步的研究。例如:

19、钢纤维在水泥碱性环境中的腐蚀:复合材料与混凝土之间的粘结耐久性和紧密性:理论研究与实际条件下（环境、气候）的差别:研制具有实际意义的工艺路线。成本高一直是困扰钢纤维混凝土大规模应用的一个难题。发展高效节能的工艺路线成为当前重中之重。钢纤维混凝土是一种新型建筑材料,它将合成化学纤维和传统的混凝土相结合,可有效防止混凝土因早期干缩,塌沉所引起的内蕴裂缝。钢纤维混凝土的应用范围很广,在高层、大跨建筑工程,高速公路路面,荷载较大的仓库地面、机场等结构中已得到广泛应用。随着国家建设的不断发展和人们对工程质量要求的日益提高,我们有理由相信, 钢纤维混凝土将展示出它超群的优势。参考文献1 T. Y. Lim

20、, P. Paramasivam, and S. L. Lee, Analytical Model for Tensile Behavior of Steel-Fiber Concrete, Materials Journal, 1987（286-298）.2 时宗滨,齐巧男. 浅谈纤维混凝土的应用J. 黑龙江交通科技,2008（6）.3 焦楚杰，孙伟等.中含量钢纤维高强混凝土施工工艺优选J.建筑技术,2004（1）.4 蒋应军，刘海鹏等. 钢纤维混凝土性能与施工工艺研究.J.混凝土,2008（8）.5 JTG F302003,公路水泥混凝土路面施工技术规范S.北京:人民交通出版社,2003.

21、 6JTG E302005,公路工程水泥及水泥混凝土试验规程S.北京:人民交通出版社,2005.7胡森林.钢纤维混凝土桥面施工技术要点J.科技情报开发与经济,2004,14（7）:316-317.8蒋永生,陈忠范,周绪平等.整浇梁板的框架节点抗震研究J.建筑结构学报, 1994, 15（6）: 1116.9郑七振,魏林,朱斌.钢纤维混凝土框架节点抗震性能试验研究J.上海理工大学学报, 2004, 26（4）: 321327.10袁海庆,朱继东,陈景涛.层布式混杂纤维对混凝土抗弯性能的改善及其在路面设计中的应用J.混凝土与水泥制品, 2003（4）: 4143.11王贤楷. 钢纤维混凝土的研究与

22、应用J.混凝土技术, 2008（3）.12 Lin Showmay Hsu and ChengTzu Thomas Hsu, Stress-Strain Behavior of Steel-fiber High-Strength Concrete Under Compression, Structural Journal, 1994（448-457）.13 Antoine E. Naaman and Surendra P. Shah, Pull-Out Mechanism in Steel Fiber-Reinforced Concrete, Journal of the Structural Division,t 1976（1537-1548）