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绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇钢纤维混凝土技术论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
中图分类号：TU37文献标识码： A
钢纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复合材料，是当今世界各国普遍采用的混凝土增强材料。它具有抗裂、抗冲击性能强、耐磨强度高、与水泥亲合性好，可增加构件强度，延长使用寿命等优点。由于优异的力学性能、化学稳定性、轻质高强、施工方便快捷、省力节时、施工工序简单、施工质量易于保证，而且进度快、工期短、补强后不改变结构外形，不显露补强痕迹，以及工程造价低等优点而被广泛应用。
⑴ 钢纤维混凝土的特性
① 力学强度
根据各国钢纤维混凝土资料分析,钢纤维对提高混凝土的抗压强度不显著,统计资料表明,钢纤维混凝土抗压强度仅提高了10%左右,但其受压韧性却大幅度提高。这是由于钢纤维的存在,增大了混凝土的压缩变形,提高了破坏时的韧性;试验表明,钢纤维混凝土的劈拉强度、抗剪强度、抗弯强度等均比普通混凝土有大幅度的提高。
② 钢纤维混凝土的韧性及抗裂性能
韧性是在材料受力破坏前吸收能量的性质。抗裂性是指钢纤维在脆性混凝土基体中减少裂缝和阻止裂缝开展的性质。混凝土中掺入钢纤维后,可减少收缩和变型,并且荷载作用时,随着荷载继续增加,超过混凝土所能承受的压力时,应力通过混凝土与钢纤维的粘结力传递给钢纤维,混凝土受到钢纤维的约束作用,限制了新裂缝的发生,推迟了裂缝的扩展,因此钢纤维混凝土具有较好的韧性和抗裂性。
③ 钢纤维混凝土的耐磨性和耐久性
混凝土中掺入钢纤维后,其耐磨性能得到了很大提高。国内采用了标号为C35 和CF35的普通混凝土和钢纤维混凝土5cm×5cm×5cm的试件在国产耐磨机上做等条件磨损试验。结果表明,钢纤维混凝土比普通混凝土的磨损损失降低了30%；钢纤维混凝土的耐腐蚀性、抗冻融性等均较普通混凝土好。
⑵ 钢纤维混凝土的施工技术
① 钢纤维混凝土拌和
为防止钢纤维混凝土在搅拌时纤维结团,在施工时每拌一次为搅拌量的80%。采用滚动式搅拌机拌和,在搅拌混凝土过程中必须保证钢纤维均匀分布。为保证混凝土混合料的搅拌质量,采用先干后湿的拌和工艺。投料顺序及搅拌时间为:粗集料钢纤维(干拌1min) 细集料水泥(干拌1min) ,其中钢纤维在拌和
时分三次加入拌合机中,边拌和边加入钢纤维,再倒入黄砂、水泥,待全部料投入后重拌2min～3min ,最后加足水湿拌1min。总搅拌时间不超过6min ,超搅拌会引起湿纤维结团。按此程序拌出的混合料均匀。若在拌和中,先加入水泥和粗、细集料,后加钢纤维则容易结团,而且纤维团越滚越紧,难以分开,一旦发现有纤维结团,就必须剔除掉,以防影响混凝土的质量。
② 钢纤维混凝土的浇捣
钢纤维混凝土浇捣与普通混凝土一样,浇捣是施工中的重要环节,直接影响钢纤维混凝土的整体性和致密性。不同之处就是其流动性较差,在边角处容易产生蜂窝。因此,边角部分可先用捣棒捣实。边角采用插入式振动器振捣,然后用夯梁板来回整平。
⑶ 钢纤维混凝土在灌区使用前景
河套灌区建筑物主要为小型的农田水利枢纽，包括水闸、桥梁、渡槽、涵洞及泵站等。由于河套灌区属于北方地区，冰冻时间较长，冻深较大，而产生的冻胀破坏，是影响灌区建筑物使用寿命的因素之一。钢纤维混凝土具有良好的韧性、抗裂性等良好的力学性能，可以减轻冻胀破坏对灌区建筑物寿命的影响。
