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钢纤维混凝土在路桥施工中的应用分析
钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料.这些乱向分布的.钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成,显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能,具有较好的延性.本文主要介绍了钢纤维混凝土的基本性能和钢纤维混凝土在路桥施工中应用,并提出了钢纤维混凝土施工方面的控制.
作 者：苏长勇 黄国强 作者单位：宜春市公路管理局,江西,宜春,336000 刊 名：中国新技术新产品 英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS 年，卷(期)： “”(12) 分类号：U4 关键词：钢纤维混凝土 基本性能 施工应用 控制钢纤维混凝土在公路路面施工中的应用分析
钢纤维混凝土作为一种具有比普通混凝土更优良的抗弯、抗裂、耐疲劳、耐磨耗、高韧度等力学性能的'新型建筑材料,已受很多建筑工程的青睐.但钢纤维混凝土的昂贵造价却大大地限制了它的发展与利用,因此,如何降低钢纤维混凝土造价的问题已受到人们的普遍关注.本文研究的层布式钢纤维混凝土路面结构正顺应了这一思想,这种结构形式即把少量铜纤维均匀分布于路面板的上下表层一定厚度内,而中间仍为素混凝土.层布式钢纤维混凝土路面是一种值得进行理论研究和实践推广运用的路面结构型式.
作 者：张学钢 李博 作者单位：张学钢(山东省滨州市公路工程监理咨询公司)李博(滨卅市经济开发区建设局,256600)
刊 名：中国科技博览 英文刊名：China Science and Technology Review 年，卷(期)： “”(2) 分类号：U412 关键词：纲纤维混凝土 公路 施工一、混凝土在路桥施工中出现的问题
近年来，我国交通基础建设得到迅猛发展，各地兴建了大量的混凝土路桥，在路桥建造和使用过程中，因出现裂缝而影响工程质量甚至导致路桥垮塌的事故屡见不鲜。普通混凝土在路桥施工中出现的问题，经常困扰着桥梁工程技术人员。这些问题主要表现在以下几个方面。
（一）抗拉力不强
普通混凝土是由水泥、碎石或卵石、砂和水拌合，经硬化而成的一种人造材料。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体，但是水泥、石子和砂石是易脆性的材料，抗拉力不强，当混凝土受拉或受弯，在很小的拉应力下就会开裂。
（二）弹性不好
由于普通混凝土材料本身的特性，虽然抗压强度高，混凝土的抗压强度一般在7. 5~60MPa之间，当掺入高效减水剂和掺合料时，强度可达100MPa以上。但是它的弹性不好，没有能屈能伸的品性，好比一个大丈夫只能拔剑而起，却不能忍辱负重。所以，在路桥面的荷载量非常大且受力不均匀的情况下，荷载力不能驱散分匀，这样就导致某一个构件不堪重力，最终产生裂缝。
（三）收缩易变形
普通混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土也将发生收缩变化。然而，收缩容易导致变形，若变形遭到约束，则会在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在实际施工中，普通混凝土很容易结硬，结硬之后，混凝土中的水分子逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，变形也较大，因混凝土表层水分流失快，内部损失慢，就产生了表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力。当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝。
（四）耐久性较弱
耐久性曾被认为是普通混凝土的优点，随着普遍的应用后问题的出现，以及科研力的增强，发现了普通混凝土的耐久性并不强，反而较弱。耐久性包括三个方面：（1）抗渗性，指混凝土抵抗压力水渗透的能力，普通混凝土的抗渗性还是非常强的；（2）抗冻性，是指混凝土在使用的环境中，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观的完整性的能力。普通混凝土的抗冻性很弱，当气温在零度以下时，混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，就会出现裂缝；（3）抗侵蚀性，指在酸、碱、盐等环境中对水泥石的侵蚀所表现出现的免疫力。
