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【摘要】结合某大桥桥面铺装层混凝土工程，阐述了钢纤维混凝土的特性及其工作机理。在桥面铺装层混凝土中掺用钢纤维能够增强其抗拉、抗折、抗渗、抗冲击能力，并起到阻裂增韧的作用。对该桥桥面铺装层混凝土掺用钢纤维后的配合比进行了试验设计，现场试验和观测结果表明，对该桥桥面铺装层混凝土掺用钢纤维进行改性是非常有益的，该桥桥面铺装层钢纤维混凝土工程的设计和施工是成功的。
【关键词】桥面铺装混凝土；钢纤维；工程应用
1. 前言
随着我国经济的快速发展，交通流量日益增长，桥梁工程中桥面铺装层混凝土过早地出现裂缝，由于渗水及车辆的反复作用，日积月累，桥面铺装层混凝土遭受严重破坏，这直接危及梁体正常功能的使用，甚至导致梁体毁坏，影响交通安全。对桥面铺装层的裂缝要及时、有效地进行维护， 以保证行车安全和桥梁使用寿命。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短纤维所形成的一种新型建筑材料（简称SFRC）， 它能显著提高混凝土的抗拉、抗剪、抗折强度和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震及裂后延性等性能，因此钢纤维在现代桥梁的桥面铺装层混凝土中的应因而用日益得到重视和推广。
2. 钢纤维混凝土的基本性能
（1）钢纤维混凝土的抗压强度和早期抗压强度均比普通混凝土有所提高。钢纤维掺量为30～90Kg/m3时比25～50号普通混凝土强度提高5%～20%左右；钢纤维混凝土的弯拉强度比普通混凝土提高约20%～50%。钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度比普通混凝土提高20%～40%左右。钢纤维混凝土的耐磨性能比普通混凝土提高约40%。与普通混凝土一样，随着混凝土标号的提高，钢纤维混凝土的耐磨性能也随之提高，随着钢纤维掺量的增加，混凝土的磨损率有所降低，耐磨性能有所增强。
（2）钢纤维水泥砂浆试板掺量为30Kg/m3，，其裂缝长度为基准试板的58%，其收缩裂缝总量为基准试板的38%。相同水灰比的水泥砂浆内，掺30、45、60、75、90Kg/m3耐钢纤维的水泥砂浆的收缩裂缝总量与基准砂浆收缩裂缝总量之比数据分析可知：水泥砂浆的裂缝总量随着钢纤维掺量的增加而减少。
（3）钢纤维混凝土在冲击荷载作用下的抗裂性能随钢纤维掺量增加而提高，与普通混凝土相比，其冲击抗裂性能可提高3～4倍。
3. 工程实例
保阜高速是连接晋冀交通的主干道之一， 交通繁忙， 随着重型车流量增多， 桥面铺装层产生许多裂缝， 北流河大桥桥面破坏尤其严重， 曾采用沥青罩面进行维护， 可是经过一段时间使用后， 又出现了裂缝、坑洞等病害。2010 年北流河大桥桥面铺装层进行改造， 凿除旧桥面铺装层， 采用钢纤维钢筋混凝土+沥青混凝土作为桥面铺装层。
4. 钢纤维钢筋混凝土在北流河大桥桥面铺装层中的应用
4.1铺装层结构设计： 4～14cm 钢纤维混凝土+7cm 沥青混凝土。钢纤维混凝土设计强度等级为C40、抗折5.5MPa。
4.2材料： 控制好原材料质量， 才能保证钢纤维混凝土质量。
