水镁石纤维混凝土路面材料及结构设计研究

朱振禄

广东基础新世纪混凝土有限公司，广东广州 510450

近年来公路、高速公路在我们的日常生活与工作中发挥着非常重要的作用。尤其是水泥混凝土铺筑的道路，经过一段时间的使用后，受到自然因素、车辆荷载因素、材料本身性质特点等因素影响便会有较强的脆性，致使路面频繁出现病害问题，影响道路运营安全。水镁石纤维具有理想的力学性能与承压能力，与水泥混凝土材料进行充分混合后可以生成新型的路面混凝土材料，应用于道路路面施工建设中可以有效解决以往路面材料的脆性问题，提升材料总体的韧性、稳定性。

1 水镁石纤维混凝土材料分析

1.1 纤维混凝土应用基本情况

当前为了确保公路以及高速公路等类型公路路面施工建设时有着良好的作业质量，降低各类病害问题发生风险，常会使用增强纤维材料来对道路路面使用的具有脆性的常规普通水泥混凝土作以增强处理，以此可以提升水泥混凝土的力学性能。常用的增强纤维材料包括天然、玻璃以及钢纤维等，水镁石纤维属于一种新型的增强纤维材料，在现阶段普通水泥混凝土增强处理中应用优势显著。

目前纤维混凝土应用现状不理想，主要存在着不合理的选择纤维增强复合材料、未明确使用纤维的目的、添加有纤维的混凝土材料呈现出不均匀分散等问题，这些问题未得到妥善解决将会严重影响纤维混凝土应用时增强效果的有效发挥，需要道路工程施工单位能够依据道路路面材料使用要求、标准对上述问题加以改进，为纤维混凝土材料在路面施工中的有效应用打下坚实的基础。道路路面施工期间使用纤维混凝土材料，能够基于材料本身的阻裂作用来对脆性水泥裂缝问题进行控制与延缓，避免水泥混凝土材料微小裂缝的逐步扩大情况出现；可以发挥防渗以及耐久作用，对于水泥密实度、耐久性进行显著提高，避免水分从微小裂隙中直接渗入或者微裂纹继续发展等情况出现，有效增强水泥混凝土路面的使用寿命；还可以发挥抗冲击与抗拉作用，来对水泥混凝土材料的耐变形、抗冲击性以及抗拉强度进行提高处理，保证添加纤维材料的水泥混凝土质量性能良好，用于路面施工中有着极佳的使用效果[1]。

1.2 水镁石纤维混凝土

水镁石纤维属于自然生产的纤维材料，应用时的价格较低，联合常规水泥混凝土制备的混合路面混凝土材料，有着非常强

的承载能力，促使材料的力学性能达到理想状态，在材料较强韧性的作用下可抑制裂纹问题的发生，与水泥接触后可以尽快融合，应用后对于道路周边环境不会造成严重的危害，所以水镁石纤维材料的应用前景非常广阔。实际应用期间，需要工作人员重视以下两个方面的工作，以此保证此种增强水泥混凝土韧性的纤维材料作用得以全面发挥。

首先，选取原材料。其一，水镁石纤维，此种增强材料多埋藏于四川、陕西、青海等地，主要成分包括氢氧化镁，层状结构，选择时的重要指标为长度、细度、叩解度，还需要把握力学、化学以及安全性等特性，即就是要求选择的增强纤维材料具有902MPa的强度（抗拉），具有较强的抗碱性质。其二，水泥材料。要求施工单位把握好水泥的强度、标号、耐久性等指标，尽量在道路工程施工中选用普通硅酸盐水泥等材料，使用期间则要求水泥标号不可过低、过高，以免在公路路面施工过程中发生收缩裂缝问题，影响路面性能、增加施工单位成本风险。一般情况下选取的水泥，如果强度等级在4MPa以上、4.5MPa以下或者5MPa以上、5.5MPa以下时则确定水泥等级分别为32.5、42.5[2]。其三，减水剂。在施工时施工单位需要按照国家颁布的《公路水泥混凝土路面施工技术规范》中关于减水剂的相关标准，选取高效减水剂，例如，高效萘系减水剂，此种减水剂可以对水泥使用数量、混凝土应用价值不产生任何不利影响之下，有效控制混凝土材料中的水量，以此保证配置成功的混凝土具有理想的应用特性。其四，粗料集、细料集。选择粗料集时需注意应用的石子要对其外部粗糙程度、强度、空隙率、粘结力、表面积等情况进行详细调查了解，并且要求石子粒径要在5mm以上，各个石子大小要均匀，外部干净且石子硬度高，主要为卵石、碎石；选择细料集时，则把握好石子粒径不可超过5mm的标准进行选择，主要为砂子，共分为粗、中、细、特细几种标准。其五，材料制备时使用的水。一般情况下应用的水中不可有较多的杂质，使用的海水、地下水等水均要经过水体质量合格检查，以此才可以确保水泥混凝土与水镁石纤维联合应用后不会出现任何混合材料异常情况[3]。

