1 前言
鋼纖維混凝土是一種纖維型材料與顆粒型材料混雜的復(fù)合材料。由于鋼纖維的摻入，使脆性的基體成為具有良好韌性的鋼纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。鋼纖維混凝土路面在動(dòng)荷載下，具有良好的抗沖擊、抗彎、抗拉、耐磨性能，疲勞壽命長(zhǎng)，并具有良好的阻止和抑制因溫度應(yīng)力引起裂縫產(chǎn)生與擴(kuò)展的能力。此外，鋼纖維混凝土的抗凍性能良好。這些性質(zhì)與路面的要求基本一致，并且可以實(shí)現(xiàn)按照使用要求設(shè)計(jì)材料的目的。因而在路面新建、加鋪層、路面修補(bǔ)等工程具有廣泛的應(yīng)用前景。但是由于鋼纖維的存在，鋼纖維混凝土路面質(zhì)量的優(yōu)劣不僅取決于混凝土的配合比和鋼釬維的性能，同時(shí)往往取決于施工質(zhì)量。鋼纖維的存在給混凝土路面施工帶來了技術(shù)難題，而施工機(jī)械的選擇及使用對(duì)鋼纖維混凝土路面的質(zhì)量產(chǎn)生較為重要的影響。
2 鋼纖維混凝土路面優(yōu)點(diǎn)分析
鋼纖維混凝土路面具有如下優(yōu)點(diǎn)：
強(qiáng)度和重量的比值增大。這是纖維混凝土具有優(yōu)越經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，也是它具有，闊應(yīng)用前景的重要保證。
抗拉強(qiáng)度和主要由主拉應(yīng)力控制的抗剪、抗彎強(qiáng)度明顯提高。
變形性能明顯改善。鋼纖維混凝土彈性階段的變形性能與其他條件相同的素混凝土沒有監(jiān)菩差別，受壓彈性模量和泊松比與素混凝土基本相同。韌性足衡量蠼性變形性能的重要指標(biāo)，鋼纖維混凝土的韌性比素混凝土大大提高。
抗裂和抗疲勞性能有較大改善。由于鋼纖維對(duì)混凝土的阻裂作用，鋼纖維混凝土比素混凝土具有更好的軟化后性能和抗疲勞性能。
3 鋼纖維和鋼纖維混凝土的性能
3.1 鋼纖維基本性能
鋼纖維按其制造方式分為切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維和熔抽鋼纖維四種。
鋼纖維抗拉強(qiáng)度高，但與水泥沙漿的界面粘結(jié)性較差。對(duì)鋼纖維表面進(jìn)行變形處理，制成表面有刻痕的、末端帶鉤的、波紋形的鋼纖維，或者圓截面與扁平截面交替的呈規(guī)律性變化的鋼纖維可以改善其力學(xué)性能。當(dāng)用廢鋼絲繩切斷而成時(shí)，必須進(jìn)行除油污和除銹處理。
剪切鋼纖維由剪切冷軋薄板制得，厚012mm～015mm，寬0125mm～019mm，抗拉強(qiáng)度為450MPa～800MPa，與水泥砂漿的粘結(jié)性比切斷鋼纖維好。
切削鋼纖維由旋轉(zhuǎn)的銑刀切削軟鋼錠或厚鋼板制得，強(qiáng)度比原材料有較大提高，截面呈三角形，與水泥混凝土的粘結(jié)較好。
熔抽鋼纖維由熔融的鋼水甩制而成，纖維強(qiáng)度因熔鋼成分與熱處理?xiàng)l件而異，表面不規(guī)則且有一層強(qiáng)度很低的氧化層。氧化層的存在降低了鋼纖維與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。鋼纖維的彈性模量與抗拉強(qiáng)度都比較高，大約為水泥基材的5倍以上。同時(shí)鋼纖維也可以制成各種變截面形狀，以增加與水泥基材之間的握裹力。
3.2 鋼纖維增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度機(jī)理