（1）钢纤维： 钢纤维表面应洁净无锈。选用石家庄开华纤维厂生产的铣削异型钢纤维， 长 30mm， 长径比为 40～ 70， 其抗拉强度≥380Nmm ， 刚度较大， 散落性好， 搅拌时较均匀， 与基体的粘结性能良好， 增强效果佳。
（2）水泥： 选用太行山牌Po525#普通硅酸盐水泥。经检验， 其28天抗压强度为64.5MPa， 抗折强度为8.9M Pa， 安全性、细度、凝结时间等指标均符合规范要求。
（3）粗集料： 在各种不同纤维率下， 粗骨料粒径对抗折强度的影响的试验表明， 当粗骨料粒径为纤维度的 12 时， 所获得的增强效果最佳， 因而粗骨料粒径不应大于20mm， 选用5～ 20mm花岗岩碎石。我们对粗集料的要求较高， 到石料场加工定货， 其规格要求在 5～ 20mm 内， 不能超标。经抽样检测， 其含泥量为0.1%； 针片状含量为 8.2%； 压碎值为 10.6%， 均符合规范要求。
（4） 细集料： 选用大沙河中砂。经抽样检测， 其含泥量为0.2%， 符合混凝土用砂标准。
（5）水： 不得采用河水， 选用深井水。
（6）外加剂： 当将钢纤维掺到混凝土拌合料中时， 随着纤维率的提高， 其稠度显著降低。为了得到所需稠度， 增加单位用水量影响钢纤维混凝土强度质量， 因而使用优质减水剂是有效途径。同时为了提高混凝土早期强度， 提早开放交通， 采用山西黄腾 高效减水剂， 经试验其减水率达20%，混凝土7天抗压强度提高 28%， 为提早开放交通提供了有利条件。
4.3SFRC 配合比设计。
（1）用在桥面铺装层的钢纤维混凝土配合比设计， 应满足设计要求的抗压强度、抗折强度要求， 同时要满足施工要求的均匀性、和易性、经济性要求。钢纤维掺量宜在 1%～ 2%范围内。每立方米水泥用量宜为 360Kg～ 450Kg， 最大不超过500Kg。经几种配合比方案比较， 选用的配合比见表1。与普通混凝土相比， 钢纤维混凝土的含砂率较高， 水泥用量较大。
（2）施工中每台班抗压、抗折试块各留 1 组到 2 组， 并与桥面同条件养护。对钢纤维混凝土试块进行强度统计分析， 其 28 天抗压强度在 41.2M Pa～ 55.3M Pa 范围内， 28 天平均抗压强度为47.1M Pa， 均大于設计的28 天抗压强度40.0M Pa。28 天抗折强度在 6.47M Pa～ 8.51M Pa 范围内， 28 天平均抗折强度为7.4M Pa， 均大于设计的 28 天抗折强度5.5M Pa。符合混凝土强度评定标准， 合格率为100%。随机抽出7 组钢纤维混凝土试块试验结果列于表 2， 由表 2 试验结果可见， 与普通混凝土相比，钢纤维混凝土抗压强度提高了， 但增长不显著， 而抗折强度增长明显， 抗折强度提高了17%～ 54%。由此可见， 钢纤维混凝土具有更高的抗拉性、抗裂性。 4.4SFRC 施工工艺：
4.4.1旧桥面凿除： 为了使凿除旧桥面铺装层时不破坏原桥梁结构， 应先用人工小心凿出小部分铺装层， 并与竣工图核对， 确定原铺装层厚度， 并在风镐上标注记号， 避免凿入过深， 破坏梁结构。旧铺装层凿除完毕后， 用人工进行地毯式清凿， 并冲洗干净。
4.4.2钢筋网的安装： 按半幅施工。钢筋网采用12 螺蚊钢， 间距为 15cm×15cm。为确保钢筋网位置准确不沉底， 在中线位置用两根5cm×10cm槽钢用于支撑钢筋， 其他部分用钢筋凳支撑， 每平方米不少于 5 个支撑点， 钢筋焊接牢固， 并控制好钢筋网标高， 保证纵、横坡顺直。浇筑另半幅铺装层时， 将槽钢拆除。