其次，配比。经过力学性能以及工作性能试验后确定选用的材料均质量合格，便可以依照施工方案的要求进行材料配比，在该过程中需要坚持的原则为强度、耐久性、工作性能良好以及材料成本低，遵循的技术指标包括弯拉强度、工作性以及耐久性，其中，弯拉强度根据路面水泥混凝土弯拉强度标准值、保证率系数以及变异系数来确定；耐久性则注意每平方米应用的水泥量需要控制在400kg以下，不可超过该标准，并对路面抗冻性进行调查，如果具有抗冻性，进行路面材料含气量确定时需要参考《施工技术规范》的相关内容；工作性则根据不同类型摊铺机的应用情况来确定符合本次道路路面混凝土材料铺筑的设备，以此保证工作效率和质量。配置混合材料的水灰比为0.39，之后便可以将选取的材料放置在靠近作业现场的位置进行配置，并且要在相应试验路段进行材料摊铺试验，经试验确定配置的材料没有问题后便可以应用于路面材料摊铺施工中。

2 路面结构设计分析

2.1 施工建设水镁石纤维混凝土路面的要求

首先，对结构层的要求，在面层方面要求设计人员重点考虑基于水镁石纤维增强材料混凝土路面的抗弯拉强度与耐久性，如果面层设计工作未达到这两个方面的标准则有着较高的风险发生路面材料脱落、面板裂开等情况。

基层设计期间，需要对该层的荷载承受能力进行提高，在基层进行荷载传递时要求经过新型增强材料处理的路面时，可以有效地分散荷载，以此使得大量的荷载力能够在路床的覆盖区域内均匀的分布。基层施工时需要先进行不少于15cm的水泥稳定材料的路面摊铺施工，以便对基层面板强度作以提高。

垫层设计期间，由于垫层可以控制路基的不良变形作用，保证路面稳定性，所以设计时需要选择好垫层铺筑材料，以此对路基之于路面的影响作用进行有效阻止，常用材料为粗砂、水泥、碎石，如果公路等级不高则可以使用石灰煤渣。

路基设计时，须把握好其发挥的公路承重作用，借助于强夯击实法、符合作业要求的压路机进行路基碾压施工[4]。

其次，对面层材料的要求，材料主要有水镁石纤维、水泥、石子、砂子等，前两种材料按照作业标准选取即可；石子尽量使用卵石；砂子应用含泥少的河砂。

2.2 水镁石纤维混凝土路面设计工作

设计过程中内容主要有设计面层、路基、基层以及垫层，确定板厚以及板平面参数，接缝、配筋、路面排水设施以及路肩等多方面的设计。其中，路面板厚设计较为重要，具体设计期间要求根据规范来完成设计任务，完成的水镁石纤维混凝土路面抗弯拉强度高，需要在设计时按照常规混凝土路面板厚设计流程与方法来进行，新型混凝土路面线膨胀系数为8.7EC-6、弯拉弹性模量则为7.2GPa；设计计算期间需要进行相对刚度半径（常规混凝土面层）、荷载应力、荷载疲劳应力、温度疲劳应力系数以及疲劳断裂极限状态等计算，结论为当设计的面板长度未发生任何变化时，根据常规路面厚度可以按照0.9倍的标准设计新型混凝土路面板的厚度值。

3 结语

目前道路路面铺筑施工中，使用水镁石纤维混凝土路面材料效果显著，与常规使用的水泥混凝土材料使用期间的性能质量作以对比，具有理想的韧性、抗折能力，所以在后续的公路类工程建设中，需要施工单位对于此种材料进行深入研究，把握好水镁石纤维的基本特性，以便在后续水泥混凝土路面材料应用时可以在其中加入适量的水镁石纤维进行路面铺筑材料性能的改善与增强，确保路面设计工作以及道路工程施工工作可以顺利有序的进行，进一步提升道路总体的安全性以及可靠性。