鋼纖維怎么用的、混凝土鋼纖維怎么添加

鋼纖維混凝土在道橋工程中的應(yīng)用

鋼纖維混凝土是近20年發(fā)展起來(lái)的一種復(fù)合材料，具有良好的材料性能。用鋼纖維混凝土修筑路面，可顯著提高混凝土原有的抗拉、抗彎強(qiáng)度和斷裂延伸率，以及混凝土的韌性和抗沖擊性[1，2]。下面結(jié)合南貫集大橋橋面鋪裝工程實(shí)際對(duì)鋼纖維混凝土的特點(diǎn)、施工及質(zhì)量控制分述如下。

1　鋼纖維砼的特點(diǎn)[3]

鋼纖維砼是一種由水泥、粗集料、細(xì)集料和隨機(jī)分布的短纖維組合而成的一種復(fù)合材料。鋼纖維的加入顯著提高了基體砼整體抵抗外力作用的能力，從而獲得了良好的增強(qiáng)效果。鋼纖維砼和普通砼相比有以下特點(diǎn)。

1.1　抗拉、抗剪、抗折強(qiáng)度高

鋼纖維的摻入對(duì)砼抗壓強(qiáng)度的影響較小，一般提高幅度在15%左右，但在砼中摻入1%～2%(體積分?jǐn)?shù))的鋼纖維，其抗拉強(qiáng)度能提高25%～50%，抗折強(qiáng)度提高40%～80%，用直接雙面剪試驗(yàn)測(cè)定的抗剪強(qiáng)度能提高50%～100%。

1.2　抗沖擊性能強(qiáng)

當(dāng)鋼纖維的摻入量為1.5%時(shí)，鋼纖維砼的初裂抗沖擊性能提高4倍，終裂抗沖擊性能提高近7倍。

1.3　抗裂性能高

鋼纖維均勻分散于基體砼中，減少因荷載在基體砼引起的細(xì)裂縫端部的應(yīng)力集中，從而控制砼裂縫的擴(kuò)展，提高整個(gè)復(fù)合材料的抗裂性。

1.4　良好的耐久性、抗凍性、耐磨性

耐久性是建筑材料和結(jié)構(gòu)工程的基本性能， 當(dāng)材料暴露于凍融環(huán)境時(shí)，其耐久性就更為重要�？箖鲂阅茉囼�(yàn)表明，經(jīng)300次凍融循環(huán)后，普通砼已完全破壞，而鋼纖維砼仍完好。當(dāng)鋼纖維摻加量為1.5%時(shí)，耐磨性能提高34%。此外，鋼纖維砼還具有優(yōu)良的抗疲勞、耐熱性能等。

2　鋼纖維砼在橋面鋪裝中的施工工藝及質(zhì)量控制

2.1　鋼纖維砼材料

鋼纖維混凝土中摻加的鋼纖維因其不同的加工生產(chǎn)方法而區(qū)分為熔抽型、拉絲切斷型、剪切型和切削型等。按其長(zhǎng)度又可分為各種不同規(guī)格，最佳長(zhǎng)徑比為40～70，截面直徑在0.4～0.7mm范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度不低于380MPa。在施工時(shí)鋼纖維在混凝土中的摻入量為1.0%～2.0%(體積比)，最大摻量不宜超過(guò)2.0%。水泥采用32.5～42.5普通硅酸鹽水泥，鋼纖維混凝土用的粗骨料最大粒徑為鋼纖維長(zhǎng)度的2/3，不宜大于20mm。細(xì)集料采用中粗砂，平均粒徑0.35～0.45mm，砂率較普通混凝土高，可采用45%～50%。

本工程采用Q235剪切型波紋鋼纖維，規(guī)格為0.5mm×0.5mm×30mm，長(zhǎng)徑比為60。水泥采用魯南水泥廠生產(chǎn)的“魯宏”牌P.O42.5水泥，粗集料用嘉祥馬集生產(chǎn)的石灰?guī)r碎石。細(xì)集料用泗河產(chǎn)中砂，細(xì)度模數(shù)為2.8。

2.2　配合比設(shè)計(jì)

