高速公路钢纤维混凝土路面施工技术研究

蔡雄敏

（江西赣粤高速公路工程有限责任公司，江西南昌 330000）

0 引言

对于钢纤维混凝土材料而言，在制备的环节中主要是将规定比例的钢纤维材料加入混凝土内，形成性能优越的混合材料。钢纤维混凝土与传统的混凝土材料对比，抗裂性、耐磨性、抗疲劳性能非常优越，尤其是在公路项目中应用这种材料，可以提高路面性能，满足道路交通的标准。

1 钢纤维优缺点分析

1.1 钢纤维混凝土混凝土的缺陷分析

1.1.1 施工程序比较烦琐。在钢纤维混凝土制作中，钢纤维和混凝土材料充分混合，最为关键的是确保钢纤维材料的均匀性，不会形成结团的情况，这是提高钢纤维混凝土材料性能的关键。在高速公路项目施工中，结合不同的纤维种类，选择合适的拌和方法。第一种是纤维材料和其他骨料混合后，先干拌处理，在达到均匀性要求后再加水湿拌处理；第二种是混凝土搅拌完成后，再加入纤维材料搅拌。无论是哪种拌和方法，都要合理地控制搅拌时间，且拌和结束后，目测材料是否达到均匀性要求，所以对拌和操作人员的要求较高。在钢纤维材料加入后，混凝土的原配合比保持不变，也不能取代原材料钢筋。对于钢纤维混凝土材料来说，无特殊的养护要求，可以根据普通的混凝土养护标准进行。钢纤维混凝土材料制作环节，使用强制式搅拌机才能完成制作工作，可以采用先干后湿的拌和方式，也可以将各种材料充分加入后再搅拌处理达到混合均匀的效果。经过分析发现普通混凝土材料加入钢纤维材料后，可以提高材料的黏聚性。混合料制作后，坍落度损失比较少，为了确保和易性符合要求，可以适当加入减水剂材料，也可以保证水灰比不变的条件下，增大加水比例和水泥比例。在钢纤维材料加入后，混凝土材料性能提升明显，完全可以达到高速公路使用标准。

1.1.2 纤维造价较高。由于钢纤维混凝土材料应用时间较短，从技术、经济方面来说，都有一定的问题，尤其是成本比较高。在工程建设中，应确定合适的加入比例，保持经济性，才能实现总体效益的提升。

1.2 钢纤维混凝土的优势分析

首先，钢纤维混凝土力学性能优越。在混凝土材料内加入纤维材料，有效阻止微裂缝的扩展，预防发生严重的病害问题，进而可以全面提升混凝土材料的抗拉强度、抗折强度、抗剪强度以及抗扭强度。但是如果原材料选择不合理、配合比设置不到位或者混合料制作时搅拌不均匀，都会给材料的性能产生不利的影响。其次，钢纤维混凝土抗变形性能高。因为钢纤维混凝土的弹性变形阶段与其他混凝土材料是基本相同的，受压弹性模量、泊松比和以往混凝土有着很大的相似之处，受拉弹性模量是基本相同的。但是钢纤维混凝土的抗压韧性则提升约2～7 倍，抗弯韧性提升约几十倍。最后，钢纤维混凝土具备较高的长期性能。钢纤维混凝土的抗疲劳性能提升非常高，在相同受力条件下，钢纤维混凝土的疲劳寿命是传统混凝土的几十倍。此外，钢纤维混凝土的抗冻性、抗碳化能力都有很大的提升。

2 钢纤维混凝土在公路工程中的应用

2.1 工程概况

某高速公路项目总长度为100km，设计为双向四车道的形式，路面宽24m，设计速度为100km/h，路面设计荷载为汽车-超20，挂-120。该高速公路项目极为重要，对当地的发展有重要意义，所以设计人员根据设计需要选择钢纤维混凝土路面形式，抗拉强度为5.5MPa，抗压强度超过40MPa。

2.2 钢纤维混凝土配合比设计

钢纤维混凝土材料制作时，配合比是极为重要的参数，对材料性能有直接的影响，所加强配合比的分析确定尤为重要。

2.2.1 钢纤维选取。分析了解钢纤维混凝土的性能要求，该项目设计人员确定采用剪切异形直纹钢纤维材料，其规格为0.5mm（长）×0.5mm（宽）×25mm（ 高），材料的抗拉强度可以达到600MPa以上。

