钢纤维混凝土在隧道路面铺装工程中的应用

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　　摘要：本文以沪蓉国道主干线支线分水岭(鄂渝界)至忠县高速公路B20合同段，冉家坝隧道路面铺装为例，对钢纤维混凝土在隧道路面铺装的应用，从机理性能、原材料的选用及施工工艺等方面进行阐述
　　关键词钢纤维混凝土，路面铺装，应用
　　1、钢纤维混凝土的定义
　　钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。
　　2、钢纤维混凝土的特点
　　钢纤维混凝土(SteelFiberReinforcedConcrete简称SFRC)是在普通混凝土中掺入少量低碳钢、不锈钢和玻璃钢的纤维后形成的一种比较均匀而多向配筋的混凝土。我国对SFRC与普通混凝土力学性能做了比较试验，当钢纤维掺入量为15-20%、水灰比为0.45时，其抗拉强度增长50-70%，抗弯强度增长120-180%，抗冲击强度增长10-20倍，抗冲击疲劳强度增长15-20倍，抗弯韧性增长约14-20倍，耐磨损性能也明显改善。由此可以看出：与素混凝土相比，SFRC具有更优越的物理和力学性能：(1)较高的弹性模量和较高的抗拉、抗压、抗弯拉、抗剪强度；(2)卓越的抗冲击性能；(3)抗裂和抗疲劳性能优异；(4)能明显改善变形性能；(5)韧性好；(6)抗磨与耐冻融有改观；(7)强度和重量比增大，施工简便，材料性价比高，具有优越的应用前景和经济性。
　　3、钢纤维混凝土材料
　　钢纤维按不同的加工生产方法可分为：切断钢纤维、剪切钢纤维和熔断钢纤维三种。纤维长度又分为不同规格，长度宜为20-50mm，等效直径为0.3-0.8mm，长径比在40-100范围内，抗拉强度不低于600MPa。在我国路面工程应用上钢纤维混凝土中钢纤维的体积率多为0.8%-1.0%，水泥采用32.5-42.5#普通硅酸盐水泥，粗骨料最大粒径为钢纤维长度的2/3，最大粒径不宜大于20mm，细集料采用中粗砂，平均粒径0.35~0.45mm。
　　4、钢筋混凝土在隧道路面铺装中的应用
　　4.1工程概述
　　冉家坝隧道位于沪蓉国道主干线支线分水岭（鄂渝界）至忠县高速公路B20合同段。右洞起止桩号为K78+037～K79+852，长1815m，左洞起止桩号为ZK78+038～ZK79+857，长1819m。。
　　4.1.1设计技术标准
　　（1）公路等级：高速公路（双洞四车道）
　　（2）计算行车速度：80km/h
　　（3）设计交通量：41158辆/日。
　　（4）隧道建筑限界：宽10.5m（单洞）、高5.0m。
　　4.1.2隧道路面
　　冉家坝隧道洞内路面全长3634m，单洞单向二车道，路面行车道宽(3.75+0.75)×2m，面层设计为C40钢纤维混凝土，厚28cm，以下结合冉家坝隧道路面铺装对钢纤维混凝土的应用加以分析总结。
　　4.2钢纤维混凝土的选用及配合比设计
　　4.2.1、钢纤维的选用
　　钢纤维品种、几何参数和体积率的选用，应满足设计要求的钢纤维混凝土强度、韧性和耐久性；并应满足拌合物的和易性与施工要求。其选用的适合范围，可参照已有经验或国家现行有关钢纤维混凝土结构设计与施工规程的规定确定。根据本工程的特点及技术要求，钢纤维选用压痕型低碳钢纤维，纤维长度32mm，
　　4.2.2、钢纤维混凝土配合比设计
　　钢纤维混凝土配合比设计应主要满足设计抗折强度与施工的和易性和钢纤维不结团的要求，抗折强度随着钢纤维量的增大而增大，但混凝土的和易性却随之降低，为此必须适当增大含砂率。影响配合比的主要因素是钢纤维掺入量、砂率、水灰比，参照《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》和《普通混凝土配合比设计规程》，经过试配对比试验，C40钢纤维混凝土配合比确定为：水泥:砂:碎石:水:钢纤维1:1.8:2.26:0.45:0.165，每m3混凝土水泥用量455kg，水泥为华新42.5#普通硅酸盐水泥。钢纤维掺入量75kg，钢纤维混凝土配合比详下表。
　　混凝土等级水泥（kg/m3）砂（kg/m3）碎石（kg/m3）水（kg/m3）钢纤维（kg/m3）砂率（%）水灰比
　　C40 455 819 1027 205 75 44 0.45
　　
　　4.3钢纤维混凝土搅拌及运输
　　4.3.1钢纤维混凝土搅拌
　　（1）必须使用滚动式混凝土拌和设备。当钢纤维体积率较高，拌和物稠度较大时，应对拌和量进行控制，一般应不超过设备拌和量的60%。
　　（2）注意拌和料的投放顺序，一般按水泥、钢纤维、细集料、粗集料、水的顺序进行，先进行干拌后再加水湿拌，同时，钢纤维应分2-3次投放，保证钢纤维在拌和机内不结团，不弯曲或拆断。
　　（3）应根据拌和物的粘聚性、均匀性及强度稳定性要求通过试拌确定合理的拌和时间。先干拌后湿拌，一般按干拌时间不少于80秒，湿拌时间不少于100秒（总拌和时间必须控制在300秒以内）。
　　4.3.1钢纤维混凝土运输
　　在混凝土运输过程中，通常采用手扶拖拉机，要求运距不宜过长，保证混凝土不发生离析现象。
　　4.4钢纤维混凝土浇筑
　　4.4.1基层处理
　　在钢纤维混凝土浇筑前，先人工清除旧基层，最后用高压水枪冲洗粉渣；对路面中轴线和人行道路缘测定路面标高点，控制基层（调平层）标高。基层用C15素混凝土摊铺，铺筑厚度控制在预留面层厚度28cm处。
　　4.4.2钢纤维混凝土的浇筑、养生
　　针对路面铺装半幅施工的特点，对路面的左半幅先行浇筑，保证右半幅车辆通行，最后进行右半幅浇筑。钢纤维混凝土的摊铺和振捣是施工的重要环节，直接影响钢纤维混凝土的整体性和致密性，施工过程中采用人工摊铺、机械振捣相结合的方法，其操作步骤如下：
　　（1）钢纤维混凝土经人工摊铺整平，沿钢模两侧用插入式振捣器振捣，其余部位均采用平板振捣器振捣，时间不宜过长，应振至混凝土混合料泛浆，不明显下降，不冒气泡，表面均匀为度。
　　（2）混凝土振平采用振动梁振捣拖平，辅以人工找平，再用钢滚筒来回滚压，进一步推浆整平，其表面不得裸露钢纤维。
　　（3）待混凝土表面无泌水时进行抹平，拉毛时选用滚筒压纹器，可以避免带出钢纤维。