鋼纖維砼配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和施工要求的均勻性及和易性。影響配合比的主要因素是鋼纖維體積率、砂率、水灰比。根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求和經(jīng)濟(jì)合理的原則，經(jīng)過(guò)試配對(duì)比試驗(yàn)，本橋面C40鋼纖維鋪裝采用的配合比為：m(水泥)：m(砂)：m(碎石)：m(水)= 1：2.05：2.43：0.45，砼水泥用量為420kg/m3，鋼纖維體積率1.0%，即每立方米砼中摻加78kg鋼纖維。鋼纖維砼配合比見(jiàn)表1所列。

表1　C40鋼纖維砼配合比

2.3　施工工藝

2.3.1　基層處理

在鋼纖維砼澆筑前，首先將原鋪裝層用人工配合風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)全部鑿除，用空壓機(jī)將橋面徹底清理，并用水沖刷干凈。由于本橋?yàn)殡p向橫坡，所以以橋面中軸線為界，分兩幅施工；且由于無(wú)原設(shè)計(jì)縱斷高程，以平均厚度控制施工標(biāo)高，在橋面上及兩側(cè)人行道板上彈墨線以做標(biāo)記。

2.3.2　鋼筋鋪設(shè)及模板支立

按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)精確地施放鋼筋位置及間距，對(duì)于局部厚度小于設(shè)計(jì)要求的部位加鋪鋼筋網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)。模板安裝時(shí)嚴(yán)格保證縱、橫向的順直度和坡度及頂部高程，并牢牢加固，不得跑模。嚴(yán)格檢查鋼筋網(wǎng)與結(jié)構(gòu)層頂面的凈距。

2.3.3　鋼纖維砼的拌和及運(yùn)輸

鋼纖維砼采用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和。為防止在攪拌中鋼纖維結(jié)團(tuán)，在施工時(shí)每次的拌和量不大于攪拌機(jī)額定生產(chǎn)量的80%，鋼纖維砼攪拌順序和方法以攪拌過(guò)程中鋼纖維不產(chǎn)生結(jié)團(tuán)和保證一定生產(chǎn)率為準(zhǔn)，投料順序及拌和時(shí)間為: 碎石+鋼纖維(分兩次投入)→干拌30s→砂和水泥→干拌30s→加水濕拌2min。各種材料用量嚴(yán)格計(jì)量，本工程中礦料采用電子稱重計(jì)量，保證了砼的級(jí)配準(zhǔn)確，同時(shí)嚴(yán)格控制水的用量，確保有足夠的攪拌時(shí)間。出料保證顏色均勻一致，不離析、泌水，鋼纖維分布均勻，不結(jié)團(tuán)。

在砼運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)保證砼不發(fā)生離析現(xiàn)象，本工程中砼拌和機(jī)置于施工橋頭處，運(yùn)距短，采用4輛三輪自卸車運(yùn)送，未發(fā)生離析。

2.3.4　鋼纖維砼的澆筑振搗

鋼纖維砼運(yùn)至施工地點(diǎn)傾倒后用人工大致攤鋪整平，將振搗梁置兩側(cè)鋼模板上開動(dòng)振動(dòng)電機(jī)，可用插入式振搗器及平板振動(dòng)器配合振搗，人工配合再次整平。振搗時(shí)間以砼停止下沉，不再冒出氣泡并泛出水泥漿為準(zhǔn)，不宜過(guò)振。振搗時(shí)注意振搗器行程方向一致，避免鋼纖維在振搗過(guò)程中結(jié)團(tuán)，同時(shí)注意清除外露的鋼纖維。振搗梁拖平后再用鋼滾筒依次滾壓進(jìn)一步提漿整平，整平的表面不得裸露鋼纖維。此后立即用真空吸水泵吸除多余泌水，待混凝土初凝后終凝前，表面無(wú)泌水時(shí)，再用磨光機(jī)進(jìn)行磨光整平，磨光應(yīng)從一側(cè)順序進(jìn)行，直至有稠漿出現(xiàn)。收漿后再用刮平板抹平1～2次，使表面平實(shí)，無(wú)干縮裂縫。

