钢纤维混凝土应用论文

摘要：作为工程材料，钢纤维混凝土的应用比素混凝土以及钢筋混凝土的应用历史要短的多，随着对其基本力学性质研究工作的不断深入以及施工工艺的不断完善，钢纤维混凝土路面应用将更加广泛。

1、前言

传统的城市地道面层主要为水泥混凝土，随着交通事业的发展，水泥混凝土面层已经逐渐不能适应交通发展的需要，使用很快就会出现破损、开裂等损坏，这样就养护工作量逐年增大，面层的更换周期缩短，还常因地道面层维修而导致交通堵塞。钢纤维混凝土（SFRC）是近20年来迅速发展起来的一种新型复合材料，其具有优良的抗裂性、抗弯曲性、耐冲击性、耐疲劳性等特点，在水泥混凝土路面中通过纤维的网状分布，改善混凝土的性能，大大提高混凝土的抗折强度，同时提高混凝土的耐磨、抗渗、抗冲击能力，减少断板、龟裂等病害现象。因而特别适用于桥梁、道路工程。为此本文介绍了钢纤维混凝土在天津市军粮城地道中的应用工艺，以供同类工程参考。

2、钢纤维混凝土应用实例 2.1项目概况

军粮城示范镇十一号路地道下穿津秦客专、津山铁路以及京津城际延长线，是连接津塘公路津北公路及津滨高速的主要道路之一，同时是军粮城示范镇一期、二期共约350万平方米（建筑面积）建筑施工主要通道。总长度为540米，车行道路面宽度为32.5米，中央为7.05米宽中分带。该地道道路面层设计为18cm厚C35钢纤维混凝土。

2.2钢纤维混凝土面层设计

与普通混凝土相比，钢纤维混凝土不仅能改善抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能，而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能，显著提高结构的疲劳性能及其耐久性。尤其是韧性可增加l0-20倍，美国对钢纤维混凝土与普通混凝土力学性能比较的试验结果见下表：

表1.1

物理力学性质指标 普通混凝土 钢纤维混凝土 极限抗弯拉强度 2-5.5MPa 5-26 MPa 极限抗压强度 21-35 MPa 35-56 MPa 抗剪强度 2.5 MPa 4.2 MPa 弹性模量

2？104-3.5？104 MPa 1.5？104-3.5？104 MPa 热膨胀系数

9.9-10.8m/m·k 10.4-11.1 m/m·k 抗冲击力 480N·m 1380 N·m 抗磨指数 1 2

抗疲劳限值 0.5-0.55 0.80-0.95 抗裂指标比 1 7 韧性 1 10-20

耐冻融破坏指标数 1 1.9

物理力学性质指标 普通混凝土

SFRC

我国对钢纤维混凝土与普通混凝土力学性能做了比较试验，当钢纤维掺入量为15-20%、水灰比为0.45时，其抗拉强度增长50-70%，抗弯强度增长120-180%，抗 冲击强度增长10-20倍，抗冲击疲劳强度增长15-20倍，抗弯韧性增长约14-20倍，耐磨损性能也明显改善。

由此可以看出：与素混凝土相比，钢纤维混凝土具有更优越的物理和力学性能，因此军粮城地道中设计采用18cm厚C35钢纤维混凝土作为面层。

2.2.1材料要求

钢纤维混凝土施工应符合《铣削钢纤维混凝土应用技术规程》（DBJ08-59-97），其抗拉强度不应低于600Mpa。钢纤维长度应与混凝土粗集料最大公称粒径相匹配，最短长度宜大于粗集料最大公称粒径的1/3；最大长度不宜大于粗集料最大公称粒径的2倍；钢纤维长度与标称值不应超过±10%。每立方米混凝土中加入不少于40Kg钢纤维。

砂：0.4～0.5mm中砂，不得使用海砂，严禁掺加氯盐。 碎石：粒径不大于20mm。 水泥：42.5Mpa普通硅酸盐水泥。 水灰比：小于等于0.5.

钢纤维：钢纤维掺量体积率为0.6%～1.0%。钢纤维选用铣削型，弯拉强度为5.5Mpa，单丝钢纤维抗拉强度不低于600Mpa，直径为0.3～1.2mm，标称长度与直径比为30～100.

