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1、【精品文献】钢纤维混凝土材料在旧混凝土路面修补工程中的应用 论文范文 题目:钢纤维混凝土材料在旧混凝土路面修 补工程中的应用 编辑:司马小 摘要:介绍了钢纤维混凝土材料在旧混凝土路面修补的情况并在 分析配比试验强度的基础上通过某工程实例证实钢纤维混凝土实际 应用于旧混凝土路面修补工程的可行性。钢纤维混凝土是一种性能优良 的新型复合材料。与普通混凝土相比其抗拉、抗弯、抗裂及耐磨、耐 冲击、耐疲劳、韧性等性能都有显著提高它不仅可使面层减薄缩缝 间距加大改善路面的使用性能延长路面使用寿命而且还可节省工 程造价缩短施工工期。关键词:钢纤维混凝土,普通混凝土,旧混凝土路面,修补工程,应 用 随着国民经济
2、建设和公路交通事业的飞速发展城市道路和国道干 线公路上的车辆荷载及密度越来越大行驶速度越来越快致使路面的 损坏也日趋严重起来。特别是对损坏的水泥混凝土路面而言它不仅翻 修投资大且施工周期较长严重 影响交通畅通及行车安全。如用普通水泥混凝土修复路面虽有强度高 板块性好有一定的抗磨性及承受气象作用的耐久性好等特点但它的 最大缺陷是脆性大、易开裂、抗温性差路面板块容易受弯折而产生断 裂所以就要求路面面板应有足够的抗弯、抗拉强度和厚度。用钢纤维 混凝土修筑路面就是意将钢纤维均匀地分散于基体混凝土中,与混凝 土一起搅拌,并通过分散的钢纤维减小因荷载在基体混凝土引起的 细裂缝端部的应力集中从而控制混凝土裂
3、缝的扩展提高整个复合材 料的抗裂性。同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结 力因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的纤维上面使钢纤维混 凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用显著提高了混凝土原有的抗 拉、抗弯强度和断裂延伸率。特别是提高了混凝土的韧性和抗冲击性。实践证明采用钢纤维混凝土这一新型高强复合材料对路面修理既可 提高路面的抗裂性、抗弯曲、耐冲击和耐疲劳性而且可改善路面的使 用性能延长使用寿命从而减少老路开挖对节省工程造价等具有重 要 的经济效益和社会效益,为提高道路补强与改造提供了良好的途径。1 基本要求 1(1 钢纤维混凝土材料 钢纤维混凝土就是在一般普通混凝土中掺配一定数
4、量的短而细的钢纤维 所组成的一种新型高强复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的产 生不但具有普通混凝土的优良性能而且具有良好的抗折、抗冲击、抗疲劳以及收缩率小、韧性好、耐磨耗能力强等特性。可使路面厚度减 薄 50,以上缩缝间距可增至 15m，30m不用设胀缝和纵缝。钢纤维混 凝土用钢纤维类型有圆直型、熔抽型和剪切型钢纤维。其长度分为各种 不同规格最佳长径比为 40，70截面直径在 0(4mm，0(7mm 范围内 抗拉强度不低于 380MPa。在施工时钢纤维在混凝土中的掺入量为 1(0,，2(0,体积比,但最大掺量不宜超过 2(0,。水泥采用 425,，525,普通硅酸盐水泥以保证混合料具有较
5、高的强度和耐磨性能。钢 纤维混凝土用的粗骨料最大粒径为钢纤维长度的 2?3。不宜大于 20mm。细集料采用中粗砂平均粒径 0(35mm，0(45mm松装密度 1(37g/cm3。砂率采用 45,，50,。1(2 钢纤维混凝土配合比 钢纤维混凝土混合料配合比的要求首先应使路面厚度减薄其次是保证 钢纤维混凝土有较高的抗弯强度以满足结构设计对强度等级的要求即抗压强度与 抗折强度以及施工的和易性。钢纤维混凝土配合比设计基本按以下步骤进行。,1,根据强度设计值以及施工配制强度提高系数确定试配抗压 强度与抗折强度,钢纤维混凝土抗折强度设计值的确定:fftm,ftm,1，atmPfLf/df,式中 fftm
