上下層布式鋼纖維混凝土在路面工程施工中的應(yīng)用

1、    上下層布式鋼纖維混凝土在路面工程施工中的應(yīng)用    張愛榮+馬鑫摘 要：鋼纖維混凝土作為一種新型建筑材料，與普通混凝土相比，其抗彎、抗裂、抗疲勞等性能更強(qiáng)，因此得到了建設(shè)施工單位的普遍關(guān)注。但因其高昂的價(jià)格，對(duì)其發(fā)展及利用產(chǎn)生了極大的制約，如何減少鋼纖維混凝土造價(jià)已經(jīng)成為當(dāng)前人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為此，層布式鋼纖維混凝土應(yīng)運(yùn)而生。本文與具體工程案例相結(jié)合，對(duì)公路路面工程施工中上下層布式鋼纖維混凝土的設(shè)計(jì)方法、施工工藝進(jìn)行了分析，并測(cè)試了其施工后的路面性能，以期充分發(fā)揮鋼纖維混凝土材料的作用，全面提升公路工程的質(zhì)量。關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土；路面結(jié)構(gòu)；施工案

2、例：u416.216 ：a ：1671-2064（2017）11-0123-02鋼纖維混凝土作為一種新型材料，其僅需鋼纖維摻加到普通混凝土即可，該材料力學(xué)性能良好，能夠?qū)炷亮芽p問題進(jìn)行有效防治。但因其造價(jià)較高，并沒有在路面工程施工中得到廣泛使用。為有效解決該問題，布式鋼纖維混凝土受到了人們的關(guān)注。該工藝是由湖北省公路局了、武漢東州科技發(fā)展公司聯(lián)合武漢理工大學(xué)提出，其形成的路面結(jié)構(gòu)為鋼纖維混凝土+素混凝土+鋼纖維混凝土，該工藝不僅不會(huì)降低鋼纖維力學(xué)性能，還能大大減少鋼纖維用量，不僅可以起到良好的路面施工效果，還能降低工程造價(jià)，因此，得到了人們的普遍關(guān)注。1 層布式鋼纖維混凝土的概況近年來，鋼

3、纖維混凝土已成為道路路面工程不可或缺的重要新型材料，與普通混凝土材料相比，其優(yōu)點(diǎn)包含良好的抗折強(qiáng)度、抗磨性、抗沖擊性及抗疲勞性等。據(jù)大量實(shí)踐證明，與素混凝土路面相比，條件相同情況下，鋼纖維混凝土路面厚度可降低30%-50%，使用壽命可延長(zhǎng)10年左右，縮縫間距可增加到20到50m之間。但其經(jīng)濟(jì)性較差。如1m3鋼纖維混凝所需水泥量為一半左右，而鋼纖維用量可達(dá)到80到100kg，該數(shù)值與素混凝土路面用料相比要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出許多。為了更好地將鋼纖維混凝土的優(yōu)良性能發(fā)揮出來，并達(dá)到合理控制成本的目的，上下層布式鋼纖維混凝土被逐漸應(yīng)用到公路路面工程施工當(dāng)中。層布式鋼纖維混凝土復(fù)合路面是指將相應(yīng)量的鋼纖維灑布到混

4、凝土試件的上下表面，以此達(dá)到提升混凝土強(qiáng)度的作用。據(jù)相關(guān)試驗(yàn)顯示，與素混凝土抗折強(qiáng)度相比，該鋼纖維混凝土具有更好抗折強(qiáng)度，提升比例可達(dá)到30%到40%之間，并基本等同于整體式鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度。由此可見，公路路面等承受彎曲板式結(jié)構(gòu)內(nèi)選用上下層布式鋼纖維混凝土，能夠達(dá)到路面厚度減少、路面縮縫間距增加及使用壽命延長(zhǎng)的目的。與整體式鋼纖維混凝土路面相比，其造價(jià)更低。因此在路面工程建設(shè)中，層布式鋼纖維混凝土應(yīng)用前景更為廣闊。2 路面工程上下層布式鋼纖維混凝土的設(shè)計(jì)方案2.1 工程案例某公路工程屬于二級(jí)改建公路，8m為其路面寬度，為混合交通，使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載交通量可換算為400n/d，預(yù)計(jì)6%為年平均

5、增長(zhǎng)率，20年為設(shè)計(jì)使用年限，根據(jù)中等交通等級(jí)進(jìn)行路面設(shè)計(jì)。路面結(jié)構(gòu)為上基層（15cm水泥穩(wěn)定砂礫，e=400mpa）+下基層（20cm石灰土，e=400mpa）+土基（e=25mpa）。根據(jù)工程實(shí)際情況，素混凝土與層布式鋼纖維混凝土的抗折強(qiáng)度分別為4.5mpa、6.8mpa；彈性模量相同，為28x103mpa。2.2 層布式鋼纖維混凝土路面設(shè)計(jì)（1）路面板應(yīng)力計(jì)算。22cm為該路段素混凝土原路面設(shè)計(jì)厚度，本文只設(shè)計(jì)上下層布式鋼纖維混凝土路面厚度。假設(shè)16cm為路面結(jié)構(gòu)，即：鋼纖維混凝土1.5cm+素混凝土13cm+鋼纖維混凝土1.5cm。通過試驗(yàn)得出，6.8mpa為整體抗折強(qiáng)度，28x103

