淺談高速公路鋼纖維混凝土路面的應用

梁 城 朱金鵬

（長安大學公路學院，陜西 西安 710064）

隨著公路建設的快速發(fā)展，高速公路和城市道路上的超載現(xiàn)象越來越嚴重，普通混凝土路面在重載的作用下發(fā)生斷板、錯臺、拱起擠碎等病害也越來越嚴重。因此尋找一種具有高強度，低脆性的混凝土材料就越來越急迫。

鋼纖維混凝土是一種性能優(yōu)良的新型復合材料。已在多地鋪筑了高速公路試驗路，特別適用于重載路面和橋隧、機場跑道工程的修建。鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一下優(yōu)點：①抗彎拉強度更高，更能適應重載條件下路面的彎拉破壞；②在同等強度的條件下面層的厚度可以減少一半，降低了工程造價；③縮縫間距可以加大，縮短了施工工期，延長了路面的使用壽命。因此，鋼纖維混凝土具有廣闊的推廣前景，特別適用于重載地區(qū)的路面工程。

1 鋼纖維混凝土路面結構設計

將一定數(shù)量的鋼纖維均勻的混合于混凝土中而形成的一種具有較高的抗壓強度和抗彎拉強度的一種復合型材料成為鋼纖維混凝土。由于鋼纖維的存在，增大了混凝土面板的抗彎拉能力，使得鋼纖維混凝土裂縫的形成和發(fā)展緩慢。不僅如此，鋼纖維混凝土路面表面粗糙耐磨，抗沖擊強度高，路面的安全系數(shù)更高，適合用于重載及潮濕地區(qū)的混凝土路面。

1.1 結構組合設計

目前，普通水泥混凝土修建高速公路路面技術已十分完善，高速公路建設中普通混凝土板的厚度以達到32cm，但在改善路面使用性能和延長路面使用壽命方面的作用較小。相關資料顯示，鋼纖維混凝土中由于鋼纖維的存在，提高了混凝土的強度和剛度，因此在修筑時可以減薄路面層的鋪筑厚度，降低橫縫之間的間距，工程造價大幅降低。

1.2 組成材料設計

1.2.1 影響鋼纖維混凝土強度的主要因素

影響鋼纖維混凝土強度的因素較多，首先水泥強度會影響到水泥與鋼纖維之間的裹覆能力，從而影響到混凝土的強度。其次，鋼纖維的用量、類型以及長度和直徑之比（長徑比）也是影響混凝土強度的主要因素。鋼纖維過長時不利于混凝土的拌和，過短起不到改善混凝土彎拉強度的作用。此外一些其他因素如骨料最大粒徑、含砂率、是否添加外加劑等也對混凝土的強度產(chǎn)生較大影響。

1.2.2 原材料的選擇

水泥：為了保證混凝土的強度，鋼纖維混凝土中一般選用C42.5和C52.5的普通水泥。

粗集料：粗集料的最大公稱粒徑不得超過纖維長度的三分之二，以在20mm以內(nèi)為宜，粒徑宜采用5～16mm，質(zhì)地堅硬、含泥量不超過1%。

細集料：采用中砂或粗砂，松裝密度≥1.37g/cm3，平均粒徑為 0.35～0.45mm，含泥量不超過 2%，雜質(zhì)含量符合規(guī)范要求。

鋼纖維：采用剪切型鋼纖維、熔抽型鋼纖維。研究表明，鋼纖維長度宜在15mm到60mm之間，纖維截面直徑宜處于0.4到1.0mm之間?？箯澙瓘姸炔坏眯∮?50MPa，長徑比應處于50～90之間。長徑比是影響鋼纖維添加效果的主要因素，一般而言，長徑比越大，鋼纖維的彎拉強度越高，但是長徑比過長會帶來拌和困難，影響拌和和易性，增強效果較差。因此應選擇合適的鋼纖維與長徑比。

1.2.3 配合比設計

鋼纖維混凝土配合比設計的目標是在保證鋼纖維混凝土抗彎拉強度的條件下，減薄路面面板的厚度，以滿足設計強度等級和施工和易性的要求。鋼纖維混凝土配合比設計有以下主要參數(shù)：用水量、水灰比和砂率。鋼纖維混凝土中的水泥用量一般較普通混凝土大，為380～480kg/m3。在路面澆注過程中鋼纖維的摻量一般占混凝土體積的1%～2.5%，但不得超過3%當摻量超過3%時會使施工和易性變差，質(zhì)量難以保證。

鋼纖維混凝土的配合比設計必須按照抗壓強度和抗彎拉強度的控制標準及施工和易性的要求，經(jīng)過實驗室進行配合比的驗證之后才能確定最終配合比的方案，使用到工程實際中。

2 鋼纖維混凝土的應用

將一定長徑比的鋼纖維和混凝土均勻的拌和在一起，經(jīng)攤鋪碾壓后形成鋼纖維混凝土，由于鋼纖維均勻的分散于混凝土中，使得混凝土內(nèi)部的約束力增強，從而使混凝土的抗彎拉強度增大，使用過程中裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展變緩，提高了混凝土的整體抗裂性。同時由于鋼纖維與混凝土接觸面上的強大的粘結作用，使得混凝土在車輛荷載的作用下，層底容許彎拉應力明顯增強，并且路面的抗沖擊性和抗磨耗性及韌性也大大增加。因此，鋼纖維混凝土是新建路面與舊路改造工程中的優(yōu)良材料。

2.1 修補路面

當普通混凝土路面產(chǎn)生局部損壞時，必須采取措施對路面進行翻修與補強，否則路面將發(fā)展更加嚴重的結構性損壞。對于損壞的混凝土路面，翻修不僅投資大，施工周期長，而且嚴重影響道路的通行能力。普通混凝土修復路面最大的缺陷在于抗裂性差，脆性大，路面板容易發(fā)生彎拉破壞，產(chǎn)生斷板等病害，所以要求修補材料具有足夠的抗彎拉強度。在各種不利條件的綜合作用下，路面可能產(chǎn)生坑槽、剝落、拱起、錯臺、裂縫等病害。而鋼纖維混凝土路面在車輛動載的作用下具有良好的抗凍耐磨以及抗彎拉性能，又能夠阻止和抑制溫度裂縫和荷載裂縫的產(chǎn)生，裂縫的擴展勢頭減弱。另外，由于減少了對舊路的開挖回填，因此降低了工程造價。

2.2 新建路面

應用鋼纖維混凝土作為新建路面，由于將路面厚度減小了一半，因此節(jié)約了工程造價。鋼纖維的應用使得路面的抗彎拉能力更強，從而延長路面壽命，降低工程造價，提高了公路工程投資回報率。

3 鋼纖維混凝土路面的應用前景

目前鋼纖維混凝土的應用已經(jīng)十分廣泛，重載和潮濕地區(qū)的高速公路修筑，以及機場跑道的修筑很多都已使用鋼纖維混凝土，社會經(jīng)濟效益明顯，但仍然有待于進一步的推廣。與普通混凝土路面相比，鋼纖維混凝土路面具有以下優(yōu)點：改善了普通混凝土路面的使用性能，在相同性能的前提下減小了路面板了的厚度，節(jié)省了原材料，延長了縮縫間距，可以不設脹縫，節(jié)約了人工和時間?？傊摾w維混凝土的應用延長了路面的使用壽命，減少了路面的修建和維護費用。綜上所述，鋼纖維混凝土的社會經(jīng)濟效益明顯，推廣前景十分廣闊。

[1]中國工程建設標準化協(xié)會標準.鋼纖維混凝土結構設計與施工規(guī)程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.