蔣奇志

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

隨著高等級公路的不斷發(fā)展，鋼釬維混凝土在路面工程上，特別是橋、隧上應(yīng)用越來越廣泛，如何合理地選用混凝土配合比及鋼釬維摻量，是工程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 、鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)及要求

1.1 原材料性質(zhì)和要求

（1）水泥。采用適合于道路工程使用的水泥，主要包括：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、道路硅酸鹽水泥等。必須符合如下幾點(diǎn)基本要求：

①應(yīng)采用強(qiáng)度高、收縮性小、耐磨性強(qiáng)、抗凍性好的水泥。②應(yīng)采用標(biāo)號不低于425號的水泥。③水泥進(jìn)場時，應(yīng)有產(chǎn)品合格證和化驗(yàn)單，并應(yīng)對水泥品種、標(biāo)號、包裝、數(shù)量、出廠日期等進(jìn)行檢查驗(yàn)收。④不同標(biāo)號、廠牌、品種、出廠日期的水泥，不得混和堆放，嚴(yán)禁混和使用。出廠期超過三個月或受潮的水泥，必須經(jīng)過試驗(yàn)，按照試驗(yàn)結(jié)果決定正常使用或降級使用，已經(jīng)結(jié)塊變質(zhì)的水泥不得使用。

（2）粗集料。集料粒徑大于5mm的稱為粗集料。粗集料可以采用軋制碎石和礫石兩種，要求粗集料質(zhì)地堅(jiān)硬、耐久、潔凈、有良好的級配。粗集料顆粒應(yīng)接近立方體，最大粒徑不應(yīng)超過25mm。

（3）細(xì)集料。細(xì)集料應(yīng)該采用天然砂、人工砂或石屑，要求質(zhì)地堅(jiān)硬、耐久、潔凈，并具有良好的級配?；炷劣蒙暗募壟涓鶕?jù)《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)方法（JGJ 52－92）》的規(guī)定，是以細(xì)度模數(shù)Mx＝1.6～3.7的砂，按0.63mm篩孔的累計(jì)篩余劃分為3個級配分區(qū)。本施工規(guī)范要求砂的級配滿足其中II區(qū)的級配要求，如表1所示。

表1 隧道路面鋼纖維混凝土用砂的級配范圍

（4）鋼纖維

鋼纖維的化學(xué)成分應(yīng)滿足表2的要求。

表2 鋼纖維化學(xué)成分技術(shù)要求

鋼纖維長度偏差不應(yīng)超過長度公稱值的±5%，每3t產(chǎn)品隨機(jī)取樣100根，長度偏差按照下式計(jì)算：

式中：δi--鋼纖維長度偏差值；

li--每根受檢鋼纖維的實(shí)測長度；

lf--鋼纖維長度公稱值。

鋼纖維的重量偏差不應(yīng)超過按尺寸公稱值計(jì)算重的±15%，每3t產(chǎn)品隨機(jī)取樣100根，重量偏差按照下式計(jì)算：

式中：δw--鋼纖維重量偏差值；

W0--為100根鋼纖維實(shí)測重量；

Wc--按鋼纖維形狀公稱值計(jì)算的100根鋼纖維理論重量。

鋼纖維的徑向扭曲角度應(yīng)不小于20°。鋼纖維的抗拉強(qiáng)度不應(yīng)低于600N/mm2。鋼纖維表面不得粘混有油污和其它妨礙其與水泥砂漿粘結(jié)的雜質(zhì)。鋼纖維內(nèi)含有的因加工不良造成的粘連片、鐵屑及雜質(zhì)的總重量不應(yīng)超過鋼纖維重的1%。

（5）減水劑。為了提高鋼纖維混凝土的和易性，應(yīng)摻加適量的減水劑，其技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑應(yīng)用規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定要求。合適的摻量需要通過試驗(yàn)確定，推薦一般摻量為水泥重量的0.5～2.0%。

（6）水。拌和用水應(yīng)滿足我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63－89）的規(guī)定。經(jīng)檢驗(yàn)，攪拌及養(yǎng)護(hù)用水中的有害雜質(zhì)含量應(yīng)符合下述規(guī)定：

（1）硫酸鹽含量（按SO4-2計(jì)）小于2.7mg/cm3；（2）含鹽量不得超過 5mg/cm3；（3）PH 值不得小于4；（4）不得含有油污;（5）拌制鋼纖維混凝土不得采用海水、海砂，嚴(yán)禁摻加氯鹽。

1.2 鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)

道路用鋼纖維砼配合比設(shè)計(jì)按照抗彎拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行雙控。采用以抗彎拉強(qiáng)度為主控指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗折斷件的抗壓強(qiáng)度作為砼強(qiáng)度等級的參考。

（1）配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)為抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度，其強(qiáng)度等級應(yīng)不低于C30。彎拉強(qiáng)度與交通量有關(guān)，可以按照表 3選取。

