普通混凝土路面与钢纤维混凝土路面的比较分析

1 普通混凝土面层与钢纤维混凝土面层优缺点分析

普通混凝土面层具有强度高, 耐久性好, 承载能力强、耐磨性高等优点, 其缺点是脆性大、易开裂、抗温性差, 路面板块容易受弯折而产生断裂, 所以就要求路面面板应有足够的抗弯、抗拉强度和厚度。而钢纤维混凝土面层与普通混凝土相比, 由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的产生, 不但具有普通混凝土的优良性能, 而且具有良好的抗折、抗冲击、抗疲劳以及收缩率小、韧性好、耐磨耗能力强等特性, 其抗拉、抗弯、抗裂及耐磨、耐冲击、耐疲劳、韧性等性能都有显著提高, 它不仅可使面层减薄, 缩缝间距加大, 改善路面的使用性能, 延长路面使用寿命, 而且还可缩短施工工期。其缺点为施工工艺较复杂, 对混凝土拌合设备要求较高、其单位工程造价比普通混凝土略高。

2 使用情况对比分析

普通混凝土可适用于各级公路路面面层, 在公路设计、施工中最为常见。除沥青混凝土外, 也是现阶段使用频率最多的路面结构类型。具有造价较低、技术成熟、应用面广等特点。而钢纤维混凝土路面主要适用于路面标高受限制路段、收费站、混凝土加铺层、桥面铺装及旧水泥混凝土面板的修补等特殊工程。钢纤维混凝土就是在一般普通混凝土中掺配一定数量的短而细的钢纤维所组成的一种新型高强复合材料, 属于路用高新科技材料。现阶段使用率较低, 但其优良的路用性能将使其成为水泥混凝土路面的发展方向。

3 板块划分情况分析

水泥混凝土面层板块的横向接缝间距由路面类型及厚度确定, 普通混凝土面层一般为4m~6m, 而钢纤维混凝土横向接缝间距一般为6m~10m, 最大尺寸不宜大于8m×12m。如钢纤维掺入量较大, 可选用大值, 掺入量较小时选用小值。无论是普通混凝土或钢纤维混凝土, 其面层板长宽一般均不宜超过1.3。钢纤维混凝土可以采用大板块设计, 较普通混凝土面层可以减少横缝数量, 在全幅摊铺施工状态下, 可不设纵向缩缝。从而起到较少面板钢筋用量, 减少工程造价作用。

4 钢纤维在混凝土中的作用机理及面板厚度对比

将钢纤维均匀地分散于基体混凝土中 (与混凝土一起搅拌) , 并通过分散的钢纤维, 减小因荷载在基体混凝土引起的细裂缝端部的应力集中, 从而控制混凝土裂缝的扩展, 提高整个复合材料的抗裂性。同时由于混凝土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、延伸率高的纤维上面, 使钢纤维混凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用, 显著提高了混凝土原有的抗拉、抗弯强度和断裂延伸率。特别是提高了混凝土的韧性和抗冲击性。可有效减小设计水泥混凝土面板厚度。钢纤维混凝土就是在一般普通混凝土中掺配一定数量的短而细的钢纤维所组成的一种新型高强复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的产生, 不但具有普通混凝土的优良性能, 而且具有良好的抗折、抗冲击、抗疲劳以及收缩率小、韧性好、耐磨耗能力强等特性。可使路面厚度减薄50%以上, 缩缝间距可增至15m~30m, 不用设胀缝和纵缝。

钢纤维加铺层厚度仅为相应加铺方式设计加铺层的0.65~0.75。如采用分离式加铺方式, 28cm普通水泥混凝土面板为设计加铺层厚度。改用钢纤维混凝土结构时, 当钢纤维掺入量为0.8% (体积率) , 路面厚度折减系数为0.7, 其加铺层钢纤维混凝土面板厚度仅为20cm。设计特重、重交通路面结构时, 钢纤维混凝土最小厚度为16cm。

5 工程造价分析

根据实际情况计算, 在特重、重交通状况下, 28cm水泥混凝土面层每平方米预算价格约为103元 (不包括钢筋) 。如采用20cm钢纤维混凝土面板, 则每平方米预算价格约为148元 (钢纤维掺入量暂定为0.6%, 钢纤维单价按5500元/吨计算) 。

6 社会综合效益分析

从经济和社会效益分析, 钢纤维混凝土路面与普通水泥混凝土路面相比, 其特点如下。

(1) 面层厚度可减薄至1/2以上, 使施工工期缩短, 因此节约原材料及减少工程量后所带来的一切费用。

(2) 路面使用寿命延长因此而节省的费用。

(3) 减少缩缝带来的材料、人工等所节省的费用;5节省养护、减少时间延误及维修费用;除此以外, 还有路面质量好, 接缝少, 延长车辆使用寿命等费用。综合分析, 对于旧混凝土路面, 若采用钢纤维混凝土进行罩面修复, 则一次性投资的费用比挖掉重建混凝土路面要节省许多。同样, 从一次性投资、使用年限、维修费用、资金的时间价值来全面评价钢纤维混凝土路面工程的经济效益, 与新铺沥青混凝土路面评价综合效益, 钢纤维混凝土路面虽一次性投资较前者高, 但从其维修费用、使用年限的不同考虑, 以及和资金的时间效益, 用年成本法计算其等值年金, 结果表明钢纤维混凝土路面每年支出的费用比沥青混凝土路面要低35%。采用钢纤维混凝土路面不但可使钢纤维混凝土的质量及其增强效果得到保证, 而且还可提前开放交通, 具有显著的经济效益和社会效益。

7 结语

钢纤维混凝土自以来, 已在公路路面、桥面、机场跑道等工程中得到广泛应用, 同时也取得了一定的经济效益和社会效益。与普通水泥混凝土相比, 它除了具有良好的抗弯强度外, 而且还具有优异的抗冲击、抗开裂性能。随着新技术、新工艺、新材料等逐步推广, 钢纤维混凝土在不远的将来必将取代普通水泥混凝土, 成为水泥混凝土路面结构的主流趋势。

摘要：钢纤维混凝土的高强度、耐久性好等显著优点, 使其在高等级公路、大跨度桥梁、隧道等工程应用中具有巨大的技术经济优势和突出的社会效益, 正成为现代混凝土的一个重要发展方向。本文主要介绍公路工程方面钢纤维混凝土与普通混凝土的特性及应用分析。

关键词：普通混凝土路面,钢纤维混凝土路面,比较分析

参考文献

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