目前，钢纤维混凝土在《黄河内蒙古河套灌区续建配套与节水改造》中的公庙子分干沟扬水站、南二分干沟扬水站中使用，工程项目运行2年，效率良好，混凝土表面并无除险裂缝、剥蚀等破坏现象。
钢纤维混凝土在河套灌区算是新的材料、新工艺，受传统观念的影响，新事物的产生到推广应用需要经历一定的时间。随着工程的进展，相信钢纤维混凝土会得到广泛推广应用的。
参考文献：
[1] 李世恩 申永坚 纤维混凝土在水工建筑物工程中的应用 人江 2002（2）；
[2] 朱胜才 层布式钢纤维混凝土复合路面的应用 山西建筑 2007.22（5）；
[3] 程秀菊.钢纤维混凝土的增强机理及断裂韧性的研究. 河海大学硕士学位论文.2005.3；
[4] 高丹盈,黄承过.钢纤维混凝土的抗压强度.河南科学，1991.9(2):83；
[5] 何华兴.浅谈钢纤维混凝土及其施工应用.科技信息，2008(19):137；
[6] 柯名强.论钢纤维混凝土的性能、施工与应用前景.科技资讯，2008（8）:70；
[论文摘要]钢纤维混凝土是一种新型的复合建筑材料，其物理和力学性能优于普通混凝土，通过介绍钢纤维增强混凝土的基本理论，阐述钢纤维混凝土在多个领域工程中的应用。
钢纤维混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrete，简写为SFRC）是在普通混凝土中掺入适量短钢纤维而形成的可浇筑、可喷射成型的一种新型复合材料。它是近些年来发展起来的一种性能优良且应用广泛的复合材料。其中所掺的钢纤维是用钢质材料加工制成的短纤维，常用的有：切断型钢纤维、剪切型钢纤维、铣削型钢纤维、熔抽型钢纤维等。钢纤维在混凝土中主要是限制混凝土裂缝的扩展，从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度较普通混凝土有显著提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性有较大改善，使原本属于脆性材料的混凝土变成具有一定塑性性能的复合材料。
一、钢纤维增强混凝土的基本理论
（一）复合力学理论
复合力学理论是以连续纤维复合材料理论为基础，结合钢纤维在混凝土中的分布特点形成的。该理论是将复合材料视为以纤维为一相，基体为另一相的两相复合材料。
（二）纤维间距理论。纤维间距理论又称纤维阻裂理论，是1963年由J.P.Romualdi和J.B.Batson提出来的。该理论根据线弹性断裂力学理论解释纤维对裂缝发生和发展的约束作用，认为欲增强混凝土这种本身带内部缺陷的脆性材料的抗拉强度，必须尽可能地减少内部缺陷的尺寸，提高韧性，降低裂缝尖端的应力强度因子、减少裂缝尖端的应力集中作用，故在裂缝处用纤维连接，受拉时跨越裂缝的纤维将荷载传递给裂缝的上下表面，使裂缝处材料仍能继续承载，这样，因裂缝的出现孔边应力集中程度就缓和，随着桥接裂缝纤维数目的增多，纤维间距越小，缓和裂缝尖端应力集中程度越大，对裂缝尖端产生的反向应力场也越大，当纤维数量增加到密布于裂缝时，应力集中就会消失，进一步表明纤维的阻裂效应，即在复合材料结构形成和受力破坏的过程中，有效地提高了复合材料受力前后阻裂引发与扩展的能力，达到钢纤维对混凝土增强与增韧目的。
