钢纤维使用技术

钢纤维混凝土在桥面铺装的应用与性能分析来源：中国混凝土咨询网添加人：qlj1423添加时间：2008-1-9 10:04:05摘要: 以南宁市富宁立交跨线桥为例，对钢纤维混凝土在桥面铺装的应用，从机理性能、原材料的选用、配合比的设计原则及步骤、施工工艺进行阐述，并提出施工要求。 钢纤维混凝土设计施工增强性能 中图分类号U443.33 文献标识码B1. 项目概况富宁立交K0+026.497 跨线是南宁市较早采用钢纤维混凝土进行桥面铺装的大型桥梁。该桥主桥上构采用325m 先简支后连续的预应力混凝土空心板桥，下构为钢筋混凝土圆柱桥墩，桩基础、桩柱埋置式桥台，桥梁全长81.0m，. 总宽41.0m，212.75m( 机动车道）+3 1.0m （分隔带）+2 3.5m （非机动车道）+2 2.0m （人行道宽2.33.0m）+2. 0.25m （栏杆）。桥面铺装241.8m3 ，. 为厚8cm 的钢筋混凝土，采用C40号混凝土，为防止桥面铺装过早地出现裂纹影响结构使用，钢纤维用量按砼的体积百分率计，采用1%1.2%，. 取得了良好的效果。2. 钢纤维混凝土的技术指标普通混凝土抗压强度等级C40 钢纤维混凝土的抗折强度5.0MPa 钢纤维混凝土的抗压强度50MPa 坍落度45mm 3. 原材料3.1 钢纤维的选择 通过筛选，选用80 年代国际开始发展起来的铣削钢纤维，作为该项目桥面铺装混凝土的增强材料，具体采用上海哈瑞克斯金属制品有限公司生产的抗拉强度700MPa 的Ami04-32-600 型铣削型钢纤维，该钢纤维在混凝土中的横纵截面均有锯齿形边，加上两端有带勾的锚尾，其与砂浆的粘结力成倍增加。3.2 其它材料的选择 水泥, 广西正大“狮座”42.5R普通硅酸盐水泥; 碎石，532mm 石灰岩，级配良好; 砂，五塘砂，级配良好，细度模数2.84; 减水剂， YF-型缓凝高效减水剂，掺量1.7%; 膨胀剂，低掺、低碱高效膨胀剂。4. 钢纤维混凝土配合比设计 钢纤维混凝土的拌合料是由水泥、水、粗细骨料、钢纤维及必要时掺入化学外加剂或掺加剂，按一定比例配制而成，拌合料各组成材料的正确选择，对钢纤维混凝土的物理力学性能和施工有重要的影响。桥面铺装层钢纤维混凝土配合比设计，应主要满足设计弯拉强度与施工的和易性，弯拉强度随纤维增加而增加，但和易性随纤维增加而降低，因为混凝土掺入钢纤维后，由于内部摩擦力增大,其流动性显著降低，为此，应适当增加用水量。按照钢纤维混凝土试验方法（CECS 13:89）. 进行试配，并考虑以下原则:（1）为提高弯拉强度，钢纤维长径比应尽量大，但为了和易性，长径比又应尽量小。该工程选用钢纤维长径比为3540，合适的长径比为3550。（2）含砂率:与粗集料粒径及Vf 有关，钢纤维混凝土含砂率随Vf 增大而增大，随粗集料粒径增大而减小。该工程取值为45%。Vf为钢纤维的体积率（图纸设计为0.6%，通过试配取0.75%）。（3）水灰比: W /C=0.38，一般为0.350.40范围。（4）用水量:在考虑钢纤维混凝土和易性时，不能象普通混凝土一样只考虑坍落度，因为钢纤维混凝土在振捣前后工作能相差很大。（5）水泥用量:在钢纤维混凝土中，水泥用量要比普通混凝土大，每立方米混凝土水泥用量大于400kg。富宁立交跨线桥桥面铺装采用人工摊铺的特点和施工方案，对水灰比、砂率、水泥用量、钢纤维的掺量、坍落度等各主要控制指标要求进行试验室试配后，配合比按重交通量水泥混凝土路面设计，设计抗拉强度5.0MPa，每立方米混凝土各种材料用量见表1。混凝土配合比根据表1所示，该工程每立方米混凝土材料用水量185kg，钢纤维体积率Vf为0.75%，测得混合物工作度在812s，符和易性要求。5.