2.2.2 水泥材料。在钢纤维混凝土中，水泥是重要胶结材料，所以水泥质量尤为重要。经过此次工程设计人员对比分析，确定采用P·O42.5R 水泥材料。

2.2.3 粗集料。粗集料是钢纤维混凝土的骨架材料，此次项目选择碎石材料。经过试验分析确定，在钢纤维混凝土中，粗集料的粒径应为钢纤维材料长度的2/3。因为此次项目中，钢纤维材料长度为25mm，所以粗集料尺寸应控制为5～20mm。加强粗集料粒径控制，发挥出骨架的效果，确保钢纤维混凝土的性能稳定、合格。

2.2.4 细集料。细集料采用机制砂或者天然砂制作，而细集料的细度模数与混凝土性能产生直接的影响，所以应加强细集料控制，才能满足工程的标准。目前针对细集料来说，其主要影响的是材料的和易性，应加强检查和控制，通常保证细度模数为2.5 才能达到要求。

2.2.5 最佳配合比。在确定合适的材料后，每种材料的指标符合要求，再进行配合比的确定，以达到材料性能的标准要求，最终符合钢纤维混凝土的使用标准。此次工程中，以试验的方式确定钢纤维混凝土的最佳配合比，以符合工程性能标准。不同水灰比与混凝土坍落度关系见图1、图2。经过分析图中变化趋势可以发现，水灰比升高的情况下，钢纤维混凝土的坍落度也会升高，而抗压强度则会降低。综合多方面因素分析，水灰比为0.43 时，钢纤维混凝土坍落度、抗压强度处于最佳状态，也是此次项目的最佳配合比参数。

图1 不同水灰比与混凝土坍落度关系曲线

图2 不同水灰比与混凝土抗压强度关系曲线

钢纤维体积率对混凝土坍落度、抗压强度的影响见图3、图4，分析图内数据可以发现，钢纤维体积率增大的情况下，混凝土坍落度会减小；在钢纤维体积率为1.0%时，抗压强度达到最高值。经过分析了解每一项数据信息，确定采用钢纤维的体积率为1.0%。

图3 不同钢纤维体积率与混凝土坍落度关系曲线

图4 不同钢纤维体积率与混凝土抗压强度关系曲线

3 钢纤维混凝土施工要点

3.1 钢纤维混凝土构造设计

首先，钢纤维混凝土抗滑结构。为了确保钢纤维混凝土在高速公路路面中发挥出应有的作用，也能预防裸露出来而划伤车辆，提升抗滑能力，所以在现场施工中，应采取硬刻槽进行构造施工。在钢纤维结构的强度达到6～12MPa 时，可以应用刻槽机在路面进行刻槽作业，宽2.5mm、深3mm、间距25mm，以达到性能的标准要求。其次，做好路面切缝处理。在切缝施工中，关键是确定切缝时间，太早容易导致锯片的影响造成钢纤维、碎石、水泥等黏结时出现松动、早期损坏的问题。而太晚的情况下则极易造成混凝土结构开裂，所以将强度控制在8～15MPa。根据施工的需要，钢纤维混凝土面板应控制在7m 左右，最大尺寸不超过6m×12m。切缝间距应根据具体的面板尺寸确定，以达到路面性能的标准要求。

3.2 布料与摊铺

首先，在钢纤维混凝土中，钢纤维材料必须达到均匀分布的效果，还要连续性加入混凝土路面面板中，防止存在结团的问题，一般可以选择使用分散剂将钢纤维分散处理。其次，在试铺的环节，要考虑到钢纤维混凝土坍落度，合理地进行摊铺施工。通常情况下，钢纤维混凝土中因为钢纤维材料的作用，坍落度要比普通材料稍小。经过性能分析，钢纤维混凝土较之普通的混凝土材料来说凝结时间比较短，并且能够快速硬化，所以浇筑施工中应确保各个环节紧密进行，达到施工紧凑性，确保浇筑时间符合要求。在浇筑施工中，如果发现含水量比较少，需要根据设计方案的要求加入适量水，一般会选择喷雾的方式增加水分，防止蒸发而导致水分流失严重。在现场布料环节，通过现场试验以确定松铺厚度参数。相同坍落度的情况下，钢纤维混凝土的松铺厚度要超过以往混凝土10mm 左右。现场布料时，加强材料的性能检测，确保钢纤维材料分布均匀。

