钢纤维混凝土配合比的设计与应用

钢纤维混凝土配合比的设计与应用

发表时间：2016-10-24T16:00:46.047Z 来源：《基层建设》2015年11期作者：朱远[导读] 摘要：本文以G104线五河淮河大桥桥面维修工程C40钢纤维混凝土配合比为例，对钢纤维混凝土在桥面铺装的应用，从配合比设计、原材料的选用及施工工艺等方面进行阐述。

蚌埠市路桥工程有限公司安徽省 233300

摘要：本文以G104线五河淮河大桥桥面维修工程C40钢纤维混凝土配合比为例，对钢纤维混凝土在桥面铺装的应用，从配合比设计、原材料的选用及施工工艺等方面进行阐述。

关键词：钢纤维混凝土配合比设计应用

随着国民经济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。特别是对损坏的桥面而言，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桥面缺陷是脆性大、易开裂、抗温性差，板块容易受弯折而产生断裂，所以就要求桥面应有足够的抗压强度和厚度。

一、概述

五河淮河大桥1974年6月开始施工，1977年10月大桥全部竣工，淮河大桥全长1031.3m，由主桥、南、北引桥3部分组成，主桥为6孔预应力筋混凝土T型刚构，其中4个主孔，每孔跨径90m，2个过渡孔，每孔跨径60m。南北引桥均为跨径30m的预应力钢筋混凝土简支梁桥，其中南岸引桥8孔，北岸引桥10孔，另一孔为跨径5.5m的简支板梁式连接孔，具体跨径组合为：5*30+1*5.5+5*30+1*60+4*90+1*60+8*30，台背长2*2.9。以下结合五河淮河大桥桥面铺装钢纤维混凝土的应用加以分析总结。

二、钢纤维混凝土的特点

本标段钢纤维混凝土采用的是由水泥、集料、粉煤灰、外加剂和随机分布的短纤维掺配而成一种新型高强复合材料。掺加了泵送剂的钢纤维混凝土在桥面施工中起到早强缓凝作用。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，它不仅可使桥面减薄，缩缝间距加大，改善桥面的使用性能，延长桥面使用寿命，缩短施工工期。用钢纤维混凝土修筑桥面，就是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。

三、桥面改建设计方案

3．1病害分析：

近年来交通量大且超重车辆多，原设计荷载等级为汽-15，挂-80级，在承受超重荷载的情况下，变形大，导致桥面受拉而出现裂缝。桥面砼已达到其疲劳强度，抗压和抗弯拉功能已大量丧失，无法承受外界荷载对其产生的作用而出现损坏。砼风化严重，出现脱皮、开裂、渗水等病害，逐步发展成坑槽、坑洞。

3．2桥面结构设计

本次桥面铺装改造采用：1、双钢混凝土桥面铺装，即C40钢纤维混凝土，钢纤维用量70kg/m3，同时配置防裂钢筋网，直径为10mm 圆钢筋自行绑扎加工成钢筋网片，纵横间距为10cm×10cm（绑扎）。2、设计横坡为1.0%。

四、钢纤维混凝土配合比设计

（一）设计依据

（1）公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40—2003）

（2）公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTG F30—2003）（3）普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）

（4）公路工程集料试验规程（JGJ E42—2005）

（5）硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB175—1999）

（二）C40钢纤维砼材料

水泥产地：蚌埠海螺、规格型号：P.O42.5级；碎石产地：安徽省泗县、规格型号：4.75-26.0mm碎石；砂产地：安徽明光、规格型号：中粗砂；粉煤灰产地：河南永城、规格型号：IFA-I级；外加剂产地：南京、规格型号：UC-II高效泵送剂；钢纤维产地：宜兴市军威、规格型号：波纹型DM-02；水：饮用水

碎石连续级配范围

碎石采用连续级配，技术等级不应低于II级，由于集料级配对混凝土的弯拉强影响很大，主要表现在振实后，集料能够逐级密实填充，形成高弯拉强度所要求的嵌挤力，另一方面，集料级配对混凝土的干缩性为敏感，逐级密实填充的良好级配有利于减小混凝土的干缩；砂采用中粗砂，技术等级为II级，细度模数为2.8，属II区；水泥采用散装普通硅酸盐42.5，各项指标送检检测均合格；粉煤灰符合I级粉煤灰指标要求；泵送剂、钢纤维及拌和用水均送有质资的检测部门进行检验合格。

（三）计算初步配合比

1、计算砼的配置强度fcu，o设计要求砼强度fcu，k=40Mpa（标准差δ =6.0Mpa）

试配强度：fcu，o=fcu，k+1.645δ=40+1.645×6.0=49.87Mpa 2、计算水灰比W/C

计算水泥实际强度。采用海螺P.O42.5级普通硅酸盐水泥fcu，k=42.5Mpa，水泥富余系数γ取1.13 水泥实际强度为：Fce=γ×fcu，k=1.13×42.5=48.03Mpa

3、计算砼水灰比：

砼的配置强度fcu，o=49.87Mpa，水泥强度fce=48.03Mpa，可查JTGF30—2003表5.0.4回归系数aa、ab选用表：aa=0.46，ab=0.07；

W/C=（0.46×48.03）/（49.87+0.46×0.07×48.03）=0.43

耐久性校核。查 JTGF30—2003表4.2.2-2钢纤维混凝土满足耐久性要求最大水灰比0.44，按规范要求取刚纤维混凝土基体的水灰比的计算值与规定值两者中的小值，取水灰比W/C=0.43 。

4、确定用水量MWO

钢纤维采用波纹型DM-02，厚×宽×长（mm）=0.5×0.5×32 长径比为59，按设计文件要求的钢纤维混凝土配合比选取每方混凝土钢纤维用量为70kg/m3 .