钢纤维混凝土桥面铺装施工5.1 架立钢筋安装 用风钻按施工图要求尺寸的间距进行钻孔，进行架立钢筋的安装，并用水泥浆锚固。5.2 凿毛、清洗与测量放样对已完成桥面整体化层铺装的桥面进行标高的联测，对局部存在有水泥浮浆的地方人工凿除，用高压水冲洗桥面，保证桥面无混凝土浮浆、浮尘等杂物。对桥面进行板块划分，按分块图测出各控制点的模板安装控制标高（设计标高）。5.3 钢筋网安装 开铺前对桥面所有预埋钢筋、锚固架立钢筋、预埋件（如排水管等）进行全面的检查，保证满足设计和规范的要求。钢筋接头在纵缝位置须错开。5.4 模板安装和板块划分 模板用槽钢，槽钢底用水泥砂浆或砂填塞，防止漏浆，内侧刷脱模剂。标高带靠近人行道立缘石一侧由于无槽钢模板，可弹墨线控制其标高。5.5 钢纤维混凝土拌和钢纤维混凝土的搅拌原则是先干拌后湿拌。为防止钢纤维混路桥天地 凝土在搅拌时纲纤维结团，不宜将水泥与钢纤维直接拌和，应采用“集料+ 钢纤维+ 集料+ 水泥”的投料方法，且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，应采用钢叉抖料法，即将过磅的钢纤维用钢叉投入拌和机料斗中，一层钢纤维一层砂，使砂起到分散隔离作用。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。应根据拌和物的粘聚性、均匀性及强度稳定性试拌，确定最佳拌和时间。钢纤维与水泥、粗细骨料和砂先干拌不得少于1min，在拌和时钢纤维分三次加入拌和机中，最后加水湿拌35s，总搅拌时间不超过6min，超搅拌会引起钢纤维结团。一旦发现有钢纤维结团，就必须剔除掉;有锈蚀、易结块的钢纤维不得使用，以防止因此而影响混凝土的质量。采用拖拉机运输至浇筑点。施工时注意预留出拖拉机通道。5.6 混凝土的摊铺及振捣 由于混凝土坍落度很小，凝结时间快，拌和料从搅拌机出料后，运至铺筑地点摊铺，振捣做面，直至浇筑完毕。严格掌握振捣方法，采用“先插后平”振捣方法，插振时为减少钢纤维向振动棒聚集的集束效应，将振动棒以线路方向插入，快插慢拔，迫使钢纤维呈纵向条状集束，使钢纤维排列有利于板面收缩应力、温度应力及荷载传递。采用平板振动器可将表面竖立的钢纤维和碎石压下，砂浆提上来，有利于提高混凝土表面耐磨度。5.7 切缝和灌缝 拆除模板后，在混凝土强度达到815MPa时切缝（8小时左右），. 为保证在切缝过程不产生钢纤维被带起，切缝其强度应大于普通混凝土5MPa 左右。灌缝，要求用水清洗干净缝中的尘土后待水干，嵌入直径为15mm 多孔泡沫塑料后用沥青灌缝，要求填料饱满、均匀、厚度一致，其效果达到不缺失、不开裂，以保证该处不渗水。5.8 硬刻槽 在路面强度达到612MPa 后用刻槽机刻制横向抗滑沟槽，采用槽间距25mm 、槽宽2.5mm 、槽深3.5mm 的等间距矩形槽。5.9 桥面铺装层的养生薄膜覆盖7d，. 洒水养生14d 。6. 钢纤维混凝土桥面铺装性能评价6.1 抗折强度、抗压强度、劈裂抗拉强度 混凝土的强度试验是将养护到规定28d 龄期的小梁试件（150mm150mm550mm）. 按三分点法测定其抗折强度，然后用立方体试件（150mm150mm150mm）. 进行抗压强度试验。桥面铺装试验段养护到规定28d 龄期后在板中间部位钻孔取样，试件尺寸直径150mm，. 厚度与铺装面同为8cm，. 进行劈裂抗拉强度试验。结果见表2 。试验结果表明，钢纤维混凝土的强度比同配合比的普通混凝土有所提高，其中抗折强度增长了22.18%，. 抗压强度增长5.41%，劈裂抗拉强度增长69.56% 。试验结果很明显地显示出，掺入钢纤维能较大幅度地提高混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度，使混凝土的脆性有所降低，但抗压强度增加很少。