3.3 振捣和整平

在钢纤维混凝土的摊铺施工结束后，加强振捣环节控制，达到密实度的标准要求。此次工程施工中，先插入振捣棒施工，进行初振作业，再应用平板振捣器进行振动，最后应用刮板进行收面高程控制。由于钢纤维混凝土的流动性比较差，所以应先应用振捣棒进行边角部位上振捣密实施工，防止发生蜂窝的情况。振捣时，随时观察液面变化，直到不再下沉为止，且没有气泡冒出，则视为合格。振捣棒振捣环节，严格控制现场作业情况，不能存在过振的情况，预防出现空洞、沟槽的问题。按照统一方向进行振捣施工，且振捣环节如果存在外露钢纤维的情况，需要将竖起的钢纤维与碎石压入下部，达到平整性要求，从而避免在道路上行驶的车辆接触到钢纤维或者碎石而发生严重的事故问题，可以大幅度提升工程的安全性。如果现场施工速度比较慢，还要采取喷雾方式处理，给混凝土补充足够的水分，但是禁止随意向混凝土材料中加入水分，否则将会造成结构配合比不合格的情况，影响高速公路的正常通行。

4 钢纤维混凝土路面施工质量控制

4.1 选择合理的沥青材料

对于钢纤维混凝土来说，原材料的质量对整个工程的质量有着直接的影响。因此，在项目施工中，必须加强原材料的质量管控，各项指标符合工程的要求。为了提升材料的性能，满足高速公路的需要，结合设计方案以及施工标准，采取加入改性剂的方式。在高速公路项目施工环节，技术人员根据实际需要选择合适的改性剂，并确定加入比例，以确保混合料的性能合格，不会引起高速公路的质量问题。

4.2 严格质量管理

在高速公路钢纤维混凝土的施工中，严格落实质量管理尤为重要，以消除质量缺陷，满足交通使用要求。高速公路是我国重要交通基础设施，关系到人们生活质量以及社会的发展，更加涉及人们生命安全，所以必须提高公路工程的质量水平，才能推动社会不断向前发展。应用钢纤维混凝土作为路面材料进行高速公路建设，质量性能优越，延长使用寿命，同时对于该类型的材料要求也比较高，其施工现场工艺较为复杂，需要结合现场情况，落实质量管控措施，提高施工工艺水平，才能确保高速公路项目符合要求。组建现场施工质量管理工作小组，明确小组成员和工作任务。定期对高速公路建设情况进行考察和分析，落实每道工序的和质量监督与检查；严格执行设计方案和技术交底工作，每个工作人员对项目要求有足够的了解，对于质量管理制度有深刻的认识，并且自觉遵守施工质量管理；加强岗位责任制管理，确定各级岗位人员的责任，且进行责任细化分类，一旦存在违规作业或者玩忽职守的情况，立即予以查处和惩罚，避免事态扩大。

4.3 注重施工细节

在高速公路的施工中，细节的质量会影响总体质量。虽然我国已经有很多工程都非常成功，积累的经验也比较多，但是在具体的施工环节，依然应该关注细节方面的影响。对此，加强施工工序的质量管理，才能确保钢纤维混凝土路面的质量合格。从宏观角度分析，钢纤维混凝土施工工序通常和传统的混凝土施工工序相似，都要经过拌和、运输、摊铺、振捣、整平等工序，以达到工程实施的标准。在高速公路施工现场，施工人员需要了解到钢纤维混凝土的特点，做出特殊性处理，才能满足工程的质量标准要求，对提升工程总体效益有积极作用。

5 结语

在高速公路施工中，应用钢纤维混凝土路面施工技术有着非常明显的优势。发挥出钢纤维混凝土材料的优势，提高路面结构的抗压性能、抗剪性能，可以达到交通通行标准。但是在施工中，应加强细节方面的管理，做好每一项指标的控制，保证各项工序都符合工程的要求，才能提高钢纤维混凝土路面的性能，提高高速公路通行质量，为现代社会发展奠定基础。