（三）界面应力传递的剪滞理论。钢纤维混凝土中钢纤维周围的水泥基体结构与自身结构是不相同的，即在钢纤维与基体之间存在着界面层。钢纤维混凝土的性能主要取决于混凝土基体性能、钢纤维含量以及它们之间的界面特性。假定界面是一层厚度可以忽略的薄层，但具有一定的力学性能。当荷载作用于钢纤维混凝土时，荷载一般先施加于低弹性的基体，然后通过纤维-基体的界面，把一部分荷载传递给高弹模的纤维，使纤维和基体共同承担荷载，从而起到增强的作用。
二、钢纤维混凝土的应用
钢纤维混凝土作为一种新型复合材料，以其优良的抗拉、抗弯、阻裂、耐冲击、耐疲劳、高韧性等物理力学性能，目前已被广泛应用于建筑工程、水利工程、公路桥梁工程、公路路面和机场道面工程、铁路公程、管道工程、内河航道工程、防暴工程和维修加固工程等各个专业领域。
（一）水利工程
钢纤维混凝土在水利工程中的应用比较广泛，主要将其用于受高速水流作用以及受力比较复杂的部位，如溢洪道、泄水孔、有压疏水道、消力池、闸底板和水闸、船闸、渡槽、大坝防渗面板及护坡等。这些部位对混凝土材料自身的抗拉强度、抗剪强度以及抗裂性能的要求都比较高，也正发挥了钢纤维混凝土的自身优势。我国在实际工程中应用的有：三峡工程、小浪底水利枢纽工程、三门峡泄水排砂底孔等工程。以上工程都获得了较为满意的效果，并取得了较好的经济效益。
（二）建筑工程。钢纤维混凝土在建筑工程中的影响越来越广泛，一般应用于房屋建筑工程、预制桩工程、框架节点、屋面防水工程、地下防水工程等工程领域中。如抗震框架节点中使用钢纤维混凝土，能代替箍筋满足节点对强度、延性、耗能等方面的要求，而且还能提供类似于箍筋约束混凝土的作用，并解决节点区钢筋挤压使混凝土难于浇注的施工问题；钢纤维混凝土还具有良好的抗裂性，可使构件在标准荷载下处于弹性阶段而不裂，不出现应力的重分布；用钢纤维混凝土制成的自防水预应力屋面板，不仅提高了自防水预应力屋面板的抗裂性能，同时也减少了纵向预应力筋的配筋率，提高了结构的耐久性。钢纤维混凝土在建筑中的应用实例有：福州东方大厦、沈阳市急救中心站综合楼、江苏省丹阳市中医院、辽阳市食品公司办公楼等工程。
（三）道路和桥梁工程。钢纤维混凝在道路和桥梁工程方面，主要广泛应用于路面、桥梁、机场跑道等工程中，包括新建及修补工程。钢纤维混凝土较普通混凝土有较好的韧性，抗冲击、抗疲劳性。它可使面层厚度减少，伸缩缝间距加长，使用性能提高，维修费用减低，寿命延长。面层较普通混凝土可减少30-50%，公路伸缩缝间距可达30-100m，机场跑道的伸缩缝间距可达30m。用于路面及桥面修补时，其罩面厚度仅为3-5cm。在实际工程中有：北京东西环路立交桥、沪杭高速公路成渝公路、大足朱溪大桥、广州解放大桥等工程中都采用了钢纤维混凝土解决工程难题，使用效果较好，经济效益显著。
（四）铁路工程。在铁路工程方面，钢纤维混凝土主要用于预应力钢纤维混凝土铁路轨枕、双块式铁路轨枕及抢修铁路桥面防水保护层中。铁路工程承受较大的荷载、较高的速度和数万次的振动，所以要求混凝土必须具有较高的强度、较高的抗冲击性及较大的塑性。这正好利用了钢纤维混凝土的抗冲击性及较好的塑性。建成的工程有：沈阳铁路局长达线维修工程、柳州铁路局黔桂铁路铺设工程、南昆铁路隧道工程和西安安康铁路椅子山隧道等工程土。钢纤维混凝土的应用，使维修工作量大为减少，并提高了线路的使用寿命，效果良好。
（五）港口及海洋工程。钢纤维混凝土在海洋工程中的使用主要是钢纤维混凝土的腐蚀问题，所以有待进一步研究，但在日本和挪威的使用经验是令人鼓舞的。日本钢铁俱乐部采用钢纤维混凝土作钢管桩防腐层，在海水中浸泡10年，钢纤维混凝土防腐完好，钢管表面无锈蚀，仍有金属光泽。挪威将钢纤维混凝土用于北海海底输气管道的隧道衬砌、Forsmark核电站海底核废料库的支护、海洋平台后张预应力管道孔的封堵以及码头混凝土受海水腐蚀部位的修补等。我国江苏石舀港码头的轨道梁工程中也使用了钢纤维混凝土。