4.4.3钢纤维混凝土搅拌： 在拌和料中加入的钢纤维应充分分散均匀， 才能在混凝土中起到增强作用， 如果加入的钢纤维分散不均匀， 将使混凝土缺少钢纤维处或钢纤维结团处， 不仅没有增强作用， 还会引起局部强度削弱。因此， 为了使钢纤维在混凝土中分布均匀、不结团， 必须控制好投料顺序、搅拌方法和时间， 保证钢纤维混凝土质量。
（1）宜使用强制式搅拌机， 宜采用先干拌后湿拌的方法， 根据搅拌机容量和施工配合比确定一次搅拌量， 为避免超载， 一次搅拌量不宜大于搅拌机额定搅拌量的 80%。正式浇筑前进行试拌， 鉴定拌和质量合格后， 才正式开工。
（2）投料顺序为 砂→粗集料→水泥→钢纤维干拌2min→加水和减水剂湿拌1min→出料。投放钢纤维时， 要抖散开， 切不可成堆倒入拌和机内。严格控制拌和时间， 不可太短。出料时要检查拌和物中钢纤维是否均匀分散， 有无粘团和集结现象， 不合格拌和料不使用。
4.4.4浇筑： 在桥梁伸缩缝之间为一个连续施工区段， 在连续施工区段内的钢纤维混凝土必须连续浇筑。稠度相同的钢纤维混凝土看起来比普通混凝土干涩， 但经振捣后仍表现为较好和易性， 因而严禁在浇筑时往拌和料中加水。
SFRC工艺。
（1）摊铺： 用机翻车运输至指定地点，用人工将拌和料大致铺整平， 摊铺系数按 1.2～1.3 控制，在摊铺过程中如有结团现象， 及时用人工撕开抖散或剔除。为了避免拌和料离折，拌和料从搅拌机卸出到浇筑完毕所用时间不超过30min。
（2）振捣压实： 钢纤维混凝土拌和料振捣密实，要比普通水泥混凝土拌和料振捣密实所消耗能量大， 振捣时间长，但也不能过振， 振捣时间过长， 也会引起钢纤维下沉， 使其结构上层与下层钢纤维分布密度不均匀。先用插入式振动器沿模板边沿振捣， 再用平板振动器振捣密实， 最后用梁式振动器振捣整平， 先用表面带凸棱的金属圆滚筒将竖起钢纤维及浮在面上的钢纤维和石子压下去， 然后用金属圆滚筒将表面滚压平整。待混凝土表面无泌水时， 用金属抹刀抹平。为使其与沥青面层有良好结合， 在混凝土初凝前， 将表面进行刷毛处理。
（3）养护： 由于 SFRC 早期强度较高， 故应加强早期湿润养护， 为确保与沥青结合面的清洁， 采用自来水养护，不覆盖草袋、砂等覆盖物， 为防止气温过高， 水分蒸发过快， 采用塑料薄膜覆盖湿养。
5. 结束语
（1）桥面铺装层混凝土掺入钢纤维后，能较大地提高其抗拉强度，从而显著地增强了桥面铺装层混凝土的抗裂性能。
（2）桥面铺装层混凝土掺入钢纤维后， 钢纤维所形成的三维乱向支撑作用降低了混凝土表面的泌水与集料的离析，减少了混凝土的孔隙率，并且减少了桥面混凝土的收缩裂缝，因而极大地提高了桥面铺装层混凝土的抗渗性能。
（3）桥面铺装层混凝土是汽车活载冲击作用的直接承担者，在其中掺入钢纤维后极大地提高了桥面铺装层混凝土抗冲击能力。
（4）桥面铺装层混凝土中掺入钢纤维后，随着其抗裂、抗渗和抗冲击性能的提高，桥面铺装层混凝土的耐久性也得到改善。
（5）实践证明钢纤维钢筋混凝土桥面铺装层比普通钢筋混凝土桥面铺装具有更高的强度和抗裂性， 虽然造价比普通混凝土高， 一次性投资较大， 但后期維护费用少， 在经济条件允许下，可作为桥面铺装层的首选材料。
参考文献
［1］袁勇，邵晓芸.合成纤维增强混凝土的发展前景［J］.混凝土，2000（9）：3～7.
