钢纤维混凝土在桥面铺装中的试验与应用

２００７年４月　巾国港湾建设　Ｃｈｉｎａ　Ｈａｒｂｏｕｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｐｒ．，２００７　第２期总第１４８期　Ｔｏｔａｌ　１４８，Ｎｏ．２　钢纤维混凝土在桥面铺装中的试验与应用　王学军　（秦皇岛路桥建设开发有限公司，河北摘秦皇岛０６６０００）　要：通过对钢纤维砼试验分析，探讨出满足施工要求的钢纤维砼配合比；通过室内试验与室外施工比较，钢　纤维砼比普通砼在抗压、抗折、抗渗、抗弯等方面均有较大提高，应用于桥面铺装，提高了桥面的强度和耐久性。　关键词：钢纤维砼；试验；应用　中图分类号：ＴＵ５２８．５７２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—３６８８（２００７）０２—００７１—０３　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｔｅｅｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｏｒ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｄｅｃｋ　ＷＡＮＧＸｕｅ－ｊｕｎ　（Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ　Ｒｏａｄ＆Ｂｒｉｄｇｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．．Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ　０６６０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｅｔ：Ａｔｉｅｒ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａ　ｍｉｘ　ｒａｔｉｏ　ｉｓ　ｄｅｒｉｖｅｄ　ｆｏｒ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｗｈｉｃｈ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｗｉｔｈ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｔｅｓｔｓ　ｔｏ　ｆｉｅｌｄ　ＷＯｒｋｓ，　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｇａｉｎｓｔ　ｕｐｔｕｒｅ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｒｔｙ　ａｎｄ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｒｅ　ｍｏｒｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｎ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，Ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｄｅｃｋ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｂｅｔｔｅｒ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｗｈｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉＳ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｂｒｉｄｇｅ　ｄｅｃｋ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ　ｉｂｅｒ　ｆｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｔｅｓｔ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　１引言　３　钢纤维钢筋砼（ＳＦＲＣ）的力学性能试验　３．