张涛

中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北430056

摘要：纤维混凝土使一种性能优良且广泛应用的新型复合材料。由于纤维阻滞基体混凝土裂缝的开展，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性有较大改善。国内外对纤维混凝土的力学和结构性能做了大量研究，并广泛应用于公路、桥梁面板中。本文主要阐述不同纤维掺入混凝土后在路面工程中的应用，并对纤维混凝土路面的发展进行了展望。

关键词：混凝土路面；钢纤维；聚丙烯纤维

1 前言

水泥混凝土路面具有刚度大，扩散荷载能力强等优点，但是随着公路交通的发展、交通量的增大，运输荷载的不断增大，水泥混凝土日益显示其弱点和不足。由于混凝土的抗弯拉强度低、耐磨耗性能差等缺点，使其在未达到寿命期就已出现了各种不同类型的损坏。目前加强混凝土及沥青混凝土路面，改善混凝土路面的使用品质，延长路面的使用寿命，提高投资效益是面临的重要课题。

为了进一步提高水泥混凝土的耐久性和强度，改善其使用性能。近年来，采用纤维混凝土作为面层材料，引起了国内外工程界的重视。试验和应用表明，纤维混凝土比水泥混凝土有着优良的抗拉、抗弯、抗裂、抗冲击、抗收缩、韧性好等一系列力学性能，因此，在各工程中得到广泛的应用，并取得良好的效果。

2 增d 强机理

在混凝土中掺入纤维是公认的改善混凝土脆性的有效方法，纤维的阻裂增韧效应能有效降低塑性裂缝和内部微裂隙的数量和尺度，提高混凝土材料介质的连续性，改善混凝土的综合性能。通过在混凝土中掺加纤维，可以提高混凝土的抗拉、抗弯和抗剪强度[1]，增加混凝土的韧性[2]、抗冲击[3]和疲劳性能[4]，改善混凝土的抗裂性[5]，抗冻性[6]及耐磨性[7]等。将纤维混凝土作为路面铺装材料时，可以实现：（1）在特大交通量条件下,能够延长或保证水泥混凝土路面使用寿命；（2）在特重、重轴载条件下,可以实现较经济且较薄的面板结构厚度。

3 纤维混凝土路面

3.1 钢纤维混凝土路面

钢纤维混凝土是在普通水泥混凝土中掺配一定数的短而细的钢纤维所组成的复合型材料，其钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的产生与扩展，从而具有良好的抗折、抗冲击、抗疲劳及抗磨性能。钢纤维混凝土的性能受到水泥品种、砂率、粗骨料最大粒径、钢纤维种类和掺量、掺和料等因素的影响，其中钢纤维类型、钢纤维掺量和钢纤维长径比是影响钢纤维混凝土性能的主要因素。

钢纤维混凝土路面可分为单层式钢纤维混凝土路面、复合式钢纤维混凝土路面和碾压式钢纤维混凝土路面3 种。（1）单层式钢纤维混凝土路面。单层式钢纤维混凝土路面是指路面板全断面均采用钢纤维混凝土浇筑而成。该种路面的厚度约为同类水泥混凝土路面的厚度的50%-60%，钢纤维的体积率一般为0.8%-1.5%。（2）复合式钢纤维混凝土路面。为了充分发挥钢纤维混凝土优良的抗弯拉、抗疲劳性能和韧性,根据路面板的受力状况,将钢纤维混凝土配置在路面板的受拉区,在路面板的上部为普通混凝土,由此复合而成的路面成为双层复合式路面。（3）碾压式钢纤维混凝土路面。碾压式钢纤维混凝土路面是在碾压混凝土路面基础上发展起来的,它是利用震动、碾压机械对拌和而成的干硬性钢纤维混凝土实行强制性碾压而成的一种路面。虽然钢纤维混凝土路面具有良好的性能，但是也存在不足，从而阻碍了钢纤维混凝土金属腐蚀是影响其功能的根源，它增加了混凝土的导电性，因而助长了电化学腐蚀；钢纤维作为金属材料，与混凝土具有不相融性，使其与混凝土混合后粘附性能较差，握裹力低；另外由于金属的磨损系数小于混凝士，使得钢纤维混凝土路面产生后期效应-“凸尖现象”,对车轮的磨损非常不利。