［2］钢纤维混凝土结构设计与施工规程， 中国计划出版社， 1996.
［3］赵国藩、彭少民、黄承逵等，钢纤维混凝土结构，中国建筑工业出版社，1999.
【关键词】桥面铺装混凝土；钢纤维；工程应用
1. 前言
随着我国经济的快速发展，交通流量日益增长，桥梁工程中桥面铺装层混凝土过早地出现裂缝，由于渗水及车辆的反复作用，日积月累，桥面铺装层混凝土遭受严重破坏，这直接危及梁体正常功能的使用，甚至导致梁体毁坏，影响交通安全。对桥面铺装层的裂缝要及时、有效地进行维护， 以保证行车安全和桥梁使用寿命。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短纤维所形成的一种新型建筑材料（简称SFRC）， 它能显著提高混凝土的抗拉、抗剪、抗折强度和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震及裂后延性等性能，因此钢纤维在现代桥梁的桥面铺装层混凝土中的应因而用日益得到重视和推广。
2. 钢纤维混凝土的基本性能
（1）钢纤维混凝土的抗压强度和早期抗压强度均比普通混凝土有所提高。钢纤维掺量为30～90Kg/m3时比25～50号普通混凝土强度提高5%～20%左右；钢纤维混凝土的弯拉强度比普通混凝土提高约20%～50%。钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度比普通混凝土提高20%～40%左右。钢纤维混凝土的耐磨性能比普通混凝土提高约40%。与普通混凝土一样，随着混凝土标号的提高，钢纤维混凝土的耐磨性能也随之提高，随着钢纤维掺量的增加，混凝土的磨损率有所降低，耐磨性能有所增强。
（2）钢纤维水泥砂浆试板掺量为30Kg/m3，，其裂缝长度为基准试板的58%，其收缩裂缝总量为基准试板的38%。相同水灰比的水泥砂浆内，掺30、45、60、75、90Kg/m3耐钢纤维的水泥砂浆的收缩裂缝总量与基准砂浆收缩裂缝总量之比数据分析可知：水泥砂浆的裂缝总量随着钢纤维掺量的增加而减少。
（3）钢纤维混凝土在冲击荷载作用下的抗裂性能随钢纤维掺量增加而提高，与普通混凝土相比，其冲击抗裂性能可提高3～4倍。
3. 工程实例
保阜高速是连接晋冀交通的主干道之一， 交通繁忙， 随着重型车流量增多， 桥面铺装层产生许多裂缝， 北流河大桥桥面破坏尤其严重， 曾采用沥青罩面进行维护， 可是经过一段时间使用后， 又出现了裂缝、坑洞等病害。2010 年北流河大桥桥面铺装层进行改造， 凿除旧桥面铺装层， 采用钢纤维钢筋混凝土+沥青混凝土作为桥面铺装层。
4. 钢纤维钢筋混凝土在北流河大桥桥面铺装层中的应用
4.1铺装层结构设计： 4～14cm 钢纤维混凝土+7cm 沥青混凝土。钢纤维混凝土设计强度等级为C40、抗折5.5MPa。
4.2材料： 控制好原材料质量， 才能保证钢纤维混凝土质量。
（1）钢纤维： 钢纤维表面应洁净无锈。选用石家庄开华纤维厂生产的铣削异型钢纤维， 长 30mm， 长径比为 40～ 70， 其抗拉强度≥380Nmm ， 刚度较大， 散落性好， 搅拌时较均匀， 与基体的粘结性能良好， 增强效果佳。
（2）水泥： 选用太行山牌Po525#普通硅酸盐水泥。经检验， 其28天抗压强度为64.5MPa， 抗折强度为8.9M Pa， 安全性、细度、凝结时间等指标均符合规范要求。