随着环境的恶化，再加上混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层容易受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，从而减弱了普通混凝土的耐久性。
二、混凝土桥梁裂缝产生的原因
混凝土桥梁结构裂缝的原因复杂多变，有多种因素的相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因，就其产生的原因，大致可划分为以下几类：
（一）荷载引起的裂缝
混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称为荷载裂缝，可分为直接应力和次应力裂缝两种。（1）直接应力裂缝是指由外荷载引起的直接应力而产生的裂缝。（2）次应力裂缝是指由外荷载引起的次应力而产生的裂缝。
（二）温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩的特性。当环境或结构内部温度发生变化时，混凝土会发生变形，如变形受到约束，则在结构内会有应力产生，一旦应力超过混凝土的抗拉强度就会产生温度裂缝，在一些大跨径的钢筋混凝士桥梁中，温度应力甚至可以超出活荷载的应力。温度裂缝区别于其它裂缝的最主要特征是它会随着温度的变化而变化，
（三）收缩引起的裂缝
在大量的桥梁工程施工过程中，混凝土因收缩而引起的裂缝是最普遍的。在混凝土收缩的种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩两种情形。
（四）施工材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、石骨料、拌和水和外加剂组成。配置混凝土用的材料如果质量不合格，亦会导致结构产生裂缝。
（五）施工工艺质量引起的裂缝
在桥梁混凝土的结构浇筑、预制构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装的过程中，如果施工工艺不合理、施工质量低劣，易产生纵向、横向、斜向等各种形式的裂缝，特别是细长的薄壁结构更易出现。
三、保证混凝土质量及控制裂缝的措施
综上所述，桥梁混凝土产生裂缝的主要原因可以归纳为以下三个大的方向：温度、收缩及抗拉，在施工过程中可以通过以下措施控制混凝土裂缝的产生。
（一）混凝土施工的质量保证措施：
（1）选择合适的水泥和严格控制好水泥用量。优先采用525R，425R普通水泥等高标号水泥，减少水泥用量；
（2）严格控制骨料级配和含泥量；
（3）选择适当的外加剂和合适的配合比；
（4）增加适当的预埋件。
（二）混凝土施工的温度控制措施：为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。控制温度应力的措施有以下几种：
（1）拌合混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；
（2）夏天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；
（3）在混凝士中埋设水管，通入冷水进行内部降温；
（4）严格控制混凝土的入模温度。
（三）加强混凝土的早期养护：大量实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成的，寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝，因此混凝士的保温对防止表面早期裂缝尤为重要。从温度应力观点出发，保温应达到下述要求：
（1）防止混凝土内外温度差及混凝土表面产生梯度；
（2）防止混凝土超冷，应尽量设法使混凝土施工期间的最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度；
（3）防止老混凝土面的过冷，以减少新老混凝土间的约束。
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钢纤维混凝土在桥面铺装中的应用与施工
钢纤维增强钢筋混凝土桥面铺装有着良好的经济效益.本文针对钢纤维混凝土在桥面铺装中的应用与施工进行了分析与探讨.
作 者：崔勇 作者单位：新疆疆南路桥工程有限责任公司,新疆,喀什,844000 刊 名：中国科技博览 英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW 年，卷(期)： “”(16) 分类号：U443.33 关键词：钢纤维混凝土 桥面铺装 施工潮式喷射混凝土在隧道施工中的应用与分析
以忻保高速公路云中山特长隧道为例,介绍了潮式喷射混凝土在隧道施工中的`应用,从潮喷混凝土选择、施工机具设备、劳动力组织、原材料与配合比、优缺点、现场验证及实施效果等方面进行了论述,以期促进潮喷工艺的推广应用.
