摘要：鋼纖維混凝土是一種新型的優(yōu)質(zhì)水泥基復(fù)合材料,本文就鋼纖維和鋼纖維混凝土的性能進(jìn)行了分析，同時(shí)針對(duì)路橋施工過(guò)程中鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用作了探討。

　　關(guān)鍵詞：公路橋梁 鋼纖維 混凝土 加固 應(yīng)用 施工技術(shù)

　　1 鋼纖維和鋼纖維混凝土的性能分析

　　1.1 鋼纖維基本性能

　　鋼纖維按其制造方式分為切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維和熔抽鋼纖維4 種。

　　切斷鋼纖維抗拉強(qiáng)度高,但與水泥沙漿的界面粘結(jié)性較差。對(duì)鋼纖維表面進(jìn)行變形處理,制成表面有刻痕的、末端帶鉤的、波紋形的鋼纖維, 或者圓截面與扁平截面交替的呈規(guī)律性變化的鋼纖維可以改善其力學(xué)性能。當(dāng)用廢鋼絲繩切斷而成時(shí),必須進(jìn)行除油污和除銹處理。

　　剪切鋼纖維由剪切冷軋薄板制得, 厚0.2~05mm, 寬0.25~0.9mm,抗拉強(qiáng)度為450~800MPa,與水泥砂漿的粘結(jié)性比切斷鋼纖維好。

　　1.2 鋼纖維增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度機(jī)理

　　鋼纖維在混凝土中的主要作用, 在于限制外力作用下基體中裂縫的擴(kuò)展。在受荷(拉、彎)初期,水泥基料與鋼纖維共同承受外力,而前者是外力的主要承受者:當(dāng)基料發(fā)生開(kāi)裂后,橫跨裂縫的鋼纖維成為外力的主要承受者。若鋼纖維體積摻量超過(guò)某一臨界值,整個(gè)復(fù)合材料可繼續(xù)承受較高的荷載,并產(chǎn)生較大的變形,直到鋼纖維被拉斷或鋼纖維從基料中被撥出,以至復(fù)合材料破壞。

　　1.3 鋼纖維混凝土的基本性能

　　鋼纖維混凝土是在普通混凝土中, 均勻地亂向分布一定量的鋼纖維,經(jīng)硬化而得,與普通混凝土相比,具有一系列優(yōu)越的物理力學(xué)性質(zhì):

　�。�1）強(qiáng)度與重量比值增大;

　�。�2）較高的抗拉、抗壓和抗彎的極限強(qiáng)度。在混凝土中摻入適量鋼纖維,其極限抗壓強(qiáng)度可以提高,單軸抗拉極強(qiáng)度可提高40%~50%,抗彎極限強(qiáng)度可提高50%~150%;

　�。�3）良好的抗沖擊性能。鋼纖維混凝土在纖維摻量為0.8%~2.0%時(shí),其沖擊韌性指標(biāo)可提高50~100 倍,甚至更高;

　�。�4）變形性能明顯改善。鋼纖維對(duì)混凝土抗壓彈性模量影響不顯著,但對(duì)抗拉彈性模量提高較多,鋼纖維對(duì)混凝土長(zhǎng)期收縮變形的影響也較明顯, 鋼纖維可使混凝土的收縮率降低10%~30%;

　�。�5）抗裂和抗疲勞性能顯著提高;

　　（6）優(yōu)越的抗剪性能;

　�。�7）良好的阻止和抑制因溫度應(yīng)力引起裂縫產(chǎn)生與擴(kuò)展的能力;

　�。�8）良好的抗凍性與耐磨性能。

　　2. 橋面鋪裝

　　采用鋼纖維混凝土橋面鋪裝層不僅可以增強(qiáng)橋面的抗裂性、耐久性和提高舒適性能,還可以增強(qiáng)橋梁抗折強(qiáng)度,增加橋梁本身剛度,減少鋪裝厚度,降低結(jié)構(gòu)自重,改善橋梁受力狀況。此外, 采用鋼纖維混凝土和橡膠瀝青混凝土復(fù)合的雙層橋面也是一種有效措施。

　　2.1.1橋梁上部承受荷載部位

　　采用鋼纖維混凝土作為主拱圈(主梁)或在應(yīng)力集中區(qū)局部加強(qiáng),改善結(jié)構(gòu)受力性能,有效控制結(jié)構(gòu)變形,減輕自重,推動(dòng)橋梁結(jié)構(gòu)向大跨度、輕型化方向發(fā)展。結(jié)構(gòu)性能良好,造型美觀,而且可減少上部材料用量,使下部墩臺(tái)數(shù)量也相應(yīng)減少,從而降低造價(jià),提高經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)修建鋼纖維混凝土橋梁降低梁高,滿足使用上的特殊要求。

　　2.1.2橋梁墩臺(tái)等結(jié)構(gòu)局部加固

　　對(duì)動(dòng)載長(zhǎng)期作用下造成的橋梁墩臺(tái)及橋面板裂縫或表層剝落病害,采用轉(zhuǎn)子Ⅱ型噴射機(jī)噴射5~20cm 鋼纖維混凝土以滿足結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性要求。一般鋼纖維類型采用剪切鋼纖維,摻量為1.0%;采用硫鋁酸鹽快硬水泥和TS 型速凝劑提高早期抗裂性能;對(duì)舊混凝土表面噴砂或鑿毛,增加新舊混凝土的整體性。

　　3 鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)