6、mpa為彈性模量。通過有限元法計(jì)算得出：溫度梯度tk=1.17x0.86=1.006/cm；基層頂面當(dāng)量回彈模量為148.5mpa；最大荷載應(yīng)力為2.20mpa；板邊中部溫度應(yīng)力為2.21mpa。（2）疲勞應(yīng)力計(jì)算。通過試驗(yàn)得出，本工程荷載疲勞應(yīng)力為4.68mpa；溫度疲勞應(yīng)力為1.08mpa；強(qiáng)度為7.004mpa，與設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求相符。3 路面工程上下層布式鋼纖維混凝土施工流程3.1 施工準(zhǔn)備3.1.1 原材料準(zhǔn)備水泥：選取425#普通硅酸鹽水泥用于施工，施工前應(yīng)對(duì)其抗折、抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，其中3天抗折強(qiáng)度為4.5mpa、抗壓強(qiáng)度為22mpa；28天抗折強(qiáng)度為7.2mpa、抗壓強(qiáng)度為46mp

7、a。細(xì)集料：選用碎石軋制的石屑作為本工程細(xì)集料，3.1為其細(xì)度模數(shù)，14.2%為其壓碎值。粗集料：以040mm粒徑的級(jí)配碎石用于施工。鋼纖維：根據(jù)工程實(shí)際情況，選取58長(zhǎng)徑比的剪切型波紋鋼纖維用于施工。3.1.2 其他準(zhǔn)備因本地砂量不足，要求路面天然砂由石屑替代。通過試驗(yàn)得出混凝土配合比為水：水泥：石屑：碎石=160：360：776：1140。除此之外，還需對(duì)混凝土的強(qiáng)度加以重視，如表1所示。由表1可見，與素混凝土抗折強(qiáng)度相比，上下層布式鋼纖維混凝土較高，提升比例高達(dá)40%左右。但兩者之間的抗壓強(qiáng)度相差較小。3.2 施工流程（1）試驗(yàn)段施工。為確保施工質(zhì)量，需在本段公路合理選擇試驗(yàn)段，本文以1

8、604k1607k段為例分析，其長(zhǎng)度為3km，因本試驗(yàn)段位于三級(jí)公路，屬于瀝青表面，7cm為其面層寬度，3到4.5cm為其厚度。目前，針對(duì)本擴(kuò)建工程，需將三級(jí)公路改造為二級(jí)公路，同時(shí)加寬公路。12m為路基寬度；9m為路面寬度；上基層選取水穩(wěn)砂礫，厚度為16cm；下基層選取碎石灰土，厚度為15cm；路面選取布式鋼纖維混凝土，厚度為16cm。（2）撒布鋼纖維。選取專用鐵篩，根據(jù)施工規(guī)定進(jìn)行撒布，要求具有均勻性，不得出現(xiàn)團(tuán)狀現(xiàn)象。要求先準(zhǔn)確計(jì)算出鋼纖維撒布用量、面積等，隨后指派專人進(jìn)行撒布施工。（3）整平施工。攤鋪第一層石屑混凝土?xí)r，需對(duì)混凝土松鋪厚度加以嚴(yán)格控制，一般情況下，可控制在施工設(shè)計(jì)要求松

9、鋪厚度值以下，隨后做好整平作業(yè)。避免部分位置上層鋼纖維在試模高度以上。同時(shí)，振動(dòng)梁平作業(yè)時(shí)，需翹起上層鋼纖維，避免混凝土撒布過程中對(duì)鋼纖維造成損害。（4）鋪撒石屑。選取人工方式進(jìn)行第二層石屑混凝土撒布施工，應(yīng)確保厚度均勻，1cm左右即可。（5）切縫。完成上下層布式鋼纖維混凝土施工后，即可改善混凝土路面抗裂性能，并有效增加路面縮縫間距。4 上下層布式鋼纖維混凝土路面性能分析為充分了解層布式鋼纖維混凝土路面性能，施工過程中，可分別抽檢兩種混凝土路面工程的質(zhì)量，即：素混凝土路面、層布式鋼纖維混凝土路面，其結(jié)果可通過表2顯示。由此可見，選取層布式鋼纖維混凝土具有更高強(qiáng)度，路面結(jié)構(gòu)更為合理。5 結(jié)語綜上所述，作為一種新型路面結(jié)構(gòu)形式，層布式鋼纖維混凝土不僅具備整體式鋼纖維混凝土路面的良好性能，還能夠大幅度減少工程造價(jià)，便于施工。為此，本文在充分了解布式鋼纖維混凝土相關(guān)概念的同時(shí)，結(jié)合具體工程案例，對(duì)其施工的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了探討。通