作 者：程 作者单位：山西路桥第二工程有限公司,山西,临汾,041051 刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)： 36(19) 分类号：U455.4 关键词：潮喷工艺 喷射混凝土 施工机具设备 配合比分析配比试验强度的基础上，通过某工程实例，证实钢纤维混凝土实际
应用于旧混凝土路面修补工程的可行性。钢纤维混凝土是一种性能优良
的新型复合材料。与普通混凝土相比，其抗拉、抗弯、抗裂及耐磨、耐
冲击、耐疲劳、韧性等性能都有显著提高，它不仅可使面层减薄，缩缝
间距加大，改善路面的使用性能，延长路面使用寿命，而且还可节省工
程造价，缩短施工工期。
随着国民经济建设和公路交通事业的飞速发展，城市道路和国道干
线公路上的车辆荷载及密度越来越大，行驶速度越来越快，致使路面的
损坏也日趋严重起来。特别是对损坏的水泥混凝土路面而言，它不仅翻
修投资大，且施工周期较长，严重
影响交通畅通及行车安全。如用普通水泥混凝土修复路面虽有强度高，
板块性好，有一定的抗磨性及承受气象作用的耐久性好等特点，但它的
最大缺陷是脆性大、易开裂、抗温性差，路面板块容易受弯折而产生断
裂，所以就要求路面面板应有足够的抗弯、抗拉强度和厚度。用钢纤维
混凝土修筑路面，就是意将钢纤维均匀地分散于基体混凝土中（与混凝
土一起搅拌），并通过分散的钢纤维，减小因荷载在基体混凝土引起的
细裂缝端部的应力集中，从而控制混凝土裂缝的扩展，提高整个复合材
料的抗裂性。同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结
力，因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的`纤维上面，使钢纤维混
凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用，显著提高了混凝土原有的抗
拉、抗弯强度和断裂延伸率。特别是提高了混凝土的韧性和抗冲击性。
实践证明，采用钢纤维混凝土这一新型高强复合材料对路面修理，既可
提高路面的抗裂性、抗弯曲、耐冲击和耐疲劳性，而且可改善路面的使
用性能，延长使用寿命从而减少老路开挖，对节省工程造价等具有重要
的经济效益和社会效益；为提高道路补强与改造提供了良好的途径。
1 基本要求
1．1 钢纤维混凝土材料
钢纤维混凝土就是在一般普通混凝土中掺配一定数量的短而细的钢纤维
所组成的一种新型高强复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的产
生，不但具有普通混凝土的优良性能，而且具有良好的抗折、抗冲击、
抗疲劳以及收缩率小、韧性好、耐磨耗能力强等特性。可使路面厚度减
薄50％以上，缩缝间距可增至15m～30m，不用设胀缝和纵缝。钢纤维混
凝土用钢纤维类型有圆直型、熔抽型和剪切型钢纤维。其长度分为各种
不同规格，最佳长径比为40～70，截面直径在0．4mm～0．7mm范围内，
抗拉强度不低于380MPa。在施工时钢纤维在混凝土中的掺入量为1．0％
～2．0％（体积比），但最大掺量不宜超过2．0％。水泥采用425＃～
525＃普通硅酸盐水泥，以保证混合料具有较高的强度和耐磨性能。钢
纤维混凝土用的粗骨料最大粒径为钢纤维长度的2?3。不宜大于20mm。
细集料采用中粗砂，平均粒径0．35mm～0．45mm，松装密度1．37g/cm3。
砂率采用45％～50％。
1．2 钢纤维混凝土配合比
钢纤维混凝土混合料配合比的要求首先应使路面厚度减薄，其次是保证
钢纤维混凝土有较高的抗弯强度，以满足结构设计对强度等级的要求即抗压强度与
抗折强度，以及施工的和易性。钢纤维混凝土配合比设计基本按以下步骤进行。
（1）根据强度设计值以及施工配制强度提高系数，确定试配抗压
强度与抗折强度；钢纤维混凝土抗折强度设计值的确定：
fftm＝ftm（1＋atmPfLf/df）
式中 fftm―――钢纤维混凝土抗折强度设计值；
ftm―――与钢纤维混凝土具有相同的配合材料、水灰比和相近稠度
的素混凝土的抗折强度设计值；
atm―――钢纤维对抗折强度的影响系数（试验确定）；
