谈钢纤维混凝土在市政道路路面维修中的应用

　　随着公路交通事业和国民经济建设的快速发展，国道干线公路和城市道路上车辆行驶速度越来越快，密度与荷载越来越大，也越来越大的要求路面的工作强度，特别是对那些已经损坏的水泥混凝土路面，不仅翻修需要很大的投资，而且需要较长的施工周期，严重影响行车安全与交通畅通。如果用普通水泥混凝土修建路面虽板块性好，强度高，具有承受气象作用的耐久性好和具有一定的抗磨性等特点，但它的最大缺陷是易开裂、脆性大、抗温性差，路面板块容易因为受弯折而产生断裂，这就要求有足够的抗拉强度、抗弯和厚度的路面面板。修筑路面时采用钢纤维混凝土，就是意将钢纤维均匀地分散于基体混凝土中，并将钢纤维分散，减小因荷载在基体混凝土引起的细裂缝端部的应力集中，进而控制混凝土裂缝的扩展，使得整个复合材料的抗裂性得到提高。同时由于钢纤维与混凝土接触界面之间界面粘结力很大，因而可将外力传到抗拉延伸率高、强度大的纤维上面，使钢纤维混凝土抵抗外力的作用时表现为一个均匀的整体，显著提高了混凝土原有的断裂延伸率和抗弯、抗拉强度。特别是提高了混凝土的抗冲击性和韧性。
　　1 市政道路路面维修应用钢纤维混凝土的优势
　　1.1 钢纤维混凝土抗折、抗压强度大
　　统计资料表明，虽然钢纤维混凝土仅提高了10%左右抗压强度。但钢纤维混凝土的抗剪强度、劈拉强度、抗弯强度等相比普通混凝土均有大幅度的提高。其中，抗弯强度抗拉强度提高了50%~80%，抗剪强度提高50%~80%，抗折强度提高15%~35%。特别适用于市政道路路面的维修。
　　1.2 降低变形性能
　　对混凝土抗压弹性模量钢纤维的影响不是很显著，随纤维掺量的增加受拉弹性模量约提高0%~20%。与素混凝土相比韧性大大提高。在一般的纤维掺量下，弯曲冲击韧性可提高2倍~4倍，抗压韧性可提高2倍~7倍，抗弯韧性甚至可提高几倍到几十倍;板式试验落锤法击碎试验所测得的冲击韧性可提高几倍到几十倍。
　　1.3 减薄面层厚度、加大缩缝间距
　　钢纤维混凝土弯曲耐疲劳、强度高、抗冲击性能好，在相同载荷条件下，比普通混凝土可以减薄铺设厚度约50%~60%。普通的缩缝间距为4m~6m左右，但是渗入2%的钢纤维时，缩缝的间距就可加大到30m左右，这样不仅可以使维修费用大大减少，而且还可以大大减轻车辆通过缩缝时的振动。
　　1.4 延长市政路面使用寿命
　　由于钢纤维混凝土抗疲劳性能优良，抗裂能力强，变形能力大，且抗冻融性能也很好。这些优点都有利于延长处于重要地位的市政道路路面的使用寿命。
　　2 对原材料要求
　　2.1 钢纤维
　　采用熔抽型、圆直型和剪切型等类型的钢纤维，最佳截面直径0.4-0.7mm，长径比为40-70mm，抗拉强度不低于380mpa
　　2.2 骨料
　　石子选用含泥量小于1%、直径5-20mm的质地坚硬的碎石；平均粒径为0.35-0.48mm的中粗砂，含泥量小于2%，松装密度1.37kg/cm。砂率为45%-50%。
　　2.3 水和外掺剂:和普通混凝土一样，最好用饮用水，混凝土的用水量约为130~180kg/m3，为使得混凝土的密实度与强度足够，水灰比应设为0.4~0.55，如果太低，混凝土的和易性不佳，可以添加塑化剂和减水剂，为了路面尽早恢复交通，可添加适量的早强剂在混凝土中，要增强混凝土的和易性和抗冻性，可以添加一些加气剂。
