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。
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。
2. 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。
2.1.1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。
2.1.2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;对旧混凝土表面喷砂或凿毛,增加新旧混凝土的整体性。
3 钢纤维混凝土设计
钢纤维混凝土配合比可以根据普通混凝土配合比的选择原则,通过试验最后决定。首先应选择与基材强度相适应的钢纤维品种,钢纤维极限抗拉强度应大于500MPa。圆直和熔抽钢纤维适宜配制中低标号混凝土,剪切钢纤维可配制高标号混凝土。钢纤维含量以0.5%~2.0%为宜。为使钢纤维混凝土力学性能与施工和易性要求尽量一致,对钢纤维长径比应加以控制,同时还应考虑钢纤维的最小直径。钢纤维最小直径不应小于0.40mm,一般应控制在0.45~0.70mm左右;钢纤维的长度不应过长。在正常搅拌机拌和时,长径比应控制在50~80.钢纤维细石混凝土的砂率应高于相同标号的普通混凝土。为保证钢纤维同基体牢固结合,通常采用粒径较小主骨料,大粒径为10~20mm。为改善混合料施工和易性,减少水泥用量和降低成本,可采用减水剂或其它外掺剂。注意钢纤维外观必须洁净、无锈、无油污,并不含其它杂质
和碎屑。
4 钢纤维混凝土施工技术
钢纤维混凝土的施工,按其施工方法来分有浇注钢纤维混凝土、喷射钢纤维混凝土和灌浆钢纤维混凝土。钢纤维混凝土道桥工程质量的优劣,在很大程度上取决于施工质量。因此,在钢纤维混凝土施工时,除了满足普通混凝土的施工要求外,还应特别重视钢纤维给施工带来的技术问题, 确保钢纤维均匀分布在基体中。
4.1 设置钢纤维分散装置
由于钢纤维一次性直接投入搅拌机易出现结团现象,为使钢纤维充分分散,宜将钢纤维通过分散机再进入搅拌机。分散机功率宜为0.75~1.0kW,分散力宜为20~60kg/min。钢纤维应事先与细骨料定量拌合均匀或选择直径较粗、材质较好的纤维,并在料斗入口处设置振动筛。
4.2 搅拌投料顺序和搅拌时间
为防止钢纤维结团,需采取分级投料,先干后湿工艺。即按砂→钢纤维→碎石→水泥。混和料先在搅拌机内干拌1min,然后加水和外加剂湿拌2min。
4.3 采用强制式搅拌机
钢纤维混凝土搅拌机,一般最好使用强制式搅拌机和双锥反转出料搅拌机。当纤维掺量较高和坍落度较小时,为不使搅拌机超负荷工作,搅拌机的利用率相应有所降低。
4.4 浇注和振捣
钢纤维混凝土在浇注时,不得有明显的浇注接头。每次倒料必须相压15~20cm,使钢纤维混凝土保持整体连续性。同时,钢纤维混凝土的浇注必须连续进行。因使用插入式振动棒插入钢纤维混凝土进行振捣,会使钢纤维朝振动着的振动棒聚集,产生集束效应,为确保钢纤维的二维分布,宜使用平板振动器振捣成型。当采用振捣棒时,为保证边角混凝土密实,应使钢纤维纵向条状集束排列有利于抵抗板体收缩应力、温度应力及荷载的传递。振捣好的混凝土表面应抹平,将外露的钢纤维压入混凝土中,以防止露出表面的纤维锈蚀或刺人。
4.5 成型
钢纤维混凝土具有粗骨料细、砂率大、纤维乱向分布的特点,因此钢纤维混凝土路面宜采用真空吸水工艺, 机械抹平以防止钢纤维外露。采用压纹机压纹工艺以避免拉毛产生纤维外露现象。拆模后对纤维外露或漏振时,应及时处理。
5 结语
（1）钢纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复合材料,可以实现按照使用要求设计材料的目的。随着钢纤维生产技术的不断进步和基础理论的不断完善, 钢纤维混凝土在路桥工程的应用将进一步拓宽。
（2）采用复合路面结构是充分发挥钢纤维混凝土路用性能和降低工程造价的有效途径。
（3）重视钢纤维混凝土的施工,是保证其质量的重要环节。
（4）开发砂浆渗浇高含量钢纤维和采用聚合物浸渍钢纤维混凝土进一步提高钢纤维混凝土的物理力学性能。