除了上述领域外，还有很多钢纤维混凝土的应用的实例，如承受重级工作制造工业厂房和仓库地面、薄壁蓄水结构、预制板、离心管、污水井、游泳池、耐火混凝土和耐火材料、抗爆结构、各类建筑物和构筑物的修补、补强加固、抗震加固等。
三、结束语
钢纤维混凝土具有普通混凝土不具有的优点，且具有良好的经济效益，其在民用建筑楼地面、公路路面、预制构件水利工程、港口码头、机场跑道和停机坪、桥梁隧道以及各种构筑物等方面的应用前景将是十分广阔的前景。
参考文献：
【关键词】转换层大梁大体积混凝土配制；施工控制
广州某花园4#楼地下室一层，地面30层，建筑面积3.6万m²,在二层进行结构转换；转换层为粱式结构,主要有三种梁规格，即900×3500、1800×2350、10000×2150，混凝土强度等级为C40，设计要求掺12％UEA补偿混凝土收缩，1800×2350粱再掺0.8％钢纤维予于增加抗裂性和抗剪强度，转换大粱几何尺寸大，混凝土标号高、组份多，配制和施工这部分混凝土成为整个主体工程的关键。本文介绍该转换层大粱大体积混凝土的配制与施工。
1 混凝土的配制
1.1 原材料的选择
转换层大粱截面尺寸大，混凝土标号高，单方水泥用量多，水泥水化产生的热量大，容易引起较大的温度梯度。为避免出现温度裂缝，我们对原材料进行优选，同时采用掺粉煤灰和高效碱水剂多掺技术，尽可能降低水泥用量。我们选用的原材料：
1.1.1 水泥：大体积混凝土宜采用低水化热水泥，如矿渣或粉煤灰水泥，但因条件限制，只能选用525#普通硅酸盐水泥。
1.1.2 粉煤灰：火电站I级粉煤灰。此灰具有较好的活性，能替代部分水泥量，同时可改善混凝土可泵性。
1.1.3 钢纤维：在混凝土基体中，钢纤维的破坏是由基体中拨出而不是拉断，因此钢纤维的增强效果与其外观形式、长度、直径、长径比等几何参数有关。长径比大，增强效果好，但纤维太长影响拌合物质量，直径太细易在拌合过程中被弯折，太粗则在同样体积含量时其增强效果差。为此我们用选剪切型直条钢纤维，长度28mm，长径比约6O。
1.1.4 石子：由于转换大粱混凝土量大．需采用泵送施工，同时1800×2350粱为钢纤维混凝土，钢纤维在基体中的分布有沿粗骨料界面取向的趋势，若骨科粒径大而纤维短，钢纤维所起的作用就不明显。因此我们选用0.5-2.0cm碎石。
1.1.5 徽膨胀剂：福州市建科所生产的uEA。
1.l.6 碱水剂：根据施工工艺，转换梁混凝土需采用泵送连续浇捣，拌合物初凝时间要求不早于5小时。为此我们选用福建省建研院生产的Tw 一6高效缓凝泵送剂，减水率大于15％，缓凝3-4小时。
1.2 配合比的确定
由于混凝土组份多，为尽快找到各组份间的最佳配合，我们运用正交设计技术进行试验。采用的因素水平见表一。
因素水平表 表一
注：(1)粉煤灰、碱水剂，UEA的掺量均为占水泥量的重量百分比。(2)钢纤维掺量为混凝土中所占体积率。
根据因素水平表进行试验，试验结果经统计分析，得到各组份间的最佳匹配，出具混凝土配合比(见表二)。
注：(1)混凝土初凝时坷6-8小时；(2)拌合物坍落度16-18cm 3.钢钎维体积率0.8％。
2 混凝土施工
2.1 混凝土浇捣工艺