6、钢纤维混凝土抗折强度设计值,ftm与钢纤维混凝土具有相同的配合材料、水灰比和相近稠度 的素混凝土的抗折强度设计值,atm钢纤维对抗折强度的影响系数,试验确定,Pf钢纤维体积率,Lf/df钢纤维长径比当 ftm,6(0N/mm2 时可按表 1 采用。,2,根据试配抗压强度计算水灰比,3,根据试配抗压强度确定钢纤维体积率一般浇筑成型的结构范围在0(5,，2(0,之间,4,按照施工要求的稠度确定单位体积用水量参照表 2,5,确定砂率见表3,6,计算混合材料用量确定试配配合比,7,按照试配配合比进行拌合物性能试验调整单位体积用水量和砂率确定强度试验用基准配合比,8,根据强度试验结果调整水灰比和钢纤维体
7、积率确定施工配合比。试验结果表明在经验和计算的基础上确定水泥用量、砂率及水灰 比并根据不同配比时的钢纤维混凝土强度进行试验,见表 4,当水 泥用量在380kg?m3，400kg?m3 时强度较高但此时砂率较小 砂石中有分离现象。因此将砂率调到 0(48如此强度虽有降低但其 余性能却可得到改善。为此调整最佳配比即水泥?黄砂?碎石?水,1?2(16?2(34?0(48。1(3 钢纤维混凝土拌和 为防止钢纤维混凝土在搅拌时纤维结团在施工时每拌一次的搅拌 量不宜大于搅拌机额定搅拌量的 80,。采用滚动式搅拌机拌和在搅拌 混凝土过程中必须保证钢纤维均匀分布。为保证混凝土混合料的搅拌质 量采用先干后湿的拌
8、和工艺。投料顺序及搅拌时间为:粗集料?钢纤 维,干拌 1min,?细集料?水泥,干拌 1min,其中钢纤维在拌和时分 三次加入拌和机中边拌边加入钢纤维再倒入黄砂、水泥待全部料 投入后重拌 2min，3min最后加足水湿拌 1min。总搅拌时间不超过 6mi n超搅拌会引起湿纤维结团。按此程序拌出的混合料均匀。尚若在拌 和中先加水泥和粗、细集料后加钢纤维则容易结成团。而且纤维团 越滚越紧难以分开一旦发现有纤维结团就必须剔除掉以防止因 此而影响混凝土的质量。1(4 钢纤维混凝土浇捣 钢纤维混凝土浇捣与普通混凝土一样浇筑和振捣是施工中的重要环节 直接影响钢纤维混凝土的整体性和致密性。不同之处就是其流
9、动性较 差在边角处容易产生蜂窝因此边角部分可先用捣棒捣实。板角采 用插入式振动器振捣然后用夯梁板来回整平。在混凝土面层抹平过程 中因钢纤维直径较粗而易冒出路面影响到行车安全故在施工时需 注意清除。2 工程实例 某二级公路水泥混凝土路面修补工程段全长 112m宽 23m修补前路 面板呈破碎、断裂状原为一般普通混凝土浇筑部分板底基层下沉。现用钢纤维混凝土修补路面基层补强采用 C15 素混凝土浇筑旧混凝 土路面平均凿除深度 25cm,包括基层松动部分,拟采用 12cm 厚、C30 钢纤维混凝土浇筑路面。2(1 施工材料 2(1(1 原材料 水泥:425,普通硅酸盐水泥,细集料:用中粗砂平均粒径 0(
10、35mm，0(48mm含泥量,2,粗集料:碎石5mm，20mm含泥量,1,质地坚硬,钢纤维:选用长度 30mm、当量直径 0(60mm 由浙江某厂生产的低碳结构 钢剪切扭曲型型号 DN,30其强度 380MPa 以上。该产品性能稳定使 用效果良好。2(1(2 配合比 钢纤维混凝土配合比设计按照抗折强度和抗压强度双控标准要求及施工 的工作度采用以抗折强度为主要指标进行设计。设计抗折强度 6(5MPa、抗压强度 35MPa。经试验室进行几种配比方案确定:水泥?黄砂?碎 石?钢纤维?水并强度试验结果见表 5。2(2 施工工艺 2(2(1 基层处理及路面浇筑 在钢纤维混凝土浇筑前为提高水泥混凝土面层下
11、基层和垫层的刚度 做好对旧混凝土板及板底基层 的处理工作即在破损板及板底脱空破裂的旧混凝土板块凿除后对部 分板底基层进行补强处理。凿除旧混凝土板时凿除深度必须满足原路 面设计要求再将原基层松动部分全部清除。被清除后的基坑及深度一 律用 C15 贫混凝土进行处理。待混凝土半干状态时即可浇筑路面。按要 求先用 C15 普通混凝土浇筑至路面面层厚度 12cm 时经底面层整平处理 后再用钢纤维混凝土浇筑。2(2(2 钢纤维混凝土搅拌 钢纤维混凝土搅拌采用滚筒式搅拌机。为使钢纤维在混凝土中分散均 匀 采用二次投料三次搅拌法即先将石子和钢纤维干拌 1min加入砂子 、水泥再干拌 1min最后注水湿拌 1(