Pf―――钢纤维体积率，％；
Lf/df―――钢纤维长径比，当ftm＜6．0N/mm2时，可按表1采用。
（2）根据试配抗压强度计算水灰比；
（3）根据试配抗压强度，确定钢纤维体积率，一般浇筑成型的结构范围在0．5％～2．0％之间；
（4）按照施工要求的稠度确定单位体积用水量，参照表2；
（5）确定砂率，见表3；
（6）计算混合材料用量，确定试配配合比；
（7）按照试配配合比进行拌合物性能试验，调整单位体积用水量和砂率，确定强度试验用基准配合比；
（8）根据强度试验结果调整水灰比和钢纤维体积率，确定施工配合比。
试验结果表明，在经验和计算的基础上确定水泥用量、砂率及水灰
比，并根据不同配比时的钢纤维混凝土强度进行试验（见表4），当水
泥用量在380kg?m3～400kg?m3时强度较高，但此时砂率较小，
砂石中有分离现象。因此将砂率调到0．48，如此强度虽有降低，但其
余性能却可得到改善。为此，调整最佳配比即水泥∶黄砂∶碎石∶水＝
1∶2．16∶2．34∶0．48。1．3 钢纤维混凝土拌和
为防止钢纤维混凝土在搅拌时纤维结团，在施工时每拌一次的搅拌
量不宜大于搅拌机额定搅拌量的80％。采用滚动式搅拌机拌和，在搅拌
混凝土过程中必须保证钢纤维均匀分布。为保证混凝土混合料的搅拌质
量，采用先干后湿的拌和工艺。投料顺序及搅拌时间为：粗集料→钢纤
维（干拌1min）→细集料→水泥（干拌1min），其中钢纤维在拌和时分
三次加入拌和机中，边拌边加入钢纤维，再倒入黄砂、水泥，待全部料
投入后重拌2min～3min，最后加足水湿拌1min。总搅拌时间不超过6mi
n，超搅拌会引起湿纤维结团。按此程序拌出的混合料均匀。尚若在拌
和中，先加水泥和粗、细集料，后加钢纤维则容易结成团。而且纤维团
越滚越紧，难以分开，一旦发现有纤维结团，就必须剔除掉，以防止因
此而影响混凝土的质量。
1．4 钢纤维混凝土浇捣
钢纤维混凝土浇捣与普通混凝土一样，浇筑和振捣是施工中的重要环节
，直接影响钢纤维混凝土的整体性和致密性。不同之处就是其流动性较
差，在边角处容易产生蜂窝，因此，边角部分可先用捣棒捣实。板角采
用插入式振动器振捣，然后用夯梁板来回整平。在混凝土面层抹平过程
中，因钢纤维直径较粗而易冒出路面，影响到行车安全，故在施工时需
注意清除。
2 工程实例
某二级公路水泥混凝土路面修补工程段全长112m，宽2×3m，修补前路
面板呈破碎、断裂状，原为一般普通混凝土浇筑，部分板底基层下沉。
现用钢纤维混凝土修补路面，基层补强采用C15素混凝土浇筑，旧混凝
土路面平均凿除深度25cm（包括基层松动部分），拟采用12cm厚、C30
钢纤维混
凝土浇筑路面。
2．1 施工材料
2．1．1 原材料
水泥：425＃普通硅酸盐水泥；
细集料：用中粗砂，平均粒径0．35mm～0．48mm，含泥量＜2％；
粗集料：碎石5mm～20mm，含泥量＜1％，质地坚硬；
钢纤维：选用长度30mm、当量直径0．60mm由浙江某厂生产的低碳结构
钢剪切扭曲型，型号DN－30，其强度380MPa以上。该产品性能稳定，使
用效果良好。
2．1．2 配合比
钢纤维混凝土配合比设计按照抗折强度和抗压强度双控标准要求及施工
的工作度采用以抗折强度为主要指标进行设计。设计抗折强度6．5MPa
、抗压强度35MPa。经试验室进行几种配比方案确定：水泥∶黄砂∶碎
石∶钢纤维∶水并强度试验，结果见表5。
2．2 施工工艺
2．2．1 基层处理及路面浇筑
在钢纤维混凝土浇筑前，为提高水泥混凝土面层下基层和垫层的刚度，
做好对旧混凝土板及板底基层
的处理工作，即在破损板及板底脱空破裂的旧混凝土板块凿除后，对部
分板底基层进行补强处理。凿除旧混凝土板时，凿除深度必须满足原路
面设计要求，再将原基层松动部分全部清除。被清除后的基坑及深度一
律用C15贫混凝土进行处理。待混凝土半干状态时即可浇筑路面。按要
求先用C15普通混凝土浇筑至路面面层厚度12cm时，经底面层整平处理
后再用钢纤维混凝土浇筑。
2．2．2 钢纤维混凝土搅拌
钢纤维混凝土搅拌采用滚筒式搅拌机。为使钢纤维在混凝土中分散均匀
，采用二次投料三次搅拌法，即先将石子和钢纤维干拌1min，加入砂子