2.1.1 900×3500转换大梁同时跨越两层楼板(即夹层楼板和二层楼扳)，混凝土量大，钢筋密集，混凝土不容易浇捣，因此我们在取得设计同意后，运用叠合原理将该粱分二次浇捣，施工缝设在距梁底1.5m 高处。第一擞浇捣1.5m高度以下和夹层粱板棍混凝土，在梁中形成叠合面，并通过在叠合面设置企口，进一步保证了此粱的完整性。第二次浇捣900×3500余下部分及其它粱和二层板混凝土。此部分混凝土由二台泵完成，每台泵负责5个区，最长搭接时间2.5小时，不会出现施工冷缝。浇捣程序见图一。
2.1.2 叠合面处理：因该叠合面处原设计就配有l4 Ø 25钢筋，足够用来作叠合面抗裂筋，故无需另加配抗裂钢筋。叠合面混凝土在初凝后终凝前需用钢丝刷刷毛，待终凝后再次将松动的砂粒刷除干净，并凿除松动的石子和松散混凝土。
2.1.3 节点处理：钢纤维混凝土粱与其它梁的交接处浇筑钢纤维混凝土。
混凝土浇捣顺序图
2.2 混凝土质量保证措施
2.2.1 混凝土的拌制：拌制微膨胀混凝土时，搅拌时问比普通混凝土延长1―1.5min。拌制钢纤维混凝土时，采用先干拌后湿拌法，即将钢纤维、水泥、粗细骨料、UEA先干拌均匀而后加水和减水剂湿拌，干拌时间不少于1.5min，湿拌时间不少于2min。
2.2.2 振捣：混凝土采用机械振捣，振捣时间以混凝土能密实为准，不宜过振。因为铜纤维有沿振捣棒插入方向排列的趋势，振捣时间过长会引起钢纤维下沉和取向不利
2.2.3 浇捣中质量抽查：除按GBJ50204 -92(混凝土结构工程及验收规范)留置试块和抽查拌合物坍落度外，在拌制地点和浇筑地点检查钢纤维体积率，每台班至少二次。
2.2.4 温度监测
（1）测温点的布置：由于转换粱混凝土量大，标号高，水泥水化易产生较高温升。为此我们选取具有代表性的部位布置测温点，对混凝土内部温度进行监控。根据混凝土量和粱的截面尺寸，我们在900 x 3500及1800×2350二根粱内部可能产生最大应力部位(即梁中)各布置一个测温点，每点沿梁高度方向均匀埋设5个热电偶。为监测1800×2350粱二侧与中心的温度差，在梁中横向布置一个测温电点，也均布5个热电偶。
（2）监测程序：混凝土浇筑后1-5天，每2小时测一次：5一l0天每4小时测一次：10―30天，每8小时测一次。
（3）控制标准：混凝土里外温差不大于25℃，每天降温不大于1.5℃ 。
2.2.5 保温保湿措施
为保证混凝土有足够的湿度和内外最大温差和降温速率符舍要求，我们采取 下措施：
（1）转换粱底模采用松木板制作，在浇混凝土前将底模充分湿润，并在底模下铺设一层塑料薄膜，以便保持松木板中的水分和起保温隔热作用。因胶合板具有良好的保温保湿性能，故我们采用胶合板作边模。若此措施不满足温控要求，再在模外侧钉挂草帘或用碘钨灯照射。
（2）混凝土表面覆盖料薄膜和草袋，根据实际需要增减塑薄膜和草袋的层数。
3 体会
3.1 配制多组份混凝土，采用正交试验法，能以较少试验次数探清各组份间的最佳匹配，可节约大量物力，人力。
3.2 TW一6泵送减水剂具有增塑，缓凝，低引气等特点，可防止混凝土拌合物在泵送管道中离析或阻塞，改善泵送性能，同时能在不同程度上降低混凝土成本。
3.3 钢纤维混凝土的施工关键在确保钢纤维在基体中分布均匀，浇捣不得留置施工缝。因为钢纤维有沿界面分布的趋势。
3.4 转换层大梁大体积混凝土的施工，只要方案可靠，方法正确，组织周密合理，完全可避免温度裂缝的出现，混凝土质量就有保证。
参考文献
[1]娄宇．高层建筑中粱式转换层的试验研究及理论分析：[学位论文]．南京：东南大学土木工程系．1996
[2]申强．预应力桁架转换层结构抗震性能的试验研究和理论分析；[学位论文]．南京：东南大学土木工程系，1996
