桥面铺装钢纤维水泥混凝土的配制及质量控制

文 / 刘司坤

1 、引言

随着高速公路建设的飞速发展，高速公路在国民经济建设中的地位与作用也日益明显。但通车时间不长就出现高速公路桥面铺装问题的现象屡见不鲜。从目前使用的实际情况来看，桥面铺装的施工技术与质量还有待改进和提高。如何防治桥面铺装的过早损坏，还需公路行业的科研、设计、施工各方共同努力，尽快找到既经济又适用的解决办法。

本文仅从钢纤维水泥混凝土桥面铺装质量控制方面进行介绍、研究与总结。

2 、高速公路桥面铺装

2.1 桥面用钢纤维混凝土有关规定

•  强度等级不低于 CF30 。

•  采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其强度不低于 42.5 。

•  水泥用量不少于 360kg /m 3。

2.2 桥面铺装厚度

钢纤维混凝土桥面铺装层厚度应根据当地气候条件、桥面铺装的使用条件、桥梁结构对桥面的要求和钢纤维混凝土的性能，并参考已有工程资料或当地经验确定，宜在 80 ～ 90mm 间选取。有特殊需要时可适当减薄，但不宜小于 60mm 。

钢纤维混凝土桥面层内配制的钢筋网应较普通混凝土桥面内配置的钢筋网数量少，宜采用直径 8mm ，间距 200mm 的钢筋网，保护层厚度宜取 35mm 。

2.3 桥面层分缝

① 采用矩形分块，纵缝和横缝应为垂直相交，纵缝两侧的横缝不得互相错位。

② 纵缝的间距由桥面宽度确定，但不应大于 15m 。单向坡 3 车道或小于 3 车道的桥面可以不设纵缝。

③ 横缝分为缩缝和胀缝。横向缩缝间距应依据当地气候条件、钢纤维的性能和体积率、桥面长度等因素确定，宜在 10 ～ 15m 间选取，最长不得超过 20m 。胀缝间距可取缩缝间距的 2 倍，胀缝宽度宜取 5 ～ 8mm 。

3 、钢纤维混凝土的配制

3.1 原材料

3.1.1 增强效果

钢纤维的增强效果与钢纤维的长度、直径（或等效直径）、长径比有关。钢纤维增强作用随长径比增大而提高。钢纤维长度太短不起增强作用，太长则影响拌和物质量，直径太细易在拌和过程中被弯折，太粗则在同样体积含量时其增强效果差。大量试验研究和工程经验表明：长度在 20 ～ 50mm ，直径在 0.3 ～ 0 .8mm , 长径比在 40 ～ 100 范围内的钢纤维，其增强效果和拌和物性能均佳。

3.1.2 钢纤维混凝土用钢纤维技术要求

① 钢纤维的类型可按表 1 的规定划分

表１ 钢纤维类型

② 钢纤维的形状尺寸及其偏差应满足下列规定：长度可分为 20mm 、 25mm 、 30mm 、 35mm 、 40mm 、 45mm 、 50mm 各种不同规格。截面的直径或等效直径应在 0.3 ～ 0 .8mm 的范围内。长度偏差不应超过长度公称值的± 5% 。

③ 钢纤维的抗拉强度不应低于 380N/mm 2 , 其抗拉强度按下式计算：

? sft = F max

A sf

式中：? sft ——钢纤维抗拉强度；

F max ——一根钢纤维抗拉试验的最大拉伸荷载；

A sf ——钢纤维截面公称面积。

④ 钢纤维表面不得粘有油污和其它妨碍钢纤维与水泥浆粘结的杂质。钢纤维内含有的因加工不良造成的粘连片、表面锈蚀纤维、铁屑及杂质的总质量不应超过钢纤维质量的 1% 。每 3t 随机取样 5kg ，用人工挑拣粘片、锈蚀纤维、铁屑及杂质并称质量计算。

3.1.3 拌制

①拌制钢纤维混凝土不得采用海水、海砂，严禁掺加氯盐。钢纤维混凝土采用的粗骨料的粒径不宜大于 20mm 和钢纤维长度的 2/3 。

②拌制钢纤维混凝土宜选用优质减水剂，对抗冻性有要求的钢纤维混凝土宜选用引气型减水剂。外加剂的性能应符合现行标准《混凝土外加剂应用规程》的规定，并经试验验证后方可采用。