鋼纖維在混凝土中的主要作用，在于限制外力作用下基體中裂縫的擴(kuò)展。在受荷（拉、彎）初期，水泥基料與鋼纖維共同承受外力，而前者是外力的主要承受者：當(dāng)基料發(fā)生開裂后，橫跨裂縫的鋼纖維成為外力的主要承受者。若鋼纖維體積摻量超過某一臨界值，整個(gè)復(fù)合材料可繼續(xù)承受較高的荷載，并產(chǎn)生較大的變形，直到鋼纖維被拉斷或鋼纖維從基料中被撥出，以至復(fù)合材料破壞。
3.3 鋼纖維混凝土的基本性能
鋼纖維混凝土是在普通混凝土中，均勻地亂向分布一定量的鋼纖維，經(jīng)硬化而得，與普通混凝土相比，具有一系列優(yōu)越的物理力學(xué)性質(zhì)：
強(qiáng)度與重量比值增大；較高的抗拉、抗壓和抗彎的極限強(qiáng)度。在混凝土中摻入適量鋼纖維，其極限抗壓強(qiáng)度可以提高，單軸抗拉極強(qiáng)度可提高40%～50%，抗彎極限強(qiáng)度可提高50%～150%；良好的抗沖擊性能。鋼纖維混凝土在纖維摻量為018%～210%時(shí)，其沖擊韌性指標(biāo)可提高50倍～100倍，甚至更高；變形性能明顯改善。鋼纖維對(duì)混凝土抗壓彈性模量影響不顯著，但對(duì)抗拉彈性模量提高較多，鋼纖維對(duì)混凝土長(zhǎng)期收縮變形的影響也較明顯，鋼纖維可使混凝土的收縮率降低10%～30%；抗裂和抗疲勞性能顯著提高；優(yōu)越的抗剪性能；良好的阻止和抑制因溫度應(yīng)力引起裂縫產(chǎn)生與擴(kuò)展的能力；良好的抗凍性與耐磨性能。
3.4 影響鋼纖維混凝土性能的主要因素
鋼纖維混凝土性能受鋼纖維類型、鋼纖維摻量、鋼纖維長(zhǎng)徑比、砂率、粗骨料最大粒徑、減水劑、摻和料等因素的影響。其中鋼纖維類型、鋼纖維摻量和鋼纖維長(zhǎng)徑比是影響鋼纖維混凝土性能的主要因素。當(dāng)鋼纖維混凝土用于路面材料時(shí)，由于面層板較薄，因而受地下排水狀況的影響較大。
4 鋼纖維混凝土施工
鋼纖維混凝土路面質(zhì)量的優(yōu)劣，在很大程度上取決于施工質(zhì)量。因此，鋼纖維混凝土路面施工，除了滿足普通混凝土的施工要求外，還應(yīng)特別重視鋼纖維給施工帶來的技術(shù)問題。施工時(shí)除了將原有的混凝土補(bǔ)強(qiáng)填平外，重點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面的問題。
設(shè)置鋼纖維分散裝置。由于鋼纖維一次性直接投入攪拌機(jī)易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，為使鋼纖維充分分散，在攪拌機(jī)上安裝上振動(dòng)式鋼纖維分散機(jī)，分散機(jī)功率為1.0kW，分散能力約為40kg/min。由于分散機(jī)安裝在攪拌機(jī)上，分散時(shí)間較長(zhǎng)，增加了攪拌時(shí)間，生產(chǎn)效率有所降低。
攪拌投料順序和攪拌時(shí)間。為防止鋼纖維結(jié)團(tuán)，采取先干后濕的工藝。投料程序按砂一鋼纖維一石子一水泥的順序投于料斗。首先在攪拌機(jī)里干拌1～2min，再加水濕拌2min左右。總攪拌時(shí)間控制在6min內(nèi)。攪拌時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)形成纖維結(jié)團(tuán)，且每次的攪拌量控制在攪拌機(jī)容量的1/3以下。
采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。鋼纖維混凝土攪拌機(jī)，使用雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)，容量為250L.由于采用1.2%的鋼纖維摻量，且坍落度較小，為不使攪拌機(jī)超負(fù)荷工作，適當(dāng)降低攪拌機(jī)的利用率。