12、5min 左右总搅拌时间控制在 6m in 内搅拌时间过长会形成湿纤维团。且每次的搅拌量宜在搅拌机公称 容量的 1?3 以下。2(2(3 运输与浇筑 混凝土运输采用自卸运输车运至施工地点进行浇筑时的卸料高度不得 超过 1(5m以防混凝土离析。钢纤维混凝土采用人工摊铺用人工将 其大致摊铺整平摊铺后用平板振动器振捣振捣的持续时间以混凝土 停止下沉不再冒气泡并泛出水泥浆为准且不宜过振。振捣时辅以人 工找平混凝土整平采用振动梁振捣拖平再用钢滚筒依次滚压进一步 整平整平的表面不得裸露钢纤维。在做面时需分两次进行即先找平 抹平待混凝土表面无泌水时再做第二次抹平抹平后沿模板方向拉 毛拉毛深度 1mm，2mm
13、。拉毛时避免带出钢纤维如采用滚式压纹器进 行处理则效果更佳。2(2(4 养护与切缝 钢纤维混凝土设有多种切缝。胀缝与路中心线垂直缝壁必须垂直缝 隙宽度必须一致缝中不得有连浆现象缝隙内应及时浇灌填缝料当 混凝土达到强度 25,，30,时采用切缝机进行缩缝切割切缝深度 3 cm缩缝设臵 16m?道。施工缝位臵宜与胀缝或缩缝设计位臵吻合施 工缝与路中心线垂直不设臵传力杆。对胀缝、缩缝均采用 10,石油沥 青灌式填缝。混凝土做面完毕后及时采用湿法养护终凝后及时覆盖草袋并每天 均匀浇水保持潮湿状态养护 10d，15d。与此同时做好封闭交通待 强度测试达到规定要求后即可开放交通。2(3 施工质量控制 钢纤
14、维混凝土的质量除对原材料、配合比以及施工过程的主要环节进行 控制外还重点对钢纤维混凝土的搅拌、钢纤维的投入以及混凝土振捣 的控制同时按规定对每天所浇筑混凝土的 28d 抗折、断块抗压强度进 行检验均达到了设计要求使平整度、坍 落度、主要技术指标得到有效控制。3 经济与社会效益 从经济和社会效益分析钢纤维混凝土路面与普通水泥混凝土路面相比 其特点:?面层厚度可减薄至 1/2 以上使施工工期缩短因此节约 原材料及减少工程量后所带来的一切费用,?路面使用寿命延长因此而 节省的费用,?减少缩缝带来的材料、人工等所节省的费用,5 节省养 护、减少时间延误及维修费用,除此以外还有路面质量好接缝少 延长车辆
15、使用寿命等费用。综合分析对于旧混凝土路面若采用钢纤 维混凝土进行罩面修复则一次性投资的费用比挖掉重建混凝土路面要 节省许多。同样从一次性投资、使用年限、维修费用、资金的时间价 值来全面评价钢纤维混凝土路面工程的经济效益与新铺沥青混凝土路 面评价综合效益钢纤维混凝土路面虽一次性投资较前者高但从其维 修费用、使用年限的不同考虑以及和资金的时间效益用年成本法计 算其等值年金结果表明钢纤维混凝土路面每年支出的费用比沥青混凝 土路面要低 35,。采用钢纤维混凝土修补法不但可使钢纤维混凝土的 质量及其增强效果得到保证而且还可提前开放交通具有显著的经济 效益和社会效益。4 结语 钢纤维混凝土自发展以来已在公
16、路路面、桥面、机场跑道等工程中得 到广泛应用同时也取得了一定的经济效益和社会效益。它除了具有良 好的抗弯强度外而且还具有优异的抗冲击、抗开裂性能。在对钢纤维 混凝土进行的冲击荷载等试验研究中表明:掺以体积率为 1,，2,的钢 纤维增强混凝土与基体比较其抗冲击强度可提高 10 倍，20 倍弯曲韧 性可提高 20 倍左右抗弯强度可提高 1 倍，6 倍抗拉强度可提高 2 倍左 右疲劳强度提高 50,抗裂强度可提高 2 倍抗压强度可提高 10,，30,。由此可见钢纤维混凝土的抗裂性与抗冲击是非常优异的。此外 用钢纤维混凝土修筑旧混凝土路面还能达到早期强度高提前通车的 目的。参考文献 ,1,卢亦焱(钢纤维混凝土材料及其在路面工程中的应用(公路19994 ,2,中国工程建设标准化协会标准(钢纤维混凝土结构设计与施工规程(北京:中国建筑工业出版社19926 ,3,中国工程建设标准化协会标准(钢纤维混凝土试验方法(北京:中国建筑工业出版社198912 ,4,蒙云(钢纤维混凝土新型路面设计与施工(重庆:重庆大学出版社19957 ,5,李启棣吴淑华(钢纤维混凝土的特性及其应用(铁道建筑1989,1,