、水泥再干拌1min，最后注水湿拌1．5min左右，总搅拌时间控制在6m
in内，搅拌时间过长会形成湿纤维团。且每次的搅拌量宜在搅拌机公称
容量的1?3以下。
2．2．3 运输与浇筑
混凝土运输采用自卸运输车，运至施工地点进行浇筑时的卸料高度不得
超过1．5m，以防混凝土离析。钢纤维混凝土采用人工摊铺，用人工将
其大致摊铺整平，摊铺后用平板振动器振捣，振捣的持续时间以混凝土
停止下沉，不再冒气泡并泛出水泥浆为准，且不宜过振。振捣时辅以人
工找平，混凝土整平采用振动梁振捣拖平，再用钢滚筒依次滚压进一步
整平，整平的表面不得裸露钢纤维。在做面时需分两次进行，即先找平
抹平，待混凝土表面无泌水时，再做第二次抹平，抹平后沿模板方向拉
毛，拉毛深度1mm～2mm。拉毛时避免带出钢纤维，如采用滚式压纹器进
行处理则效果更佳。
2．2．4 养护与切缝
钢纤维混凝土设有多种切缝。胀缝与路中心线垂直，缝壁必须垂直，缝
隙宽度必须一致，缝中不得有连浆现象，缝隙内应及时浇灌填缝料，当
混凝土达到强度25％～30％时，采用切缝机进行缩缝切割，切缝深度3
cm，缩缝设置16m?道。施工缝位置宜与胀缝或缩缝设计位置吻合，施
工缝与路中心线垂直，不设置传力杆。对胀缝、缩缝均采用10＃石油沥
青，灌式填缝。
混凝土做面完毕后，及时采用湿法养护，终凝后及时覆盖草袋，并每天
均匀浇水，保持潮湿状态，养护10d～15d。与此同时做好封闭交通，待
强度测试达到规定要求后即可开放交通。
2．3 施工质量控制
钢纤维混凝土的质量除对原材料、配合比以及施工过程的主要环节进行
控制外，还重点对钢纤维混凝土的搅拌、钢纤维的投入以及混凝土振捣
的控制，同时按规定对每天所浇筑混凝土的28d抗折、断块抗压强度进
行检验，均达到了设计要求，使平整度、坍
落度、主要技术指标得到有效控制。
3 经济与社会效益
从经济和社会效益分析，钢纤维混凝土路面与普通水泥混凝土路面相比
，其特点：①面层厚度可减薄至1/2以上，使施工工期缩短，因此节约
原材料及减少工程量后所带来的一切费用；②路面使用寿命延长因此而
节省的费用；③减少缩缝带来的材料、人工等所节省的费用；5节省养
护、减少时间延误及维修费用；除此以外，还有路面质量好，接缝少，
延长车辆使用寿命等费用。综合分析，对于旧混凝土路面，若采用钢纤
维混凝土进行罩面修复，则一次性投资的费用比挖掉重建混凝土路面要
节省许多。同样，从一次性投资、使用年限、维修费用、资金的时间价
值来全面评价钢纤维混凝土路面工程的经济效益，与新铺沥青混凝土路
面评价综合效益，钢纤维混凝土路面虽一次性投资较前者高，但从其维
修费用、使用年限的不同考虑，以及和资金的时间效益，用年成本法计
算其等值年金，结果表明钢纤维混凝土路面每年支出的费用比沥青混凝
土路面要低35％。采用钢纤维混凝土修补法，不但可使钢纤维混凝土的
质量及其增强效果得到保证，而且还可提前开放交通，具有显著的经济
效益和社会效益。
4 结语
钢纤维混凝土自发展以来，已在公路路面、桥面、机场跑道等工程中得
到广泛应用，同时也取得了一定的经济效益和社会效益。它除了具有良
好的抗弯强度外，而且还具有优异的抗冲击、抗开裂性能。在对钢纤维
混凝土进行的冲击荷载等试验研究中表明：掺以体积率为1％～2％的钢
纤维增强混凝土与基体比较，其抗冲击强度可提高10倍～20倍，弯曲韧
性可提高20倍左右，抗弯强度可提高1倍～6倍，抗拉强度可提高2倍左
右，疲劳强度提高50％，抗裂强度可提高2倍，抗压强度可提高10％～
30％。由此可见，钢纤维混凝土的抗裂性与抗冲击是非常优异的。此外
，用钢纤维混凝土修筑旧混凝土路面还能达到早期强度高，提前通车的
目的。
参考文献
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［2］中国工程建设标准化协会标准．钢纤维混凝土结构设计与施工规程．北京：中国建筑工业出版社，1992，6
［3］中国工程建设标准化协会标准．钢纤维混凝土试验方法．北京：中国建筑工业出版社，1989，12
［4］蒙云．钢纤维混凝土新型路面设计与施工．重庆：重庆大学出版社，1995，7
［5］李启棣，吴淑华．钢纤维混凝土的特性及其应用．铁道建筑，1989（1）