１试验采用的材料　（１）钢纤维：采用长度为３０ｍｍ长波纹型钢纤维，直　径０．５　ｍｍ，长径比　／Ｄｒ＝６０。　钢纤维砼（简称ＳＦＲＣ）是由短短的不连续的钢纤维　均匀的乱向分布于砼或钢筋砼中所构成的一种新型、高性　能的特种复合材料，它具有优良的物理性能。钢纤维掺入　砼后，大大改善了砼和钢筋砼的性能，显著地提高了砼或　钢筋砼的抗拉、抗折、抗裂、抗冲击、抗磨、耐疲劳等性　能，同时还有良好的韧性。由于它的性能优异而被广泛应　用。砼和钢筋砼掺入钢纤维后应用于桥面铺装，不仅提高　（２）水泥：选用冀东Ｐ．Ｏ　５２５Ｒ。　（３）细集料：选用河中砂，＾　＝２．７５，含泥量为１．０％，　表观密度为２６２０ｋｇ／ｍ　，堆积密度为１　４３０ｋｇ／ｍ３，空隙率　为４５．４％。　了力学性能，而且提高了耐久性，减少了路面的维修次数，　具有明显的技术经济效益。　２　“钢纤维砼在桥面铺装中应用”课题的提出　（４）粗集料：采用最大粒径不大于２０　ｍｍ的石灰岩，　二级配，ｌ０　２０ｍｍ占７０％，５～１０ｍｍ占３０％，表观密　度为２　７５０　ｋｇ／ｍ　，堆积密度为１　３６０　ｋｇ／ｍ　，空隙率５２％，　针片状９．０％，含泥量０．３％。　我单位承建的１０２国道山海关外环改造工程，在Ｋ３＋　３９６处有一５孔跨径为１３　ｎｌ的空心板桥，原桥面铺装采用　（５）拌合水：自来水。　（６）外加剂：ＲＣ＂１Ａ缓凝减水剂，掺量０．１５％（液　态）。　３．２钢纤维砼的力学性能　Ｃ３０钢筋砼桥面，经过几年运行后出现了细小的裂纹。经　过专家初步研究，在原有混凝土中加入适量的钢纤维来提　高混凝土桥面的抗裂性能，通过实践，此方法切实可行。　本文从钢纤维混凝土的力学性能试验、配合比设计以　我们采用本地的原材料对钢纤维进行了立方体抗压强　度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、抗弯初裂　及施工工艺等方面进行了初步研究。　强度、弯曲韧性等试验，试验结果见表１。　收稿日期：２００７—０２—０２　修回日期：２００７—０３—０５　表１选用了Ｗ／Ｃ＝０．６，钢纤维体积率　＝１．０％，坍落　度为４～６　ｃｍ，从试验结果可看出，钢纤维砼的抗压强度　作者简介：王学军（１９７１一），女，硕士，工程师，交通土建专业。　维普资讯 http://www.cqvip.com

・７２・　中国港湾建设　表１钢纤维混凝土力学性能（１．０％）　２００７年第２期　砼类别　普通砼　钢纤维砼　抗压强度，ＭＰａ　抗折强度，ＭＰａ　轴心抗压强度，ＭＰａ　劈裂抗拉强度／ＭＰａ　抗弯初裂强度，ＭＰａ　弯曲韧性／（Ｎ．ｍ：　３１．５　３２．７　４＿８９　６．５　２１．５　２３．３　３．７５　５．７４　４．７２　５．８４　８．８５　２３．０６　提高较少，其他力学性能指标提高较明显。从破坏的试件　观察，断裂面的上下不是钢纤维被拉断，而是被拔出。　３．３不同钢纤维体积率对砼力学性能的影响　砼中钢纤维砼的体积率不同，对砼性能有一定的影响，　我们仅改变　值，其他条件都相同的情况下做了各项物　理力学性能试验，试验结果见表２。　表２不同钢纤维体积率对砼力学性能的影响　砼性能　钢纤维体积率　，％　０　０．５　１．０　１．５　２．０　抗压强度，ＭＰａ　２９＿８　３ｌ＿８　３２．９　３３．９　３５．２　轴心抗压强度／ＭＰａ　２６．１　２８．５　３０．１　３１．２　３３．１　劈裂抗拉强度，ＭＰａ　３．６５　４．３６　５．３　５＿８　６．０　抗折强度／ＭＰａ　４．