公路桥梁施工中的钢纤维混凝土技术的应用

浅析公路桥梁施工中的钢纤维混凝土技术的应用摘要：钢纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复合材料,本文就钢纤维和钢纤维混凝土的性能进行了分析，同时针对路桥施工过程中钢纤维混凝土技术应用作了探讨。

关键词：公路桥梁钢纤维混凝土加固应用施工技术

1钢纤维和钢纤维混凝土的性能分析

1.1钢纤维基本性能

钢纤维按其制造方式分为切断钢纤维、剪切钢纤维、切削钢纤维和熔抽钢纤维4种。

切断钢纤维抗拉强度高,但与水泥沙浆的界面粘结性较差。对钢纤维表面进行变形处理,制成表面有刻痕的、末端带钩的、波纹形的钢纤维,或者圆截面与扁平截面交替的呈规律性变化的钢纤维可以改善其力学性能。当用废钢丝绳切断而成时,必须进行除油污和除锈处理。

剪切钢纤维由剪切冷轧薄板制得,厚0.2~05mm,宽0.25~0.9mm,抗拉强度为450~800mpa,与水泥砂浆的粘结性比切断钢纤维好。

切削钢纤维由旋转的铣刀切削软钢锭或厚钢板制得,强度比原材料有较大提高,截面呈三角形,与水泥混凝土的粘结较好。熔抽钢纤维由熔融的钢水甩制而成,纤维强度因熔钢成分与热处理条件而异,表面不规则且有一层强度很低的氧化层。氧化层的存在降低了钢纤维与混凝土的粘结强度。钢纤维的弹性模量与抗拉强度都比较

高,大约为水泥基材的5倍以上。同时钢纤维也可以制成各种变截面形状,以增加与水泥基材之间的握裹力。

1.2钢纤维增强混凝土强度机理

钢纤维在混凝土中的主要作用,在于限制外力作用下基体中裂缝的扩展。在受荷(拉、弯)初期,水泥基料与钢纤维共同承受外力,而前者是外力的主要承受者:当基料发生开裂后,横跨裂缝的钢纤维成为外力的主要承受者。若钢纤维体积掺量超过某一临界值,整个复合材料可继续承受较高的荷载,并产生较大的变形,直到钢纤维被拉断或钢纤维从基料中被拨出,以至复合材料破坏。

1.3钢纤维混凝土的基本性能

钢纤维混凝土是在普通混凝土中,均匀地乱向分布一定量的钢纤维,经硬化而得,与普通混凝土相比,具有一系列优越的物理力学性质:

（1）强度与重量比值增大;

（2）较高的抗拉、抗压和抗弯的极限强度。在混凝土中掺入适量钢纤维,其极限抗压强度可以提高,单轴抗拉极强度可提高

40%~50%,抗弯极限强度可提高50%~150%;

（3）良好的抗冲击性能。钢纤维混凝土在纤维掺量为0.8%~2.0%时,其冲击韧性指标可提高50~100倍,甚至更高;

（4）变形性能明显改善。钢纤维对混凝土抗压弹性模量影响不显著,但对抗拉弹性模量提高较多,钢纤维对混凝土长期收缩变形

的影响也较明显,钢纤维可使混凝土的收缩率降低10%~30%;

（5）抗裂和抗疲劳性能显著提高;

（6）优越的抗剪性能;

（7）良好的阻止和抑制因温度应力引起裂缝产生与扩展的能力;

（8）良好的抗冻性与耐磨性能。

1.4影响钢纤维混凝土性能的主要因素

钢纤维混凝土性能受钢纤维类型、钢纤维掺量、钢纤维长径比、砂率、粗骨料最大粒径、减水剂、掺和料等因素的影响。其中钢纤维类型、钢纤维掺量和钢纤维长径比是影响钢纤维混凝土性能的主要因素。当钢纤维混凝土用于路面材料时,由于面层板较薄,因而受地下排水状况的影响较大。

2路桥施工中钢纤维混凝土的应用

2.1道路施工中钢纤维混凝土的应用

由于钢纤维混凝土路面具有减薄铺装厚度、纵缝不设或少设、横向缩缝少、良好的耐磨性及冻融性等优点,延长路面使用寿命,从而在路面工程中获得广泛应用。

2.1.1新建全截面钢纤维混凝土路面

全截面采用钢纤维混凝土的路面厚度为普通混凝土路面厚度的50%~60%,钢纤维掺量为0.8%~1.2%。双车道路面一般不设纵缝,横缝间距20~30m,最长可取50m。

2.1.2新建复合式钢纤维混凝土路面

复合式路面可以做成双层式或三层式。双层式路面的构造是在全路面板厚的上层约全厚40%~60%铺设钢纤维混凝土。三层式复合路面是上下两层分别做成钢纤维混凝土层,中间夹普通混凝土层。结构上比较合理,但施工复杂。根据经验,三层式复合路面宜在机械化铺设条件较高的地区使用。此外,还可以采用钢纤维- 钢丝网混凝土复合式路面。

2.1.3碾压钢纤维混凝土路面

将钢纤维置于碾压混凝土中,从而使路面的强度和韧性增强,改善碾压混凝土的力学性能。

2.1.4钢纤维混凝土罩面

旧混凝土路面损坏采用钢纤维混凝土铺筑罩面层。钢纤维混凝土罩面分结合式、直接式、分离式3种结合。结合式罩面面层与旧混凝土相互粘结为一整体,共同发挥结构的整体强度作用。分离式罩面层与旧混凝土不粘结,而是中间设置一个隔离层,各层独立发挥作用。直接式是直接在旧水泥混凝土面层上加铺钢纤维混凝土罩面层。一般用于损坏较轻微的旧水泥混凝土路面。

2.1.5钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土罩面修补

用钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土对损坏的路面进行修补罩面。钢纤维体积率以1%~2%为宜,长径比可略高于钢纤维增强混凝土的长径比。一般限制在70~100范围内。

2.1.6在多年冻土地区用于抗冻

在多年冻土地区选用钢纤维混凝土路面以减少吸热,并维持冻

土热平衡和提高抗冻性。

2.2桥梁施工中钢纤维混凝土的应用

2.2.1桥面铺装

采用钢纤维混凝土桥面铺装层不仅可以增强桥面的抗裂性、耐久性和提高舒适性能,还可以增强桥梁抗折强度,增加桥梁本身刚度,减少铺装厚度,降低结构自重,改善桥梁受力状况。此外,采用钢纤维混凝土和橡胶沥青混凝土复合的双层桥面也是一种有效措施。

2.2.2桥梁上部承受荷载部位

采用钢纤维混凝土作为主拱圈(主梁)或在应力集中区局部加强,改善结构受力性能,有效控制结构变形,减轻自重,推动桥梁结构向大跨度、轻型化方向发展。结构性能良好,造型美观,而且可减少上部材料用量,使下部墩台数量也相应减少,从而降低造价,提高经济效益。通过修建钢纤维混凝土桥梁降低梁高,满足使用上的特殊要求。

2.2.3桥梁墩台等结构局部加固

对动载长期作用下造成的桥梁墩台及桥面板裂缝或表层剥落病害,采用转子ⅱ型喷射机喷射5~20cm钢纤维混凝土以满足结构的整体性和抗震性要求。一般钢纤维类型采用剪切钢纤维,掺量为1.0%;采用硫铝酸盐快硬水泥和ts型速凝剂提高早期抗裂性能;对旧混凝