要求砼拌和物坍落度75-90mm。碎石最大粒径为25mm，查表选用水量取MWO=205Kg 5、单位用水泥用量MＣO

MWO＝MWO／W/C=205/0.43=477㎏,设计砼所处环境属于经受冻害和除冰剂的钢筋砼，查JTGF30—2003表4.0.4得最小水泥用量为320㎏/m3，按强度计算单位水泥用量为477㎏/m3，符合强度要求，故采用单位水泥用量为477㎏/m3。粉煤灰取代水泥率取10%(符合相应标准)，超量系数取1.5，粉煤灰取70㎏，水泥取407㎏。

6、确定砂率βS：

集料采用碎石的最大粒径为25mm水灰比W/C=0.43,查JTGF30—2003表4.0.2取砼砂率βS=38% 7、粗细集料单位用量（MsO、MgO）

假定每立方米砼重：2450㎏

MsO+MgO=2450-205-477=1768㎏

MsO=1768×38%=671㎏

MgO=1768-671=1097㎏

8、外加剂单位用量的确定

外加剂采用产地：南京UC-II高效泵送剂，添加用量为水泥用量的1.3%，即外加剂的单位用量为6.4㎏/m3。每m3砼材料用量:

水：水泥：砂：碎石：粉煤灰：外加剂：钢纤维=205㎏:407㎏:671㎏:1097㎏：70㎏:6.4kg：70kg=1:1.99:3.27:5.35:0.34:0.03:0.34 （四）验证强度

为了验证C40钢纤维水泥砼的强度，拟定三个不同的配合比，其中一个为了按上述得出的基准配合比，另外两个配合比的水灰比值，比基准的配合比分别增加、减少0.02。

试配一：水灰比为W/C=0.45，砂率βS=40%

MwO:McO:MsO:MgO:粉煤灰：外加剂：钢纤维=

205kg:385kg:680kg:1110kg：70kg：6.4kg：70kg

=1:1.88:3.32:5.41:0.34:0.03:0.34

试配二：水灰比为W/C=0.41，砂率βS=40%

MwO:McO:MsO:MgO:粉煤灰：外加剂：钢纤维=

205 kg:430 kg:663 kg:1082kg：70kg：6.4kg：70kg

=1:2.10:3.23:5.28:0.34:0.03:0.34

通过对几种不同水灰比的7天及28天强度来看，水灰比为W/C=0.41，7天平均抗压强度达到53.5MPa，28天平均抗压强度达到58.4Mpa，坍落度为90mm；水灰比为W/C=0.43，7天抗压强度达到50.2MPa，28天抗压强度达到57.4MPa，坍落度为110mm；水灰比为W/C=0.45，7天平均抗压强度达到40.5MPa，28天平均抗压强度达到48.5MPa，坍落度为130mm。以上几种不同的水灰比强度都能达到设计强度要求，但从设计强度上考虑，项目部决定采用水灰比为W/C=0.43的设计配比。

项目部在本桥的主桥上现浇了一块于桥面铺装层同样的钢纤维混凝土与试验室内试块做为同样对比，现取芯送检做7天抗劈裂强度来看平均强度4.23Mpa，7天抗压强度平均强度为41.1Mpa。试验室标准养护室内7天抗折强度为4.92Mpa，28天抗折强度为5.57Mpa，3天平均抗压强度为41.1Mpa，7天抗压强度平均强度为48.9Mpa，28天抗压强度平均强度为59.0Mpa。以上数据可以看出受桥面行车挠度及外观的影响，现场强度要比试验室内强度要低。

本次搅拌的为JD-1500型砼拌和机，运输采用砼搅拌车进行运输，设计的坍落度为120mm，通过对不掺加钢纤维和掺加钢纤维，两种拌和出来的成品料，坍落度指标完全不同。试验人员在搅拌站做出的坍落度和桥面上做出的坍落度相差为30-40mm。

五、施工工艺

在保证桥面车辆单向通行的前提下，所采取的半幅施工方法，先切割老桥面铺装层再进行人工破除，清理老桥面铺装层后，对桥面进行施工放样测量，控制两侧伸缩缝高程。铺筑厚度控制在边口最薄处厚度在8cm以上。清理后进行植筋、绑扎钢筋、立模完进行浇筑砼，用土工布进行养生，养生期10d左右，待强度测试达设计要求时开放交通。

六、施工质量控制

施工前对各种原材料进行质量检验。在施工过程中，应检查钢纤维混凝土的配合比是否符合设计要求，尤其是对钢纤维混凝土搅拌时的投料顺序、拌和时间，以及钢纤维混凝土浇筑过程中摊铺和振捣质量进行有效控制，确保钢纤维在混凝土中分布均匀，达到良好的力学性能。按施工规范要求对每一工作日浇筑的混凝土制作抗压试件。与普通混凝土一样，钢纤维混凝土也应加强早期养护。

七、结束语

（1）能有效控制路面裂缝，延长使用寿命，经济效果显著。

（2）加大缩缝间距，减少缩缝养护成本，提高行车舒适性。

（3）钢纤维混凝土面层厚度可比普通混凝土减少30%～50%，有效缩短施工工期。