　　2.4 配合比设计:从路面工程的实际运用的有利方面出发，设计钢纤维混凝土的配合比，应当在钢纤维混凝土的性能及使用基础上进行，即在设计钢纤维混凝土配合比时，配合比设计指标考虑以钢纤维混凝土的抗折强度，寻求那些主要制约钢纤维混凝土抗折强度的因素，如钢纤维长径比，钢纤维掺入量，水泥标号与水灰比之的比例关系，通过调整上述诸因素，用来控制钢纤维的抗折强度。设计钢纤维混凝土配合比时，必须满足路面设计要求的硬化后的性能和拌和性能，并且根据设计要求决定钢纤维混凝土的路面结构，主要有抗折强度、抗压强度、弯曲韧度等方面。而且通常以抗压强度、抗折强度为主要强度指标来进行路面结构设计，应尽可能选用与混凝土基体粘结强度较高的钢纤维来提高钢纤维混凝土的韧性。应根据工程要求和路面等级分别进行抗折与抗压试验，进行路面钢纤维混凝土配合比的强度试验。
　　3 施工工艺
　　3.1 为使得水泥混凝土面层下垫层与基层的刚度进一步增强，在浇筑钢纤维混凝土前，要先处理好旧混凝土板及板底基层，即在凿除破损板和板底破裂的旧混凝土板后，补强一些板底基层。应当在符合原路面设计要求的前提下，将旧混凝土板凿除，凿除深度也应当符合要求，然后将原基层的松动部分清除完毕。经过清除的深度与基坑均采用C15贫混凝土处理。浇筑路面必须待混凝土半干后。根据设计要求，先用C15普通混凝土将路面面层厚度浇筑至12cm后，再浇筑钢纤维混凝土，而且必须进行底面层整平处理。
　　3.2 钢纤维混凝土采用滚筒式搅拌机进行搅拌。为了让钢纤维在混凝土中能够均匀分散，采用二次投料和三次搅拌法，即先干拌钢纤维和石子1min，然后继续干拌1min，并加入水泥和砂子，最后注水湿拌1.5min，限制总时间在6min内，搅拌时间过长会导致湿纤维团的形成。
　　3.3 运输与浇筑混凝土运输采用自卸运输车，进行浇筑时的卸料高度不得超1.5m，用来防止混凝土离析。采用人工摊铺钢纤维混凝土，先将其大致摊铺整平，摊铺后用平板振动器振捣，以混凝土停止下沉，泛出水泥浆并不再冒气泡为振捣的持续时间，并且最好不要过振。需分两次进行做面，首先做一次抹平，等到混凝土的表面不在有水渗出来时，接着做第二次抹平，并进行拉毛，拉毛时尽量不要带出钢纤，而且深度控制在1~2mm之间。
　　4 经济与社会效益
　　从社会和经济效益分析，普通水泥混凝土路面和钢纤维混凝土路面相比，钢纤维混凝土路面其特点主要如下:（1）可减薄面层厚度至1/2以上，缩短施工工期，减少工程量与节约原材料，以及其后所带来的一切费用;（2）延长路面使用寿命，因此而节省的费用:（3）减少缩缝带来的人工、材料等所节省的费用;
　　结果表明钢纤维混凝土路面与沥青混凝土路面相比每年可节省35%的费用.它除了抗弯强度很好之外，还具有优异的抗开裂、抗冲击性能。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。现已在桥面、公路路面、机场跑道等工程中得到广泛应用。
　　5 总结
　　由于钢纤维混凝土具有较高的抗裂性能，较大的抗拉强度和抗冲击性能，其用于路面修补，不但保证了桥面质量，而且还可提前开放交通，具有显著的社会效益和经济效益。随着钢纤维基础理论的不断完善和生产技术的不断进步，钢纤维混凝土将进一步拓宽在市政道路路面维修中的应用。