2.3钢纤维混凝土面层施工工艺

2.3.1拌合

拌和是保证钢纤维混凝土在混凝土基体中均匀分布的重要环节，因此，钢纤维混凝土路面施工须采用强制式搅拌机搅拌，并选用距离施工场地较近的搅拌站。为保证钢纤维混凝土搅拌均匀，防止钢纤维结团，采取先干后湿的工艺。其投料顺序为：砂-钢纤维-石子-水泥的顺序投料。首先在搅拌机里干拌1-2min，在加水湿拌2min左右。总搅拌时间控制在6min内。搅拌时间过长会形成纤维结团，且每次的搅拌量控制在搅拌机容量的1/3以下。

2.3.2运输

混凝土罐车应洁净，在运输途中应使搅拌筒以3-6r/min的缓慢速度转动，不断搅拌混凝土拌合物，以防止其产生离析。运输中要防止钢纤维混凝土受污染，运输的最长时间以试验提供的水泥初凝时间并给予施工留有足够的操作时间为限。

2.3.3摊铺与振捣

钢纤维混凝土在浇注时，不得有明显的浇注接头， 每次倒料必须相压l5-20cm，使钢纤维混凝土保持整体连续性。钢纤维混凝土路面采用摊铺机摊铺，辅以人工整平。因使用插入式振动棒插入钢纤维混凝土进行振捣，会使钢纤维朝振动着的振动棒聚集，产生集束效应，所以为确保钢纤维的二维分布，使用平板振动器振捣成型。为保证边角混凝土密实，将振捣棒顺路线方向插入，使钢纤维成纵向条状集束，从而使钢纤维的排列有利于抵抗收缩应力、温度应力，有利于荷载的传递。振捣持续时间以混凝土停止下沉、表面呈水平并出现均匀的水

泥浆和不再冒气泡为止，同时防止过振。

2.3.4抹平

振捣密实后，用表面带凸棱的金属圆滚将竖起的钢纤维和位于混凝土表面的石子和钢纤维压下去，然后用金属圆滚将表面滚压平整，待钢纤维混凝土表面无泌水时用金属抹刀抹平，经修整的表面不得露钢纤维。

2.3.5接缝的设置

沿地道的中心线设纵向施工缝；横向胀缝与地道侧墙伸缩缝（每20米一处）对齐。横向施工缝在每日施工终了或浇筑混凝土过程中因故中断时设置，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。设在缩缝处的施工缝，采用加传力杆的平缝形式，设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同。

桥面铺装由于纵向分幅施工，不设纵向施工缝，横向在每个墩顶部设一道横向假缝，其它以15～20m 间距设横向假缝，并与防撞栏的假缝对齐，缝宽3～5mm，缝深2.5cm，切缝时间由气温和SFRC 强度确定：一般强度控制在8～15MPa 为宜。切缝完成后用聚氨脂焦油灌缝。

2.3.6抗滑处理

由于普通混凝土路面常用的压槽法和拉槽法难以达到地道路面抗滑构造深度要求，且易将钢纤维带出，我们采用刻槽法施工，具体做法是在钢纤维混凝土初凝后（强度8～15MPa）用刻槽机横向刻槽，槽距25mm，槽上口宽6mm，槽下口宽3mm，槽深3mm.不得使用粗麻袋、

刷子和扫帚制作细观抗滑构造。

2.3.7 养护

由于钢纤维混凝土早期强度较高，故应加强早期湿润养护，采用自来水养护，不覆盖草袋、砂等覆盖物，为防止气温过高， 水分蒸发过快，采用塑料薄膜覆盖湿养。待测试强度达到普通混凝土相应强度（30MPa） 且不小于7d 时方可安排施工车辆在桥面行驶。

3、结论及展望

该工程已通车两年多，并且经常有载重量较大的重型施工车辆通过，目前该地道面层无断裂、碎裂和磨损等现象发生。钢纤维在混凝土用于路面工程具有极大的优越性，可大幅度地延长路面的使用寿命，各项使用品质接近钢筋混凝土路面，在高等级公路尤其是其关键部位如隧道道面可代替普通混凝土路面和钢筋混凝土路面，可以说是一种性能优良的路面材料。

近年来国内外研究人员对钢纤维混凝土力学性能以及结构性能进行了许多试验工作和理论分析，普遍认为钢纤维混凝土具有良好的应用前景，尤其是应用于隧道等道路的关键路段。因此，加强钢纤维混凝土基础理论的研究和应用是迅速提高我国混凝土强度等级和适应现阶段重交通荷载的发展需要，是解决我国目前建筑业持续高速发展所导致的资源枯竭、能源耗费和环境破坏的重要举措之一。作为工程材料，钢纤维混凝土的应用比素混凝土以及钢筋混凝土的应用历史要短的多，随着对其基本力学性质研究工作的不断深入以及施工工艺的不断完善，钢纤维混凝土路面应用将更加广泛。

参考文献

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