８３　５．８６　６．８４　７．４５　８．２　抗弯初裂强度／ＭＰａ　４．９　５．６　６．５　７．４　７　９　弯曲韧性／（Ｎ－ｍ）　９＿８　ｌ１．Ｏ　２３．１．　２４．５　２５．９　从表２的试验结果分析可看出，随着钢纤维体积率的　增加，钢纤维砼的力学性能指标也有所提高，但抗压强度　提高较少。　３．４钢纤维体积率对砼和易性影响　钢纤维体积率对砼和易性有较大影响，当钢纤维体积　率增加时，砼的流动性显著降低，试验结果见图ｌ（粗骨　料为碎石，最大粒径１０ｍｍ；Ｗ／Ｃ＝Ｏ．５，砂率６ｏ％；钢纤　维０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×３０ｍｍ）　锕纤维体积率／％　图１　钢纤维体积率与塌落度的关系　３．５钢纤维砼坍落度的影响　由图２可知，在具有一定坍落度的砼中，掺入一定量　的钢纤维，由于砂率的不同，砼坍落度也有一定的变化，　砂率越小这种变化就越大。钢纤维砼的砂率要比普通砼砂　率大，对某一种　情况下，获得合理的砂率和用水量，在　满足设计要求强度的前提下，使流动性符合施工要求。　３．６不同钢纤维体积率对抗弯强度影响　由图３知，钢纤维砼的钢纤维掺量不同，其抗弯强度　值也不同，随着钢纤维掺量的增加而呈直线增大的趋势。　３．７钢纤维砼的初裂强度　初裂强度是钢纤维砼抗裂性能的主要标志，由图４知，　砂率／％　图２砂率对钢纤维砼塌落度的影响　钢纤维体积率／％　图３钢纤维砼体积率与抗弯强度的关系　钢纤维体积率／％　图４钢纤维砼与初裂强度的关系　钢纤维砼，弯曲时，出现裂缝时的强度显著提高，其提高　的数值与钢纤维掺量成正比。　４钢纤维砼配合比设计　配合比设计应满足施工抗压强度、抗折强度及施工均　匀性、和易性的要求，并应符合节省钢纤维和水泥的原则。　配合比设计应满足设计的其他要求，如耐疲劳、抗冲击、　抗渗等。影响配合比的主要因素是钢纤维体积率、砂率和　水灰比。在改变水灰比或钢纤维体积率时，单位体积用水　量应保持不变，可通过调整砂率保持拌和物稠度不变。　４．１水灰比的确定　由试验可知钢纤维砼抗压强度与普通砼相比提高甚少，　抗压强度主要取决于水灰比，因而钢纤维砼的水灰比可与　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年第２期　王学军：钢纤维混凝土在桥面铺装中的试验与应用　・７３・　普通砼相同，应按现行标准的规定计算确定。　４．２钢纤维砼的砂率　砼和易性时，不但要考虑砼坍落度，而且还应用维勃稠度　来考虑工作性，因为钢纤维砼在震捣前后工作性能相差很　较普通砼有所增大。较合理的砂率应通过试验确定，　也可按下式估算：　＝大。当坍落度不满足要求或保水性不好时，在水灰比和　不变的条件下，调整用水量、水泥用量或砂率，直至符合　要求为止。用水量通过试验或有关资料确定。　经过几种配比方案的试验比较，选用的配比见表３。　其抗渗试验结果见表４。　Ｓｒ＋１０　式中，　为钢纤维砼砂率，％；　为普通砼砂率，％。　４．３用水量　钢纤维砼的用水量是决定施工和易性的关键。在考虑　表３选用的钢纤维砼配合比　钢纤维体积率１．０　单位用量／（ｋｇ・ｍ。）　抗压强度／ＭＰａ　抗折强度／ＭＰａ　／％　Ｗ／Ｃ　冀东Ｐ砂率／％　减水剂／％　坍落度／ｃｍ　Ｏ　５２５Ｒ　中砂　碎石　水　钢纤维　７ｄ　２８　ｄ　７ｄ　２８ｄ　．０．５ｌ　３８５　８３９．３　６８７／２９５　ｌ９６．４　７８　４６　０．１５　２　３３．４　４１．３　６．６８　７．６９　注：表中碎石粒径分子为ｌ０—２０ｍｍ　７０％，分母为５—１０ｍｍ　３０％；外加剂为Ｒｃ一１Ａ；钢纤维为０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×３０ｍｍ。　钢纤维砼设计强度等级为Ｃ３０；抗折强度为５．０　ＭＰａ；掺防水剂ＱＢＺ—Ｂ１。掺量１．５％。　