鋼纖維混凝土材料工程應用方案

鋼纖維混凝土就是在一般普通混凝土中摻配一定數量的短而細的鋼纖維所組成的一種新型高強複合材料。下面小編為大家分享鋼纖維混凝土材料工程應用方案，歡迎大家閲讀瀏覽。

　　1　基本要求

1.1　鋼纖維混凝土材料

鋼纖維混凝土就是在一般普通混凝土中摻配一定數量的短而細的鋼纖維所組成的一種新型高強複合材料。由於鋼纖維阻滯基體混凝土裂縫的產生，不但具有普通混凝土的優良性能，而且具有良好的抗折、抗衝擊、抗疲勞以及收縮率小、韌性好、耐磨耗能力強等特性。可使路面厚度減薄50%以上，縮縫間距可增至15m～30m，不用設脹縫和縱縫。鋼纖維混凝土用鋼纖維類型有圓直型、熔抽型和剪切型鋼纖維。其長度分為各種不同規格，最佳長徑比為40～70，截面直徑在0.4mm～0.7mm範圍內，抗拉強度不低於380MPa。在施工時鋼纖維在混凝土中的摻入量為1.0%～2.0%(體積比)，但最大摻量不宜超過2.0%。水泥採用425#～525#普通硅酸鹽水泥，以保證混合料具有較高的強度和耐磨性能。鋼纖維混凝土用的粗骨料最大粒徑為鋼纖維長度的2/3。不宜大於20mm。細集料採用中粗砂，平均粒徑0.35mm～0.45mm，鬆裝密度1.37g/cm3。砂率採用45%～50%。

1.2　鋼纖維混凝土配合比

鋼纖維混凝土混合料配合比的要求首先應使路面厚度減薄，其次是保證鋼纖維混凝土有較高的抗彎強度，以滿足結構設計對強度等級的要求即抗壓強度與抗折強度，以及施工的和易性。鋼纖維混凝土配合比設計基本按以下步驟進行。

(1)根據強度設計值以及施工配製強度提高係數，確定試配抗壓強度與抗折強度;鋼纖維混凝土抗折強度設計值的確定：

fftm=ftm(1+atmPfLf/df)

式中　fftm——鋼纖維混凝土抗折強度設計值;

Ftm——與鋼纖維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強度設計值;

atm———鋼纖維對抗折強度的影響係數(試驗確定);

Pf———鋼纖維體積率，%;

Lf/df———鋼纖維長徑比。

(2)根據試配抗壓強度計算水灰比;

(3)根據試配抗壓強度，確定鋼纖維體積率，一般澆築成型的結構範圍在0.5%～2.0%之間;

(4)按照施工要求的稠度確定單位體積用水量;

(5)確定砂率;

(6)計算混合材料用量，確定試配配合比;

(7)按照試配配合比進行拌合物性能試驗，調整單位體積用水量和砂率，確定強度試驗用基準配合比;

(8)根據強度試驗結果調整水灰比和鋼纖維體積率，確定施工配合比。

試驗結果表明，在經驗和計算的基礎上確定水泥用量、砂率及水灰比，並根據不同配比時的鋼纖維混凝土強度進行試驗，當水泥用量在380kg/m3～400kg/m3時強度較高，但此時砂率較小，砂石中有分離現象。因此將砂率調到0.48，如此強度雖有降低，但其餘性能卻可得到改善。為此，調整最佳配比即水泥∶黃砂∶碎石∶水=1∶2.16∶2.34∶0.48。

