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钢纤维砂浆及特点

钢纤维砂浆是一种由水泥、粗集料、细集料和随机分布的钢纤维掺配而成一种新型高强复合材料。钢纤维砂浆中随机分布的短钢纤维主要作用是阻碍砂浆内部微裂缝的扩展并阻滞宏观裂缝的发生和发展,提高整个复合材料的抗裂性。同时由于砂浆与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结力,因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的纤维体上,使钢纤维砂浆作为一个均匀整体抵抗外力作用,显著提高了砂浆原有的抗拉、抗弯和断裂延伸率,特别是提高了砂浆的抗冲击性和耐久性,能有效控制路面裂缝,延长使用寿命,经济效果显著。加大缩缝间距,减少缩缝养护成本,提高行车舒适性。钢纤维砂浆面层厚度可比普通砂浆减少30%~50%,有效缩短施工工期。早期强度高,对桥面修复改建可提前开放交通。

钢纤维的类型及特征参数

钢纤维按材质分,有普通碳钢钢纤维和不锈钢钢纤维,其中以普通碳钢钢纤维用量居多;按外形分有长直形、压痕形、波浪形、弯钩形、大头形、扭曲形;按截面形状分有圆形、矩形、月牙形及不规则形;按生产工艺分有切断型、剪切型、铣削型及熔抽型;按施工用途分有浇筑用钢纤维和喷射用钢纤维;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。

钢纤维砂浆的基本性能

钢纤维砂浆中乱向分布的短纤维主要作用是阻碍砂浆内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展。在受荷(拉、弯)初期,水泥基料与纤维共同承受外力,当砂浆开裂后,横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。因此钢纤维砂浆与普通砂浆相比具有一系列优越的物理和力学性能。强度和重量比值增大这是钢纤维砂浆具有优越经济性的重要标志。具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度,在砂浆中掺入适量钢纤维,其抗拉强度提高25%,50%,抗弯强度提高40%,80%,抗剪强度提高50%,100%。

具有卓越的抗冲击性能

材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能,称为冲击韧性,在通常的纤维掺量下,冲击抗压韧性可提高2,7倍,冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。收缩性能明显改善,在通常的纤维掺量下,钢纤维砂浆较普通砂浆的收缩值降低7%,9%。

耐久性能显著提高

钢纤维砂浆除抗渗性能与普通砂浆相比没有明显变化外,由于钢纤维砂浆抗裂性、整体性好,因而耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。掺有1.5%的钢纤维砂浆经150次冻融循环,其抗压和抗弯强度下降约20%,而其他条件相同的普通砂浆却下降60%以上,经过200次冻融循环,钢纤维砂浆试件仍保持完好。掺量为1%、强度等级为C35的钢纤维砂浆耐磨损失比普通砂浆降低30%。掺有2%钢纤维高强砂浆抗气蚀能力较其他条件相同的高强砂浆提高1.4倍。钢纤维砂浆在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性,暴露在污水和海水中5年后的试件碳化深度小于5mm,只有表层的钢纤维产生锈斑,内部钢纤维未锈蚀,不像普通钢筋砂浆中钢筋锈蚀后,锈蚀层体积膨胀而将砂浆胀裂。

技术参数

性能指标 钢纤维砂浆
流动度(mm) ≥ 300
30min流动度(mm) ≥ 220
泌水率(%) 0
抗压强度(MPa) 2h ≥ 15
28d ≥ 70
56d 不低于 28d 试验结果
90d 不低于 56d 试验结果
抗折强度(MPa) 24h ≥ 10
弹性模量(Gpa) 28d ≥ 30
28d自由膨胀率(%) 0.02 ~ 0.1
施工工艺

基层处理:

在桥梁伸缩缝锚固端钢纤维砂浆浇筑前,先用机械凿除半幅砂浆桥梁面层,再人工配合清除旧基层,最后用高压水枪冲洗粉渣;对桥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。

钢纤维砂浆搅拌及运输

钢纤维砂浆的拌和应严格控制纤维分布均匀,以不结团为原则,对钢纤维砂浆进行试拌、确定最佳拌和时间。用滚筒式搅拌机拌和,其每斗搅拌量不大于搅拌机定额量的70%,采用先干后湿的拌和工艺,按照二次投料三次拌和程序,先将钢纤维干拌60s,使钢纤维分散,其次将砂浆加入再干拌45s后,直接注水再湿拌90s。各种材料用量必须严格计量,保证砂浆的配比准确。控制拌和时间,总拌和时间不超过6min,否则将引起钢纤维结团。在砂浆运输过程中,通常采用手扶拖拉机,要求运距不宜过长,保证砂浆不发生离析现象。

钢纤维砂浆的浇筑、养生

针对桥面铺装半幅施工的特点,对桥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。钢纤维砂浆的摊铺和振捣是施工的重要环节,直接影响钢纤维砂浆的整体性和致密性,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:

钢纤维砂浆经人工摊铺整平,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,应振至砂浆混合料泛浆,不明显下降,不冒气泡,表面均匀为度。

砂浆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。

待砂浆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。

当钢纤维砂浆强度达25%~30%时,进行切缝,切缝深度3cm,缩缝间距8m。

钢纤维砂浆早期强度高,终凝后应及时采取湿法养护,麻袋覆盖洒水养护,养生期12~14d,待强度测试达设计要求时开放交通。

施工质量控制

施工前对各种原材料进行检查。在施工过程中,应检查钢纤维砂浆的配合比是否符合设计要求,尤其是对钢纤维砂浆搅拌时的投料顺序、拌和时间,以及钢纤维砂浆浇筑过程中摊铺和振捣质量进行有效控制,确保钢纤维在砂浆中分布均匀,达到良好的力学性能。按施工规范要求对每一工作日浇筑的砂浆制作抗压和抗折试件。与普通砂浆一样,钢纤维砂浆也应加强早期养护。

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