③采用硅酸盐水泥拌制的钢纤维混凝土，可掺用混合材料。混合材料性能应符合现行标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和《用于水泥中的火山灰质混合材料》的规定，其掺量应通过试验确定。

3.2 配合比设计

3.2.1 配合比设计条件

钢纤维混凝土的配合比设计，应满足结构设计要求的抗压强度（或抗压强度与抗折强度），以及施工要求的和易性，在某些条件下还应满足对抗冻性，抗渗性，耐冲刷性或耐腐蚀性等项的要求。

3.2.2 配合比设计步骤

① 根据强度标准值或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拉强度或试配抗压强度与抗折强度。

② 根据试配抗压强度计算水灰比。

③ 根据试配抗拉强度或抗折强度，确定钢纤维体积率，不应小于 0.5% ，一般为 1.0% ～ 1.5% 。

④ 根据施工要求的稠度通过试验或已有资料确定单位体积用水量，如掺用外加剂时应考虑外加剂的影响。

⑤ 通过试验或有关资料确定合理砂率。

⑥ 按绝对体积法或假定质量密度法计算材料用量，确定试配配合比。

⑦ 按试配配合比进行拌和物性能试验，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。

3.2.4 抗压强度

钢纤维混凝土的施工配制抗压强度应按现行国家标准《混凝土强度检验评定标准》及《公路桥涵施工技术规范》（ JTJ041-2000 ）混凝土施工配制强度的规定采用，抗拉强度或抗折强度的施工配制强度提高系数，可取用抗压强度施工配制强度提高系数。

3.2.5 水灰比

钢纤维混凝土的水灰比宜选用 0.45 ～ 0.50 ，对于以耐久性为主要要求的钢纤维混凝土，不得大于 0.50 。

3.2.6 水泥用量

钢纤维混凝土每立方米的水泥用量宜为 360 ～ 400kg ；当钢纤维体积率较大时，水泥用量可适当增加，但不应大于 500kg 。

钢纤维混凝土单位体积用水量，可通过试验或根据已有经验确定，也可根据材料品种规格、钢纤维体积率、水灰比和稠度选用，参照表 2 或表 3 。当掺用外加剂或混合材料时，其掺量或单位用水量应通过试验确定。

表 2 半干硬性钢纤维混凝土单位体积用水量选用表

注 : ① 碎石最大粒径为 20mm 时 , 单位体积用水量相应减少 5kg ；

② 粗骨料为卵石时，单位体积用水量相应减少 10kg ；

③ 钢纤维体积率每增减 0.5% ，单位体积用水量相应增减 8kg ；

④ 表中 ρ f — 钢纤维体积率；

W/C —水灰比。

表 3 塑性钢纤维混凝土单位体积用水量选用值

注： ① 坍落度变化范围为 10 ～ 15mm 时，每增减 10mm , 单位用水量相应增减 7kg ；

② 钢纤维体积每增减 0.5% ，单位体积用水量相应增减 8kg ；

③ 钢纤维长径比每增减 10 ，单位体积用水量相应增减 10kg ；

④ ι f ——钢纤维长度； d f ——钢纤维直径或等效直径。

3.2.7 砂率

钢纤维混凝土的砂率可通过试验或根据已有经验确定，也可根据钢纤维混凝土所用材料的品种规格、钢纤维体积率、水灰比等，参照表 4 选用。

表 4 钢纤维混凝土砂率选用值（ % ）

3.2.8 稠度

钢纤维混凝土的稠度可参照同类工程对普通混凝土所要求的稠度确定。其坍落度值可比相应普通混凝土要求值小 20mm ，其维勃稠度值与相应普通混凝土要求值相同。

钢纤维混凝土试配配合比确定后，应进行拌和物性能试验，检查其稠度、粘聚性、保水性是否满足施工要求，若不满足则应在保持水灰比和钢纤维体积率不变的条件下，调整单位体积用水量或砂率，直到满足要求为止，并据此确定用于强度试验的基准配合比。

3.2.9 强度试验

钢纤维混凝土配合比的强度试验，应根据工程要求分别进行抗压强度与抗拉强度或抗压强度与抗折强度试验。每种强度试验至少应采用 3 种不同配合比。其中一种为基准配合比，当进行抗压强度试验时，另外两种配合比的水灰比应比基准配合比分别减少和增加 0.05 ；当进行抗拉强度或抗折强度试验时，另外两种配合比的钢纤维体积率应比基准配合比分别减少和增加 0.2% 。改变水灰比或钢纤维体积率时，单位体积用水量应保持不变，可通过调整砂率来保持拌和物的稠度不变。