（3）粗集料： 在各种不同纤维率下， 粗骨料粒径对抗折强度的影响的试验表明， 当粗骨料粒径为纤维度的 12 时， 所获得的增强效果最佳， 因而粗骨料粒径不应大于20mm， 选用5～ 20mm花岗岩碎石。我们对粗集料的要求较高， 到石料场加工定货， 其规格要求在 5～ 20mm 内， 不能超标。经抽样检测， 其含泥量为0.1%； 针片状含量为 8.2%； 压碎值为 10.6%， 均符合规范要求。
（4） 细集料： 选用大沙河中砂。经抽样检测， 其含泥量为0.2%， 符合混凝土用砂标准。
（5）水： 不得采用河水， 选用深井水。
（6）外加剂： 当将钢纤维掺到混凝土拌合料中时， 随着纤维率的提高， 其稠度显著降低。为了得到所需稠度， 增加单位用水量影响钢纤维混凝土强度质量， 因而使用优质减水剂是有效途径。同时为了提高混凝土早期强度， 提早开放交通， 采用山西黄腾 高效减水剂， 经试验其减水率达20%，混凝土7天抗压强度提高 28%， 为提早开放交通提供了有利条件。
4.3SFRC 配合比设计。
（1）用在桥面铺装层的钢纤维混凝土配合比设计， 应满足设计要求的抗压强度、抗折强度要求， 同时要满足施工要求的均匀性、和易性、经济性要求。钢纤维掺量宜在 1%～ 2%范围内。每立方米水泥用量宜为 360Kg～ 450Kg， 最大不超过500Kg。经几种配合比方案比较， 选用的配合比见表1。与普通混凝土相比， 钢纤维混凝土的含砂率较高， 水泥用量较大。
（2）施工中每台班抗压、抗折试块各留 1 组到 2 组， 并与桥面同条件养护。对钢纤维混凝土试块进行强度统计分析， 其 28 天抗压强度在 41.2M Pa～ 55.3M Pa 范围内， 28 天平均抗压强度为47.1M Pa， 均大于設计的28 天抗压强度40.0M Pa。28 天抗折强度在 6.47M Pa～ 8.51M Pa 范围内， 28 天平均抗折强度为7.4M Pa， 均大于设计的 28 天抗折强度5.5M Pa。符合混凝土强度评定标准， 合格率为100%。随机抽出7 组钢纤维混凝土试块试验结果列于表 2， 由表 2 试验结果可见， 与普通混凝土相比，钢纤维混凝土抗压强度提高了， 但增长不显著， 而抗折强度增长明显， 抗折强度提高了17%～ 54%。由此可见， 钢纤维混凝土具有更高的抗拉性、抗裂性。 4.4SFRC 施工工艺：
4.4.1旧桥面凿除： 为了使凿除旧桥面铺装层时不破坏原桥梁结构， 应先用人工小心凿出小部分铺装层， 并与竣工图核对， 确定原铺装层厚度， 并在风镐上标注记号， 避免凿入过深， 破坏梁结构。旧铺装层凿除完毕后， 用人工进行地毯式清凿， 并冲洗干净。
4.4.2钢筋网的安装： 按半幅施工。钢筋网采用12 螺蚊钢， 间距为 15cm×15cm。为确保钢筋网位置准确不沉底， 在中线位置用两根5cm×10cm槽钢用于支撑钢筋， 其他部分用钢筋凳支撑， 每平方米不少于 5 个支撑点， 钢筋焊接牢固， 并控制好钢筋网标高， 保证纵、横坡顺直。浇筑另半幅铺装层时， 将槽钢拆除。