2.3.5　養(yǎng)護(hù)與刻紋

成型路面及時(shí)采用濕法養(yǎng)生，終凝后及時(shí)覆蓋草苫養(yǎng)生，適當(dāng)灑水保持潮濕，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為15d。在此期間封閉交通，待強(qiáng)度測(cè)試達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)方可開放交通。

待砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%后，用刻紋機(jī)對(duì)路面進(jìn)行刻紋。用刻紋機(jī)刻紋可增加砼路面的構(gòu)造深度，增大摩阻系數(shù)，同時(shí)還可避免用壓紋機(jī)壓紋時(shí)把鋼纖維從砼中壓出。

2.4　施工質(zhì)量控制

鋼纖維砼從原材料檢驗(yàn)、配合比設(shè)計(jì)到拌和、澆筑每一工序都有專人負(fù)責(zé)。為保證混凝土的級(jí)配準(zhǔn)確，集料倉(cāng)采用電子秤配料，重點(diǎn)對(duì)鋼纖維混凝土的攪拌、鋼纖維的投入以及混凝土振搗加強(qiáng)控制，確保鋼纖維在混凝土中分散均勻，達(dá)到良好的力學(xué)性能。同時(shí)嚴(yán)控水灰比，加大坍落度檢驗(yàn)頻率，并按規(guī)定對(duì)每一工作日澆筑的砼作試件與橋面砼同條件養(yǎng)護(hù)。同時(shí)，在施工時(shí)嚴(yán)控立模的精度及模板的加固，注意各工序的銜接，有效地控制了橋面的平整度、厚度及構(gòu)造深度等技術(shù)指標(biāo)。

3　鋼纖維砼鋪裝與普通砼鋪裝技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較

本工程中兩橋面分別采用鋼纖維砼與普通砼鋪裝，同一單位同期施工，排除了施工環(huán)境因素及材料價(jià)格對(duì)工程的影響，其技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有很強(qiáng)的可比性，主要指標(biāo)對(duì)比如下。

3.1　主要力學(xué)性能比較

見(jiàn)表2所列。

表2　普通砼和鋼纖維砼力學(xué)性能(28d)比較表

3.2　經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

本大修工程中兩橋面雖然均鋪設(shè)了鋼筋網(wǎng)， 但采用鋼纖維砼鋪裝的鋼筋網(wǎng)間距較采用普通砼鋪裝的加大了一倍，同時(shí)鋪裝層厚度得以減��；本工程竣工決算顯示鋼纖維砼橋面鋪裝造價(jià)為76.30元/m2，普通鋼筋砼橋面鋪裝造價(jià)為100.30元/m2(均不包括原鋪裝鑿除費(fèi)用)，節(jié)約工程投資30%以上。

從工程竣工后近2年的通車運(yùn)營(yíng)情況來(lái)看，采用鋼纖維砼鋪裝的橋面沒(méi)有明顯病害發(fā)生，而采用普通砼鋪裝的橋面干縮裂縫發(fā)育明顯，路面磨耗嚴(yán)重，局部出現(xiàn)了麻面現(xiàn)象。由上述比較可見(jiàn)，鋼纖維砼路面較普通砼路面其技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都有很大的優(yōu)勢(shì)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

4　結(jié)語(yǔ)

鋼纖維混凝土近年來(lái)在公路路面、橋梁、機(jī)場(chǎng)跑道等工程中的應(yīng)用表明，其與普通水泥混凝土路面相比具有以下優(yōu)越性:1面層厚度可減薄至1/2以上，使施工工期縮短，節(jié)約原材料及減少澆筑費(fèi)用；2減少縮縫帶來(lái)的材料、人工等費(fèi)用的節(jié)省；3大大減少了干縮裂縫的產(chǎn)生，提高了路面的抗沖擊力和疲勞強(qiáng)度，節(jié)省養(yǎng)護(hù)及維修費(fèi)用。由此鋼纖維混凝土的應(yīng)用對(duì)改善路面的使用性能、延長(zhǎng)使用壽命、節(jié)省工程造價(jià)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。