表４钢纤维砼和普通砼抗渗试验结果　钢纤维体积率／％　配合比　Ｗ／Ｃ　砂率／％　水泥／ｋｇ　坍落度／ｃｍ　防水粉ＱＢＺ－Ｂ１／％　缓凝减水剂Ｒｃ一１Ａ／％　抗渗标号／ＭＰａ　渗水高度／ｃｍ　０　１．０　ｌ：２．１８：２．５５　０．５ｌ　ｌ：２．１８：２．５５　０．５ｌ　４６　４６　３８５　３８５　５．７　２．０　１．５　１．５　０．１５　０．１５　０．６　０．６　９．６　５．１　５钢纤维砼施工工艺　（３）振捣：用插入式振捣器，沿模板周围振实，大面　积用平板振捣器振实，再用钢滚依次滚压，压出泥浆找平，　把竖起和外露的钢纤维及石子压下去。　（１）摊铺：用搅拌车或翻斗车运灰时，将砼倒在指定　的位置上，然后用人工将钢纤维砼大致摊铺整平，松铺系　数按１．２—１．３控制，防止钢纤维砼拌和物离析，如果发现　离析时，用人工进行二次拌和。在摊铺过程中，钢纤维有　结团须撕开抖散或剔除。　（４）抹面：当砼表面无析水时，再进行抹平，经抹平　修整的表面不得裸露钢纤维。之后方可用毛刷拉毛。　（５）养护：钢纤维砼浇注完后，应加强早期养护，砼　（２）钢纤维砼的坍落度损失较快，应连续浇注，间歇　时间应不超过３０　ｍｉｎ。所以在浇注时要有充分的劳动力，　在一定时间内将砼浇注完。　表面覆盖草袋保持湿润，有利强度增长。　在施工过程中，随机取样，进行钢纤维砼强度和抗渗　标号的检验，养生条件与构件同条件，试验结果见表５。　表５施工强度试验结果　强度等级　钢纤维体积率／％　Ｃ　Ｃ３０　Ｃ３０　Ｃ３０　１．０　１．０　１．０　配合比　水泥用量／（ｋ２８　ｄ强度／ＭＰａ　ｓ．ｍ　）　砂率／％　坍落度／ｃｍ　抗压强度　抗折强度　抗渗标号／ＭＰａ　渗水高度／ｃｍ　３８５　３８５　３８５　４６　４６　４６　２．０　２．５　１．９　４２．７　４３．５　３９．８　６．８３　７．２　６．６５　０．６　０．６　０．６　７．５　６．６　８．２　０．５ｌ　ｌ：２．１８：２．５５　０．５ｌ　ｌ：２．１８：２．５５　０．５ｌ　ｌ：２．１８：２．５５　注：外加剂掺有Ｒｃ—ＩＡ减水剂，掺量０．１５％和ＱＢＺ－ＢＩ防水粉，掺量Ｉ．５％；设计抗折强度为５．０ＭＰａ。　６工程应用情况　高了砼的耐久性，延长了使用寿命。　（２）钢纤维砼施工质量，关键是控制好投料顺序、搅　拌方法和时间，同时要加强养护和振捣。　（３）粗骨料最大粒径对钢纤维砼的抗弯强度有较大的　影响，钢纤维体积率在１．０％时，其影响较小；当达到１．５％　以上时则变得十分明显。其主要原因是钢纤维砼抗弯强度　该桥经过４年多的运行，桥面至今仍完好无裂纹。该　项研究成果获秦皇岛市科技进步三等奖。　河北省京秦高速公路２００４年下半年处理的单板受力　桥梁，原桥面采用Ｃ４０普通钢筋砼，钢筋纵横向间距均为　１５０　ｍｍ，　１６钢筋，处理完后，整个桥面均出现乱向分布　的细小裂纹。经分析认为：此裂缝是在砼硬化收缩过程中　出现的温度收缩裂缝。为了避免再次出现此裂缝，在此次　单板受力桥梁处理中在原砼中加入了１％（体积率）的钢　纤维，加强了养护和振捣，并同时采用了水化热较低的水　泥，提高了砼的抗裂性能。这些桥面至今仍完好无裂纹。　７结语　和抗拉强度，受钢纤维的平均间隔所支配。粗骨料粒径较　大，钢纤维就不能均匀分布，引起砼局部钢纤维平均间隔　加大，导致抗弯强度降低。　参考文献：　［１］赵国藩，彭少民，黄承逵，等．钢纤维混凝土结构［Ｍ］．北京：中国建　筑工业出版社．１９９９．　（Ｉ）通过工程应用实例，表明了钢纤维砼桥面铺装比　［２］　钢纤维混凝土结构设计与施工规程［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版　社．１９８９．　普通砼力学性能有较大的提高，能显著提高砼的抗拉、抗　剪等性能。特别是由于抗疲劳强度和抗裂强度的提高，提　［３］　钢纤维混凝士试验方法［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９８９．　［４］　钢纤维混凝士在桥面铺装上的应用研究［Ｒ］．省厅技术报告．２００２．