表3 鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度指標(biāo)

鋼纖維混凝土的設(shè)計(jì)步驟如下：

①根據(jù)試配的抗壓強(qiáng)度確定水灰比的大致范圍。②根據(jù)設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)確定合理的鋼纖維摻量范圍。③根據(jù)稠度的要求調(diào)整單位體積用水量或者砂率。④鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系可以參考有關(guān)普通水泥混凝土的關(guān)系。彎拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)見表 3，要求采用合適的鋼纖維摻量以使得28天后的彎拉強(qiáng)度達(dá)到表 3的要求。鋼纖維混凝土的稠度可參照同類工程對普通混凝土所要求的稠度確定，其坍落度值可比相應(yīng)的普通混凝土要求值小20mm，其維勃稠度值與相應(yīng)普通混凝土要求值相同。⑤鋼纖維混凝土試配配合比確定后，應(yīng)進(jìn)行拌和物性能試驗(yàn)，檢查其稠度、粘聚性、保水性等是否滿足施工要求，若不滿足則應(yīng)在保持水灰比和鋼纖維體積率不變的條件下，調(diào)整單位體積用水量或砂率直到滿足要求為止，并據(jù)此確定用于強(qiáng)度試驗(yàn)的基準(zhǔn)配合比。

（3）配合比

室內(nèi)試驗(yàn)采用表4所示的配合比。減水劑為SPN型高效減水劑，用量為水泥用量的1.5%，每立方米混凝土材料用量見表4。進(jìn)行現(xiàn)場施工配合比設(shè)計(jì)時按照表中的比例進(jìn)行試配以確定最終的用于路面鋪筑的配合比。

表4 鋼纖維混凝土配合比

鋼纖維混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表5?？梢钥闯?，其28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到35MPa以上，28天的抗折強(qiáng)度達(dá)到7.0MPa以上，滿足表3中的設(shè)計(jì)要求。鋼纖維混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展較快，有利于提前開放交通。

表5 配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表6 對比配合比表

1.3 力學(xué)性能比較

鋼纖維混凝土與普通混凝土相比，力學(xué)性能有很大的提高。采用相同材料對普通混凝土和鋼纖維混凝土力學(xué)性能進(jìn)行比較。為了對比纖維的作用效果，避開其它原因的影響，配合比設(shè)計(jì)采用了保持混凝土各材料用量不變的原則，對是否加入纖維進(jìn)行比較。

混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用150mm×150mm×150mm混凝土試件，按照《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ053－94）進(jìn)行。

混凝土抗剪切強(qiáng)度試驗(yàn)采用雙面直接剪切法，根據(jù)中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會，CECS13：89鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法進(jìn)行，混凝土試件為100mm×100mm×400mm的梁式試件。

混凝土抗沖磨強(qiáng)度試驗(yàn)采用氣流挾砂法,試件為150mm×150mm ×150mm 的立方體。試驗(yàn)中，混凝土試件固定在勻速往返運(yùn)行的活動臺架上，高壓氣、水、砂混合流均勻沖擊磨損其表面。試驗(yàn)風(fēng)壓0.3MPa，沖角30°，砂流量180kg/h，磨料砂為粒徑小于3mm的天然河砂?？箾_磨強(qiáng)度指混凝土磨損1cm深度所需時間。

試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

見表7 RC與SFRC力學(xué)性能比較一覽表

通過上表的數(shù)據(jù)對比，我們可以看到鋼纖維混凝土具有抗拉、抗折強(qiáng)度高，抗疲勞性好，抗裂性能好，彎曲韌性優(yōu)良，防滲性突出等特點(diǎn)。在抗彎強(qiáng)度等方面提高幅度顯著，有利于隧道路面使用。

結(jié)束語：鋼纖維砼修筑路面技術(shù)就是將鋼纖維均勻地分散于基體砼中，通過分散的鋼纖維減小動態(tài)荷載作用在基體砼上引起的應(yīng)力集中，從而控制砼裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，提高復(fù)合材料的抗裂性。同時由于砼與鋼纖維界面間有很大的黏結(jié)力，因而可將外力傳遞到抗拉強(qiáng)度大、延伸率高的鋼纖維上，使鋼纖維砼作為一個均勻整體抵抗外力作用，顯著提高了砼的抗彎拉強(qiáng)度、抗沖擊韌性、抗疲勞性能等，使得屬于脆性材料的砼轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂辛己盟苄缘膹?fù)合材料。因此，鋼纖維砼在隧道路面中使用，可以明顯減少路結(jié)構(gòu)層龜裂、斷板等病害，顯著提高路面的使用壽命。

表7 RC與SFRC力學(xué)性能比較一覽表

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程.JTJ058－2000.

[2]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程.JTJ053－94.