3.2 合成纤维混凝土路面

合成纤维是继钢纤维混凝土后发展起来的纤维混凝土。由于其是惰性材__________料，不受混凝士碱性环境影响而衰变，同时它还具有高强度、高弯曲弹性、高延伸率、高取向性、易拌和等路用性能。尤其是在纤维混凝土路面应用中，完全克服了钢纤维混凝土路面出现的“腐蚀锈”、“凸尖”等路面现象。目前应用较多的合成纤维主要有聚丙烯纤维。

聚丙烯纤维作为混凝土的掺合料被世界上很多国家所接受。聚丙烯材料是一种居玻璃和尼伦之间的中性材料，其抗拉强度根据不同的工艺过程，通常可达到300-800MPa。虽比玻璃纤维低，但经过特殊工艺成形的聚丙烯纤维，可以与钢纤维相媲美(钢纤维抗拉强度为600MPa 左右)，其抗拉强度已达到了纤维混凝土要求的最佳强度，同时也避免了玻璃纤维极脆易断的弊端。聚丙烯纤维适合于公路水泥混凝土路面、机场跑道、桥涵等多种混凝土工程的加强。

在路面工程中，应优先使用网状纤维。因为单丝纤维多适用于石、骨料直径小于10mm 的砂浆混合料中，在大骨料的混凝土中,由于砂石的搅拌、碰撞间隙过大，使得单丝纤维不易分散。而网状纤维成片状体，很容易被拌和，分散形成初步的均匀分布(第一次分布)；搅拌中期，每片纤维被骨料冲击展开成网状，且每根网丝都裹着水泥;随着搅拌，裹着水泥的加重网丝被撕开，最终完成单丝状纤维的均匀分布(第二次分布)。此“二次分布法”确保了纤维能在混凝土中的绝对分布均匀。

纤维网用于桥面或桥面铺装层，可有效地控制和减少收缩性和桥面震动引起的裂缝以及延缓结构性裂缝，提高桥面的防水性能，延缓和减少钢筋的锈蚀而延长桥结构的使用寿命。纤维网用于旧混凝土路面上的加铺，虽然纤维价格较贵，但可节约大量圬工体积，相应也节约了工程总造价。与金属网、钢纤维相比较，又具有无磁、防锈、防碱等优点。

4纤维混凝土路面的展望

4.1 混杂纤维混凝土

单掺纤维难以全面解决混凝土存在的问题。如低弹模纤维可有效限制早期混凝土中原生裂缝发生和发展，但对提高硬化后混凝土的力学性能则作用不大。高弹模纤维，如钢纤维，则可以有效地提高混凝土硬化后的性能，但对混凝土在塑性阶段的裂缝控制效果不明显。将多种纤维同时掺入混凝土中，从不同层次上改善纤维三维分布的均衡性及集料与纤维的协调作用，提高增强效率，充分挖掘材料性能，促进混杂纤维混凝土的开发与应用。

4.2 高强及超高强纤维混凝土

路面材料的耐磨性能影响路面的使用寿命，纤维混凝土路面的基体混凝土的强度决定纤维混凝土的耐磨性能，因此采用高强及超高强混凝土是改善路面耐磨性能，延长纤维混凝土路面的使用寿命的重要途径。

参考文献：

[1] Lee H H. Shear strength and behavior of steel fiber reinforced concrete columns under seismic loading [J]. Engineering structures, 2007, 29(7): 1253-1262.

[2] M. Taylor, F. D. Lydon, B. I. G. Barr. Toughness measurements on steel fibre-

reinforced high strength concrete [J]. Cement and Concrete Composites, 1997, 19

(4): 329-340.

[3] Khaled Marar, Ozgur Eren, Tahir C?elik Relationship between impact energy

and compression toughness energy of high-strength fiber-reinforced concrete [J]..

Materials Letters, 2001, 47(4-5): 297 304.

[4] Paulo B Cachim, Joaquim A Figueiras, Paulo A.A. Pereira Fatigue behavior

of fiber -reinforced concrete in compression [J]. Cement and Concrete Composites,

2002, 24(2): 211-217.

[5]施钟毅,林贤熊,陆善后,樊钧.钢纤维增强砂浆和混凝土抗裂性能试验

研究[J].建筑材料学报,1998,1(3):239-244.

[6] 杨宇林. 纤维混凝土复合材料耐久性能研究综述[J]. 混凝土,2012,2:

78-80.

[7]秦鸿根,孙伟.钢纤维混凝土耐磨特性及机理分析[J].混凝土与水泥制品, 1993,4:10-13.