钢纤维混凝土材料在旧混凝土路面修补工程中的应用

摘要：介绍了钢纤维混凝土材料在旧混凝土路面修补的情况，并在
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。
关键词：钢纤维混凝土；普通混凝土；旧混凝土路面；修补工程；应用

　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