制作钢纤维混凝土试块时，尚应测定其拌和物的稠度、粘聚性、保水性和质量密度。

根据测得水灰比与抗压强度的关系，可求出试配抗压强度对应的水灰比；根据钢纤维体积率与抗拉强度或抗折强度的关系，可求出试配抗拉强度或抗折强度对应的钢纤维体积率。据此可参照现行标准《普通混凝土配合比技术规程》确定施工配合比。

4 、钢纤维混凝土的搅拌、运输、浇注和养护

4.1 搅拌

4.1.1 搅拌方式

钢纤维混凝土施工宜采用机械搅拌。当钢纤维体积率较高，拌和物稠度较大时，搅拌机一次搅拌量不宜大于其额定搅拌量的 80% 。

4.1.2 材料质量的确定

搅拌钢纤维混凝土的各种材料的质量，应按施工配合比和一次搅拌量计算确定，其称量偏差不得超过表 5 的规定。

表 5 材料称量的允许偏差

4.1.3 投料次序和方法

钢纤维混凝土搅拌的投料次序和方法应以搅拌过程中钢纤维不产生结团和保证一定的生产率为原则，并通过试拌或根据经验确定。宜优先采用将钢纤维、水泥、粗细骨料先干拌而后加水湿拌的方法；也可采用先投放水泥、粗细骨料和水，在拌和进程中分散加入钢纤维的方法。必要时可采用钢纤维分散机布料。

4.1.4 搅拌时间

钢纤维混凝土的搅拌时间应通过现场搅拌试验确定，并应较普通混凝土规定的搅拌时间延长 1 ～ 2min 。采用先干拌后加水的搅拌方式时，干拌时间不宜少于 1.5min 。

4.2 运输、浇筑和养护

4.2.1 运输

钢纤维混凝土的运输可采用与普通混凝土相同的运输规定；应缩短运输时间，运输过程应避免拌和物离析。如产生离析应作二次搅拌。所用的运输器械应易于卸料。

4.2.2 浇筑

钢纤维混凝土的浇筑方法应保证钢纤维分布的均匀性和结构的连续性，在一个规定连续浇筑的区域内，浇筑施工过程不得中断。拌和料从搅拌机卸出到浇筑完毕所需时间不宜超过 30min 。在浇筑过程中严禁因拌和料干涩而加水。

4.2.3 振捣和整平

钢纤维混凝土应采用机械振捣，不得采用人工插捣。所采用的振捣机械和振捣方法除应保证混凝土密实外，还应保证钢纤维分布均匀。

公路桥面的钢纤维混凝土应按下列步骤振捣和整平：

① 用平板式振捣器振捣密实，然后用振动梁振捣整平。

② 用表面带凸棱的金属圆滚将竖起的钢纤维和位于表面的石子和钢纤维压下去，然后用金属圆滚将表面滚压平整。待钢纤维混凝土表面无泌水时用金属抹刀抹平，经修整的表面不得裸露钢纤维，也不应留有浮浆。

③ 抹平的表面应在初凝前做拉毛处理，拉毛时不得带出钢纤维。拉毛工具可使用刷子和压滚，不得使用木刮板、粗布路刷和竹扫帚。

4.2.5 养护

钢纤维混凝土可采用与普通混凝土相同的养护方法。

5 、质量检验

钢纤维混凝土的质量检验，除应对原材料、配合比、施工的主要环节按交通部《公路桥涵施工技术规范》（ JTJ041-2000 ）的规定进行检验外，还应补充检验：按相关规定对钢纤维进行质量检验；钢纤维的称量每一工作班至少检验 2 次；同时，应采用水洗法在浇注地点取样检验钢纤维体积率，每一工作班至少 2 次；水洗法检验钢纤维体积率的误差不应超过配合比要求的钢纤维体积率的 ±15% 。

检验钢纤维混凝土质量，应依据设计要求分别进行抗压强度与抗拉强度或抗压强度与抗折强度试验。如有特殊要求时，尚应做抗冻、抗渗等性能试验。

作者单位：河北省交通建设监理咨询有限公司