6.2 耐磨性能 试验按T0527-1994 的规程进行，制作混凝土试件尺寸为150mm150mm70mm 。养护至28d 进行试验，试验首先将试件提前1d从养护室中取出，自然干燥12h，放入60. 的烘箱中继续烘12h;然后将试件放在带有花轮磨头的TMS-04型水泥砂耐磨试验机的水平转盘上，在200N 的负荷下磨削50h，. 并称量试验前后的质量，按下式计算单位面积的磨耗量。G=（M0-M1）/0.0125100 式中:G 单位表面积磨损量(kg/m2); M0 试件的原始质量(kg);M 1 试件磨削后的质量(kg); 0.0125 试件磨损面积(m2) 。试验计算结果: 普通混凝土为5.829kg/m2 ; 钢纤维混凝土为4.418kg/m2。可见钢纤维混凝土耐磨性优于普通混凝土，耐磨性能提高了24.21% 。7. 钢纤维在混凝土中的增强性能机理 钢纤维混凝土中均匀无序乱向分布的短纤维的主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和防止宏观裂缝的发生。因此对于混凝土的抗拉强度和主要由拉应力控制的抗剪、抗弯、抗扭强度有明显的改善作用, 即使在混凝土发生一定裂缝的况下, 仍然对混凝土的承载能力具有很大的贡献, 只有当纤维从混凝土中拔出的时候，抗拉强度才会下降。钢纤维对混凝的抗弯、抗压疲劳性能的改善也比较明显。而钢纤维对混凝土的抗压强度影响不大。通过试验证明，钢纤维混凝土破坏时，都是纤维从混凝土拔出，而不是拉断，因此改善基体与钢纤维的粘结力，成为提高钢纤维混凝土力学性能的主要目标。8. 结论 在桥面铺装中采用钢纤维混凝土结构，除了具有与普通钢纤维混凝土一样抗裂性强、耐老化、耐冲击、耐疲劳、抗冻抗渗性好等优良性外，还快硬化、超早强、耐磨损，可以提高混凝土的抗拉强度，改善抗冲击力、抗疲劳等性能，且施方便，浇注方法及浇注后外观基本与普通混凝土相同，造价相对合理。从实际效果来看，富宁立交跨线桥于2001 年建成至今，桥面安全通畅，经济效益和社会效益较好。（作者单位:1. 南宁市建设委员会，南宁530023;2. 广西桂西公路管理混凝土类型普通混凝钢纤维混凝土抗折强度(MPa)作者：黄泳宁 潘树青钢纤维混凝土及其在桥面铺装中的应用 发表于2009-1-12 15:23:15分使用道具小中大楼主 1钢纤维混凝土概述钢纤维混凝土（SteelFiberReinforcedConcrent.简称SFRC）是一种由水泥、粗细集料和随机分布的短钢纤维组合而成的复合材料。钢纤维混凝土中的钢纤维呈三维乱向分布，沿每个方向都有增强和增韧的作用，尤其对复杂应力区增强非常有效，可使混凝土物理力学性能产生质的变化，大大提高混凝土抗裂性能和抗冲击性能，使原本脆性的混凝土材料呈现很高的延性和韧性，以及优良的抗冻、耐磨性能，特别适用于要求连续、快速浇注混凝土的较大工程。桥梁的混凝土桥面铺装层由于重型车辆的使用、交通量的增加，损坏非常严重，维修周期越来越短，这不仅妨碍了交通安全，也给维修工作带来不便。若改用SFRC铺装桥面层，则可使面层厚度减薄，伸缩缝间距加大，从而改善桥面的使用性能，降低维修费用，延长使用寿命。SFRC应用于桥面铺装层，一般有两种：一种为部分粘结式的铺装层；一种为SFRC增强钢筋网或钢丝网混凝土铺装层，亦称为复合式铺装层。钢纤维的品种及性能是影响钢纤维混凝土质量的主要因素，钢纤维主要有以下几种：切断钢纤维。剪切钢纤维。熔抽钢纤维。钢纤维对混凝土的增强表现在当混凝土基体刚刚出现微裂缝时，钢纤维混凝土并未立即破坏，而是随着裂缝的稳定扩展，承载力继续上升，直到裂缝宽度增大到一个临界值时，钢纤维逐渐拔动或拔出，钢纤维混凝土才由于发生突然性的裂缝失稳扩展而破坏。