[3]杜肇民，高智，张宽虎．张忠利 折曲撑框架在低周反复荷载下的抗震性能试验研究与设计建议．建筑结构学报．1992(5)：2～ 5
Abstract： The effect of steel slag and steel fiber on the compressive strength of self-compacting concrete was studied through experiment. The results showed that the dosage of steel slag and steel fiber is close with the compressive strength of self-compacting concrete cube； it is not significant that the dosage of steel slag increases the self-compacting concrete strength； the dosage of steel fiber in a certain range can promote the self-compacting concrete.
P键词：钢渣；钢纤维；自密实混凝土；掺量；强度
Key words： steel slag；steel fiber；self-compacting concrete；dosage；strength
中图分类号：TU528.041 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0137-03
0 引言
自密实混凝土（SCC）是一种具有自填充性能的新型便捷混凝土，即使是在密集配筋的条件下也可以依靠自身的重力作用和高流动性能完成灌注工作，使工程达到密实状态。自密实混凝土因为其具有的优点广受好评，在我国各个地区已被普及使用。
钢渣作为钢铁工业的衍生物，随着钢铁需求的增大，其排量也逐年提高，为了促进资源的高效利用，钢渣得到了深入的研究发展。钢渣具有胶凝性能，用来制备混凝土能够显著减少骨料用量，降低CO2的排放，节能环保的同时还能改善混凝土的强度。
钢纤维是开发较为完善的混凝土增强材料，它能够改善混凝土的延性、流动性、抗压强度等力学性能，有效防止混凝土开裂，因此应用发展前景十分广阔，常被用于房屋建筑、道路桥梁、地下空间等建筑工程。
因为2%到8%掺量的钢渣及钢纤维对自密实混凝土的影响研究较少，因此本文结论及数据有着一定的研究价值。
1 自密实混凝土配合比
按照《自密实高性能混凝土设计与施工指南》初步确定了C30强度等级的自密实混凝土配合比，并合理添加聚羧酸高性能减水剂。钢渣及钢纤维的掺量分别取2%、5%、8%，减水剂掺量统一选取0.5%（见表1）。本次试验共设计了七组配合比，每组三个试件，试件尺寸为150mm×150mm×150mm，各个试件的立方体抗压强度见表2。
2 试验结果及分析
2.1 钢渣对自密实混凝土抗压强度的影响
钢渣掺量的不同对自密实混凝土抗压强度有着不同影响（见表3）。由于钢渣中的硅酸三钙、钙镁橄榄石等物质有着增加早强的作用，因此在实验开始时钢渣对其抗压强度的增长十分显著，但后期抗压强度的增长则趋向缓慢。白敏等[1]研究表明：影响混凝土硬化后的强度的关键因素是水泥石和骨料界面位置的粘结强度，而水泥石和骨料界面强度则与水泥石本身的强度以及集料自身状况（例如表面粗糙程度、棱角的多少等）、水化凝结条件以及混凝土的离析泌水性等因素有关。因为钢渣的表面粗糙不平，所以掺入钢渣的自密实混凝土粘结力较大，致使自密实混凝土的抗压强度得到增强。