1.3　鋼纖維混凝土拌和

為防止鋼纖維混凝土在攪拌時纖維結團，在施工時每拌一次的攪拌量不宜大於攪拌機額定攪拌量的80%。採用滾動式攪拌機拌和，在攪拌混凝土過程中必須保證鋼纖維均勻分佈。為保證混凝土混合料的攪拌質量，採用先幹後濕的拌和工藝。投料順序及攪拌時間為：粗集料→鋼纖維(幹拌1min)→細集料→水泥(幹拌1min)，其中鋼纖維在拌和時分三次加入拌和機中，邊拌邊加入鋼纖維，再倒入黃砂、水泥，待全部料投入後重拌2min～3min，最後加足水濕拌1min。總攪拌時間不超過6min，超攪拌會引起濕纖維結團。按此程序拌出的混合料均勻。尚若在拌和中，先加水泥和粗、細集料，後加鋼纖維則容易結成團。而且纖維團越滾越緊，難以分開，一旦發現有纖維結團，就必須剔除掉，以防止因此而影響混凝土的質量。

1.4　鋼纖維混凝土澆搗

鋼纖維混凝土澆搗與普通混凝土一樣，澆築和振搗是施工中的重要環節，直接影響鋼纖維混凝土的整體性和緻密性。不同之處就是其流動性較差，在邊角處容易產生蜂窩，因此，邊角部分可先用搗棒搗實。板角採用插入式振動器振搗，然後用夯樑板來回整平。在混凝土面層抹平過程中，因鋼纖維直徑較粗而易冒出路面，影響到行車安全，故在施工時需注意清除。

　　2　工程實例

某二級公路水泥混凝土路面修補工程段全長112m，寬2×3m，修補前路面板呈破碎、斷裂狀，原為一般普通混凝土澆築，部分板底基層下沉。現用鋼纖維混凝土修補路面，基層補強採用C15素混凝土澆築，舊混凝土路面平均鑿除深度25cm(包括基層鬆動部分)，擬採用12cm厚、C30鋼纖維混凝土澆築路面。

2.1　施工材料

2.1.1　原材料

水泥：425#普通硅酸鹽水泥;

細集料：用中粗砂，平均粒徑0.35mm～0.48mm，含泥量<2%;

粗集料：碎石5mm～20mm，含泥量<1%，質地堅硬;

鋼纖維：選用長度30mm、當量直徑0.60mm由浙江某廠生產的低碳結構

鋼剪切扭曲型，型號DN-30，其強度380MPa以上。該產品性能穩定，使用效果良好。

2.1.2　配合比

鋼纖維混凝土配合比設計按照抗折強度和抗壓強度雙控標準要求及施工的工作度採用以抗折強度為主要指標進行設計。設計抗折強度6.5MPa、抗壓強度35MPa。經試驗室進行幾種配比方案確定：水泥∶黃砂∶碎石∶鋼纖維∶水及強度試驗。

2.2　施工工藝

2.2.1　基層處理及路面澆築

在鋼纖維混凝土澆築前，為提高水泥混凝土面層下基層和墊層的剛度，做好對舊混凝土板及板底基層的.處理工作，即在破損板及板底脱空破裂的舊混凝土板塊鑿除後，對部分板底基層進行補強處理。鑿除舊混凝土板時，鑿除深度必須滿足原路面設計要求，再將原基層鬆動部分全部清除。被清除後的基坑及深度一律用C15貧混凝土進行處理。待混凝土半乾狀態時即可澆築路面。按要求先用C15普通混凝土澆築至路面面層厚度12cm時，經底面層整平處理後再用鋼纖維混凝土澆築。

2.2.2　鋼纖維混凝土攪拌

鋼纖維混凝土攪拌採用滾筒式攪拌機。為使鋼纖維在混凝土中分散均勻，採用二次投料三次攪拌法，即先將石子和鋼纖維幹拌1min，加入砂子、水泥再幹拌1min，最後注水濕拌1.5min左右，總攪拌時間控制在6min內，攪拌時間過長會形成濕纖維團。且每次的攪拌量宜在攪拌機公稱容量的1/3以下。