为防止钢纤维混凝土因钢纤维被拉断而失去强度，钢纤维的抗拉强度不低于380kPa，钢纤维表面不得有油污和其他妨碍钢纤维与水泥浆粘结的杂质。钢纤维内含有的铁屑及杂质总量不得超过1%.钢纤维混凝土的水泥用量较一般混凝土高出10%左右。细集料砂的粒径为0.155mm，粗集料碎石最大粒径不宜大于20mm或钢纤维长度的2/3.为保证钢纤维拌和物的和易性，混凝土的砂率一般不低于50%，必要时掺入减水剂或超塑化剂以降低水灰比。2钢纤维混凝土的配合比设计钢纤维混凝土配合比的设计步骤与普通混凝土大体相同，所配置的钢纤维混凝土要进行实验，同时满足抗拉、抗压、抗折强度要求。通过对钢纤维混凝土的力学基本性能的研究发现钢纤维的加入对混凝土的抗压强度提高不大，但抗压韧性有很大改善。钢纤维混凝土当水灰比及集料最大粒径变化不大时，钢纤维含量特征参数影响钢纤维混凝土的抗拉强度。钢纤维混凝土极限荷载往往高于初裂荷载，初裂荷载与极限荷载的比值一般在0.81.0之间，并且初裂荷载、极限荷载及韧性均随钢纤维混凝土含量的增大而增大。在相同钢纤维含量情况下，钢纤维混凝土强度随钢纤维的强度增大而增大。随钢纤维直径增大而减小。钢纤维混凝土抗剪强度随水灰比的减小而增大，随钢纤维体积率的增大而增大。3钢纤维混凝土在桥面工程中的应用桥面铺装也称行车道铺装，是铺筑在桥面板上的防护层，是桥梁结构的重要组成部分。作用是保护属于主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎的直接磨耗，防止主梁遭受雨水的侵蚀，并能使车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。由于桥面天然敞露而受到大气影响十分敏感，根据以往实践经验，建桥时因对桥面铺装重视不足而导致日后修补和维护的弊病不少，因此，如何合理改进桥面的构造和施工，愈来愈引起人们的注意。而且，桥面铺装质量的好坏和使用耐久性将直接影响到汽车的行驶质量和使用耐久性。钢纤维混凝土因其具有良好的抗裂性、抗弯曲性、耐冲击性、耐疲劳性的特点，在桥面铺装中使用较一般水泥混凝土具有以下几点优势：第一，减薄铺装厚度。钢纤维混凝土在相同荷载条件下铺装厚度可减少30%50%，这样既减少了工程量又降低了桥梁恒载。第二，加强桥面铺装与伸缩缝的连接强度。桥面伸缩缝是整个桥面的薄弱环节，在车辆的行驶过程中，由刚性桥面过度到柔性伸缩缝再到刚性桥面，不可避免地产生强烈的震动，震动释放出的巨大能量对伸缩缝与混凝土连接结构极具破坏性。钢纤维混凝土因其较强的耐冲击性保证其与伸缩缝连接钢筋牢固粘结，使伸缩缝发生的变形、位移、或翘曲都较小，大大提高了伸缩缝的使用寿命。第三，延长了桥面的使用寿命。在重交通荷载作用下，钢纤维混凝土桥面开列要比普通混凝土缓慢得多，其桥面裂缝宽度小，不连续开列后延性仍很好，混凝土剥落、坑槽现象很少。这都有利于桥面和桥梁的使用寿命，改善了车辆的行驶条件。4钢纤维混凝土桥面铺装施工及养护4.1钢纤维的分散由于钢纤维一般用箱装或袋装，体积较密实，在投入搅拌机拌和前，用钢叉将其中的成团钢纤维打散开，或应用机械方法加以分散，否则会引起钢纤维的结团现象，影响施工质量。在拌和料中加入的钢纤维应分散均匀，才能在混凝土中起到增强作用，如果加入的钢纤维分散不均匀，将使混凝土缺少钢纤维或钢纤维结团，不仅没有增强作用，还会引起局部强度削弱。钢纤维混凝土混合料按设计配合比规定材料用量进行配制。为了使钢纤维在混凝土中分布均匀、不结团，必须控制好投料顺序、搅拌方法和时间，这是有别于普通混凝土的关键工艺，也是保证施工质量的重要环节。必须使用强制式搅拌机，宜采用先干拌后湿拌的方法，根据搅拌机容量和施工配合比确定一次搅拌量，为避免超载，一次搅拌量不宜大于搅拌机额定搅拌量的80%.正式浇筑前进行试拌，鉴定拌和质量合格后，才正式开工。