　　鋼纖維混凝土配合比可以根據(jù)普通混凝土配合比的選擇原則,通過(guò)試驗(yàn)最后決定。首先應(yīng)選擇與基材強(qiáng)度相適應(yīng)的鋼纖維品種,鋼纖維極限抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于500MPa。圓直和熔抽鋼纖維適宜配制中低標(biāo)號(hào)混凝土,剪切鋼纖維可配制高標(biāo)號(hào)混凝土。鋼纖維含量以0.5%~2.0%為宜。為使鋼纖維混凝土力學(xué)性能與施工和易性要求盡量一致,對(duì)鋼纖維長(zhǎng)徑比應(yīng)加以控制,同時(shí)還應(yīng)考慮鋼纖維的最小直徑。鋼纖維最小直徑不應(yīng)小于0.40mm,一般應(yīng)控制在0.45~0.70mm左右;鋼纖維的長(zhǎng)度不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)。在正常攪拌機(jī)拌和時(shí),長(zhǎng)徑比應(yīng)控制在50~80.鋼纖維細(xì)石混凝土的砂率應(yīng)高于相同標(biāo)號(hào)的普通混凝土。為保證鋼纖維同基體牢固結(jié)合,通常采用粒徑較小主骨料,大粒徑為10~20mm。為改善混合料施工和易性,減少水泥用量和降低成本,可采用減水劑或其它外摻劑。注意鋼纖維外觀必須潔凈、無(wú)銹、無(wú)油污,并不含其它雜質(zhì)

　　和碎屑。

　　4 鋼纖維混凝土施工技術(shù)

　　鋼纖維混凝土的施工,按其施工方法來(lái)分有澆注鋼纖維混凝土、噴射鋼纖維混凝土和灌漿鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土道橋工程質(zhì)量的優(yōu)劣,在很大程度上取決于施工質(zhì)量。因此,在鋼纖維混凝土施工時(shí),除了滿足普通混凝土的施工要求外,還應(yīng)特別重視鋼纖維給施工帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題, 確保鋼纖維均勻分布在基體中。

　　4.1 設(shè)置鋼纖維分散裝置

　　由于鋼纖維一次性直接投入攪拌機(jī)易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象,為使鋼纖維充分分散,宜將鋼纖維通過(guò)分散機(jī)再進(jìn)入攪拌機(jī)。分散機(jī)功率宜為0.75~1.0kW,分散力宜為20~60kg/min。鋼纖維應(yīng)事先與細(xì)骨料定量拌合均勻或選擇直徑較粗、材質(zhì)較好的纖維,并在料斗入口處設(shè)置振動(dòng)篩。

　　4.2 攪拌投料順序和攪拌時(shí)間

　　為防止鋼纖維結(jié)團(tuán),需采取分級(jí)投料,先干后濕工藝。即按砂→鋼纖維→碎石→水泥�；旌土舷仍跀嚢铏C(jī)內(nèi)干拌1min,然后加水和外加劑濕拌2min。

　　4.3 采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)

　　鋼纖維混凝土攪拌機(jī),一般最好使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)和雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)。當(dāng)纖維摻量較高和坍落度較小時(shí),為不使攪拌機(jī)超負(fù)荷工作,攪拌機(jī)的利用率相應(yīng)有所降低。

　　4.4 澆注和振搗

　　鋼纖維混凝土在澆注時(shí),不得有明顯的澆注接頭。每次倒料必須相壓15~20cm,使鋼纖維混凝土保持整體連續(xù)性。同時(shí),鋼纖維混凝土的澆注必須連續(xù)進(jìn)行。因使用插入式振動(dòng)棒插入鋼纖維混凝土進(jìn)行振搗,會(huì)使鋼纖維朝振動(dòng)著的振動(dòng)棒聚集,產(chǎn)生集束效應(yīng),為確保鋼纖維的二維分布,宜使用平板振動(dòng)器振搗成型。當(dāng)采用振搗棒時(shí),為保證邊角混凝土密實(shí),應(yīng)使鋼纖維縱向條狀集束排列有利于抵抗板體收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力及荷載的傳遞。振搗好的混凝土表面應(yīng)抹平,將外露的鋼纖維壓入混凝土中,以防止露出表面的纖維銹蝕或刺人。

　　4.5 成型

　　鋼纖維混凝土具有粗骨料細(xì)、砂率大、纖維亂向分布的特點(diǎn),因此鋼纖維混凝土路面宜采用真空吸水工藝, 機(jī)械抹平以防止鋼纖維外露。采用壓紋機(jī)壓紋工藝以避免拉毛產(chǎn)生纖維外露現(xiàn)象。拆模后對(duì)纖維外露或漏振時(shí),應(yīng)及時(shí)處理。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　（1）鋼纖維混凝土是一種新型的優(yōu)質(zhì)水泥基復(fù)合材料,可以實(shí)現(xiàn)按照使用要求設(shè)計(jì)材料的目的。隨著鋼纖維生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和基礎(chǔ)理論的不斷完善, 鋼纖維混凝土在路橋工程的應(yīng)用將進(jìn)一步拓寬。

　�。�2）采用復(fù)合路面結(jié)構(gòu)是充分發(fā)揮鋼纖維混凝土路用性能和降低工程造價(jià)的有效途徑。

　�。�3）重視鋼纖維混凝土的施工,是保證其質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

　�。�4）開(kāi)發(fā)砂漿滲澆高含量鋼纖維和采用聚合物浸漬鋼纖維混凝土進(jìn)一步提高鋼纖維混凝土的物理力學(xué)性能。