2.2.3運輸與澆築

混凝土運輸採用自卸運輸車，運至施工地點進行澆築時的卸料高度不得超過1.5m，以防混凝土離析。鋼纖維混凝土採用人工攤鋪，用人工將其大致攤鋪整平，攤鋪後用平板振動器振搗，振搗的持續時間以混凝土停止下沉，不再冒氣泡並泛出水泥漿為準，且不宜過振。振搗時輔以人工找平，混凝土整平採用振動樑振搗拖平，再用鋼滾筒依次滾壓進一步整平，整平的表面不得裸露鋼纖維。在做面時需分兩次進行，即先找平抹平，待混凝土表面無泌水時，再做第二次抹平，抹平後沿模板方向拉毛，拉毛深度1mm～2mm。拉毛時避免帶出鋼纖維，如採用滾式壓紋器進行處理則效果更佳。

2.2.4　養護與切縫

鋼纖維混凝土設有多種切縫。脹縫與路中心線垂直，縫壁必須垂直，縫隙寬度必須一致，縫中不得有連漿現象，縫隙內應及時澆灌填縫料，當混凝土達到強度25%～30%時，採用切縫機進行縮縫切割，切縫深度3cm，縮縫設置16m/道。施工縫位置宜與脹縫或縮縫設計位置吻合，施工縫與路中心線垂直，不設置傳力杆。對脹縫、縮縫均採用10#石油瀝青，灌式填縫。

混凝土做面完畢後，及時採用濕法養護，終凝後及時覆蓋草袋，並每天均勻澆水，保持潮濕狀態，養護10d～15d。與此同時做好封閉交通，待強度測試達到規定要求後即可開放交通。

2.3　施工質量控制

鋼纖維混凝土的質量除對原材料、配合比以及施工過程的主要環節進行控制外，還重點對鋼纖維混凝土的攪拌、鋼纖維的投入以及混凝土振搗的控制，同時按規定對每天所澆築混凝土的28d抗折、斷塊抗壓強度進行檢驗，均達到了設計要求，使平整度、坍落度、主要技術指標得到有效控制。

　　3　經濟與社會效益

從經濟和社會效益分析，鋼纖維混凝土路面與普通水泥混凝土路面相比，其特點：

①面層厚度可減薄至1/2以上，使施工工期縮短，因此節約原材料及減少工程量後所帶來的一切費用;

②路面使用壽命延長因此而節省的費用;

③減少縮縫帶來的材料、人工等所節省的費用;

④節省養護、減少時間延誤及維修費用;

除此以外，還有路面質量好，接縫少，延長車輛使用壽命等費用。

綜合分析，對於舊混凝土路面，若採用鋼纖維混凝土進行罩面修復，則一次性投資的費用比挖掉重建混凝土路面要節省許多。同樣，從一次性投資、使用年限、維修費用、資金的時間價值來全面評價鋼纖維混凝土路面工程的經濟效益，與新鋪瀝青混凝土路面評價綜合效益，鋼纖維混凝土路面雖一次性投資較前者高，但從其維修費用、使用年限的不同考慮，以及和資金的時間效益，用年成本法計算其等值年金，結果表明鋼纖維混凝土路面每年支出的費用比瀝青混凝土路面要低35%。採用鋼纖維混凝土修補法，不但可使鋼纖維混凝土的質量及其增強效果得到保證，而且還可提前開放交通，具有顯著的經濟效益和社會效益。

　　4　結語

鋼纖維混凝土自發展以來，已在公路路面、橋面、機場跑道等工程中得到廣泛應用，同時也取得了一定的經濟效益和社會效益。它除了具有良好的抗彎強度外，而且還具有優異的抗衝擊、抗開裂性能。在對鋼纖維混凝土進行的衝擊荷載等試驗研究中表明：摻以體積率為1%～2%的鋼纖維增強混凝土與基體比較，其抗衝擊強度可提高10倍～20倍，彎曲韌性可提高20倍左右，抗彎強度可提高1倍～6倍，抗拉強度可提高2倍左右，疲勞強度提高50%，抗裂強度可提高2倍，抗壓強度可提高10%～30%。由此可見，鋼纖維混凝土的抗裂性與抗衝擊是非常優異的。此外，用鋼纖維混凝土修築舊混凝土路面還能達到早期強度高，提前通車的目的。