4.4.3钢纤维混凝土搅拌： 在拌和料中加入的钢纤维应充分分散均匀， 才能在混凝土中起到增强作用， 如果加入的钢纤维分散不均匀， 将使混凝土缺少钢纤维处或钢纤维结团处， 不仅没有增强作用， 还会引起局部强度削弱。因此， 为了使钢纤维在混凝土中分布均匀、不结团， 必须控制好投料顺序、搅拌方法和时间， 保证钢纤维混凝土质量。
（1）宜使用强制式搅拌机， 宜采用先干拌后湿拌的方法， 根据搅拌机容量和施工配合比确定一次搅拌量， 为避免超载， 一次搅拌量不宜大于搅拌机额定搅拌量的 80%。正式浇筑前进行试拌， 鉴定拌和质量合格后， 才正式开工。
（2）投料顺序为 砂→粗集料→水泥→钢纤维干拌2min→加水和减水剂湿拌1min→出料。投放钢纤维时， 要抖散开， 切不可成堆倒入拌和机内。严格控制拌和时间， 不可太短。出料时要检查拌和物中钢纤维是否均匀分散， 有无粘团和集结现象， 不合格拌和料不使用。
4.4.4浇筑： 在桥梁伸缩缝之间为一个连续施工区段， 在连续施工区段内的钢纤维混凝土必须连续浇筑。稠度相同的钢纤维混凝土看起来比普通混凝土干涩， 但经振捣后仍表现为较好和易性， 因而严禁在浇筑时往拌和料中加水。
SFRC工艺。
（1）摊铺： 用机翻车运输至指定地点，用人工将拌和料大致铺整平， 摊铺系数按 1.2～1.3 控制，在摊铺过程中如有结团现象， 及时用人工撕开抖散或剔除。为了避免拌和料离折，拌和料从搅拌机卸出到浇筑完毕所用时间不超过30min。
（2）振捣压实： 钢纤维混凝土拌和料振捣密实，要比普通水泥混凝土拌和料振捣密实所消耗能量大， 振捣时间长，但也不能过振， 振捣时间过长， 也会引起钢纤维下沉， 使其结构上层与下层钢纤维分布密度不均匀。先用插入式振动器沿模板边沿振捣， 再用平板振动器振捣密实， 最后用梁式振动器振捣整平， 先用表面带凸棱的金属圆滚筒将竖起钢纤维及浮在面上的钢纤维和石子压下去， 然后用金属圆滚筒将表面滚压平整。待混凝土表面无泌水时， 用金属抹刀抹平。为使其与沥青面层有良好结合， 在混凝土初凝前， 将表面进行刷毛处理。
（3）养护： 由于 SFRC 早期强度较高， 故应加强早期湿润养护， 为确保与沥青结合面的清洁， 采用自来水养护，不覆盖草袋、砂等覆盖物， 为防止气温过高， 水分蒸发过快， 采用塑料薄膜覆盖湿养。
5. 结束语
（1）桥面铺装层混凝土掺入钢纤维后，能较大地提高其抗拉强度，从而显著地增强了桥面铺装层混凝土的抗裂性能。
（2）桥面铺装层混凝土掺入钢纤维后， 钢纤维所形成的三维乱向支撑作用降低了混凝土表面的泌水与集料的离析，减少了混凝土的孔隙率，并且减少了桥面混凝土的收缩裂缝，因而极大地提高了桥面铺装层混凝土的抗渗性能。
（3）桥面铺装层混凝土是汽车活载冲击作用的直接承担者，在其中掺入钢纤维后极大地提高了桥面铺装层混凝土抗冲击能力。
（4）桥面铺装层混凝土中掺入钢纤维后，随着其抗裂、抗渗和抗冲击性能的提高，桥面铺装层混凝土的耐久性也得到改善。
（5）实践证明钢纤维钢筋混凝土桥面铺装层比普通钢筋混凝土桥面铺装具有更高的强度和抗裂性， 虽然造价比普通混凝土高， 一次性投资较大， 但后期維护费用少， 在经济条件允许下，可作为桥面铺装层的首选材料。
参考文献
［1］袁勇，邵晓芸.合成纤维增强混凝土的发展前景［J］.混凝土，2000（9）：3～7.
［2］钢纤维混凝土结构设计与施工规程， 中国计划出版社， 1996.
［3］赵国藩、彭少民、黄承逵等，钢纤维混凝土结构，中国建筑工业出版社，1999.