4.2投料顺序投料顺序为：碎石钢纤维干拌1min砂水泥钢纤维干拌lmin.在投入钢纤维时用网筛均匀撒入料斗中，不要成堆倒入。4.3拌和方法先干拌后湿拌。上料干拌，观察钢纤维是否成团，干拌时间应在1min以上，但不宜超过2min，如有成团现象时，在转盘投料时要调整钢纤维分散程度，可分次投入钢纤维，直到不成团为止，然后确定投料时间及方式；干拌之后要加水减水剂水溶液湿拌，湿拌时间为1.5min左右。严格控制拌和时间，拌和时间总计6min左右。搅拌好的SFRC应该是钢纤维均匀分散在整个混凝土拌和物中，无粘团和集结现象。拌合时间要比普通混凝土长1min，严格控制混凝土坍落度，钢纤维混凝土拌合均匀是控制质量的关键。4.4运输钢纤维混凝土坍落度较小，不宜采用混凝土搅拌车运输，可采用自卸汽车运输，作业时要严格控制运输时间。由于钢纤维混凝土中加入减水剂，必须尽量加快施工速度。必须符合钢纤维混凝土拌和料运输、铺筑完毕的允许最长时间。拌和料从搅拌机卸出到浇筑不宜超过30min.运输过程中应避免拌合物离析，已产生离析的，应作二次拌和后方可灌筑。4.5浇筑在桥梁伸缩缝之间为一个连续施工区段，在连续施工区段内的钢纤维混凝土必须连续浇筑。稠度相同的钢纤维混凝土看起来比普通混凝土干涩，但经振捣后仍表现为较好和易性，因而严禁在浇筑时往拌和料中加水。而且浇筑过程在一定规定连续的区域内不得中断。第一，摊铺。用机翻车运输至指定地点，用人工将SFRC拌和料大致铺整平，摊铺系数按1.21.3控制，钢纤维混凝土松铺系数较普通混凝土的要大，在摊铺时可通过现场试验确定，无论机械或人工布料，均应保证钢纤维混凝土能均匀摊铺在桥面上。人工布料时应用铁锹反扣法将钢筋孔隙先填满，再铺平其他部分。严禁抛掷和搂耙，防止混凝土拌和物离析。在摊铺过程中如有结团现象，及时用人工撕开抖散或剔除，以免发生蜂窝。第二，振捣压实。钢纤维混凝土拌和料振捣密实，要比普通水泥混凝土拌和料振捣密实所消耗能量大，振捣时间长，但也不能过振，振捣时间过长，也会引起钢纤维下沉，使其结构上层与下层钢纤维分布密度不均匀。必须用大功率平板振动器振捣密实使钢纤维呈二维平面分布，这样在平面内钢纤维硅受力才均匀。先用插入式振动器沿模板边沿振捣，最后用梁式振动器振捣整平，严禁使用插入式振捣器在混凝土内部插捣，以确保钢纤维在混凝土中的均匀分布。在振动梁施工过程中，应对混凝土不足处或多余处及时处理，如发现有钢纤维团出现，要及时将团状物打撒并均匀撒于混凝土中。用表面带凸棱的金属圆滚筒将竖起钢纤维及浮在面上的钢纤维和石子压下去，然后用金属圆滚筒将表面滚压平整。第三，刮板整平表面。滚压平整后，用3mm以上刮尺或刮板进行纵横向精平表面，施工时要及时将刮起的钢纤维压入混凝土中，以确保混凝土中钢纤维不外漏表面。铺装表面可为糙面，这样有利沥青层连结，不需抹压太光。4.6切缝桥面铺装由于纵向分幅施工不设纵向施工缝，横向在每个墩顶部设一道横向假缝，其它以1520m间距设横向假缝，并与防撞栏的假缝对齐，缝宽35mm，缝深2.5cm，切缝时间由气温和SFRC强度确定：一般强度控制在815MPa为宜。切缝完成后用聚氨脂焦油灌缝。4.7抗滑处理由于普通混凝土桥面施工常用的压槽法和拉槽法难以达到高速公路抗滑构造深度要求，且易将钢纤维带出，我们采用刻槽法施工，具体做法是在钢纤维混凝土初硬后（强度815MPa）用刻槽机横向刻槽，槽距25mm，槽宽3mm，槽深3mm.不得使用粗麻袋、刷子和扫帚制作细观抗滑构造。4.8养护由于钢纤维混凝土早期强度较高，故应加强早期湿润养护，为确保与沥青结合面的清洁，采用自来水养护，不覆盖草袋、砂等覆盖物，为防止气温过高，水分蒸发过快，采用塑料薄膜覆盖湿养。待测试强度分别达到普通混凝土相应强度（即4.5MPa和30MPa）且不小于7d时方可安排施工车辆在桥面行驶。