運(yùn)輸。鋼纖維混凝土運(yùn)輸采用自卸運(yùn)輸車。由于鋼纖維混凝土在運(yùn)輸過程中受到振動(dòng)，使鋼纖維下沉，坍落度和含氣量都會(huì)有損失，影響鋼纖維混凝土的均勻性。因此，選擇鋼纖維混凝土的攪拌場(chǎng)地時(shí)盡量縮短運(yùn)輸距離，并注意選擇合適的自卸運(yùn)輸車輛，以保證澆筑時(shí)的卸料高度不得超過1.5m，確保混凝土卸料過程中不發(fā)生離析現(xiàn)象。同時(shí)，宜注意運(yùn)輸時(shí)的溫度，避免造成混凝土的施工和易性下降。
攤鋪與振搗。鋼纖維混凝土在澆注時(shí)，不得有明顯的澆注接頭，每次倒料必須相壓l5-20cm，使鋼纖維混凝土保持整體連續(xù)性。鋼纖維混凝土路面采用攤鋪機(jī)攤鋪，輔以人工整平。因使用插入式振動(dòng)棒插入鋼纖維混凝土進(jìn)行振搗，會(huì)使鋼纖維朝振動(dòng)著的振動(dòng)棒聚集，產(chǎn)生集束效應(yīng)，所以為確保鋼纖維的二維分布，使用平板振動(dòng)器振搗成型。為保證邊角混凝土密實(shí)，將振搗棒順路線方向插入，使鋼纖維成縱向條狀集束，從而使鋼纖維的排列有利于抵抗板體收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力，有利于荷載的傳遞。振搗持續(xù)時(shí)間以混凝土停止下沉、不再冒氣泡并泛出泥漿為準(zhǔn)，同時(shí)防止過振。
抹面、壓紋。將外露的鋼纖維壓入混凝土中，同時(shí)在抹平的鋼纖維混凝土表面采用滾式壓紋機(jī)沿路線橫斷面方向壓紋l-2mm。切縫與養(yǎng)護(hù)。當(dāng)鋼纖維混凝土養(yǎng)生強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度約50%時(shí)，用切割機(jī)切縫，縫深3cm，縮縫設(shè)置為5m/道，與舊縫對(duì)齊。并保持施工縫與脹縫或縮縫設(shè)計(jì)位置吻合，施工縫與路中線垂直，不設(shè)置傳力桿。對(duì)脹縫、縮縫均采用l0號(hào)石油瀝青填縫。混凝土路面采用灑水養(yǎng)生，終凝后用麻袋覆蓋，每天灑水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土呈潮濕狀態(tài)。養(yǎng)生時(shí)間在l0～15d。待混凝土測(cè)試強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度再開放交通。
結(jié)束語(yǔ)
鋼纖維混凝土由于其自身所具有的優(yōu)異性能，目前已得到廣泛應(yīng)用。由于鋼纖維混凝土路面縮縫的間距為10m左右，比普通水泥混凝土路面的大，引起錯(cuò)臺(tái)顛簸的橫向縮縫大幅減少，從而明顯減少了錯(cuò)臺(tái)。因此，鋼纖維混凝土路面的行車舒適性明顯比普通水泥混凝土路面的高。但是，鋼纖維混凝土路面的施工較普通混凝土路面復(fù)雜，如果在施工過程中控制不好，很容易出現(xiàn)鋼釬維結(jié)團(tuán)、拌合物工作性差等問題，反而降低了路面質(zhì)量。因此，在鋼釬維混凝土路面施工中，一定要嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，從而達(dá)到令人滿意的效果。
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