实验数据表明，钢渣的掺量对自密实混凝土强度有重要影响（见图1）。刚掺入少量钢渣时，自密实混凝土抗压强度有一定提升；然而随着钢渣的逐步添加，水泥石的强度有所降低。尽管钢渣中少量的微小颗粒可填充水泥石中的缺陷、孔隙并能够提高界面的粘结强度，但是试验配合比中水灰比较大，使得内部孔隙率增大，降低了自密实混凝土的抗压强度。[2]
2.2 钢纤维对自密实混凝土抗压强度的影响
混凝土的强度包括抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等，抗压强度与其他强度有着密切的关联，可以参照抗压强度估算出其他强度值，且在工程中混凝土主要承受压力，因此混凝土对的抗压强度是非常重要的一项性能指标。因此本次试验按照GB/T50081―2002《普通混凝土力学性能试验方法》中的规定，对标准养护的各组试块进行立方体抗压强度试验（见表4）。
实验表明，钢纤维刚掺入自密实混凝土时，其立方体抗压性能显著提高；当钢纤维掺量在2.0%以上时其强度反而大幅降低；但是随着钢纤维的进一步添加，自密实混凝土强度又出现了细微的上升趋势（见图2）。
将钢纤维的掺量从2%提升到8%的过程中，自密实混凝土的抗压强度从低发展到高，之后又由高发展到低，甚至出现负增长。由此可以看出钢纤维对自密实混凝土抗压强度有着双重影响。因为钢纤维的掺入对自密实混凝土的横向膨胀起着抑制作用，因此会使其强度得到提高；但若掺入量过大，就会造成水泥石中的孔隙增大，缺陷增多，迫使自密实混凝土抗压强度降低。这里体现了钢纤维的双重作用，有研究提出两种相互矛盾作用的综合效应主要取决于纤维的体积率这一参数，如果掺加体积率过小，钢纤维不仅不能起到增强作用还会因混凝土界面接触薄弱产生负效应，当掺加体积率过大时主要由于纤维分布不均或者结团引起混凝土强度降低。[3]
2.3 不同掺和料对自密实混凝土强度的影响
根据上述的实验结果我们可以得知钢纤维及钢渣的加入对于自密实混凝土的强度起着不同的影响，对比两者在相同掺量下对自密实混凝土强度的作用，并参照不加入掺和料的试块强度，分析数据绘得表5，图3。
根据实验对比数据可以看出在掺量较小时，随着掺量的增加，钢渣及钢纤维都对自密实混凝土的强度起着明显的增强作用，且两者对强度的增幅作用基本持平；当掺量大于2%后，钢渣对自密实混凝土抗压强度的增加幅度都有所下降，而钢纤维则使得自密实混凝土抗压强度呈现略微降低趋势；当掺量从5%进一步增大至8%时，钢渣及钢纤维都使得自密实混凝土抗压强度下降，其中钢渣的影响更大。根图3的柱状图可以得知，钢渣掺量的增加会使得自密实混凝土的强度逐渐降低，而钢纤维的影响则呈现波动的起伏，但是二者均存在峰值，由此可以进一步探知，钢纤维和钢渣在适当的比例下进行复合双掺，可能会发挥“叠加效应”，使得该配合比下的自密实混凝土性能优于单掺钢渣或钢纤维的性能。
3 结语
本论文将钢纤维、钢渣、自密实混凝土三个因素合理地融合在一起，配置了C30强度等级的钢渣及钢纤维自密实混凝土。试验围绕钢渣以及钢纤维的掺量变化重点研究了其变化对自密实混凝土立方体抗压强度的影响。主要得出了以下结论：①钢渣钢纤维的掺量与自密实混凝土立方体抗压强度关系密切；②钢渣掺量对自密实混凝土强度提高不是十分显著，且当掺和量达到2%之后，对自密实混凝土强度一直呈现下降趋势；③钢纤维掺量在一定范围内对自密实混凝土强度可以起到增强作用，影响趋势波折且不稳定；④钢渣及钢纤维的掺入可以提高界面粘结强度，起到早强等作用，能够将钢渣、钢纤维及自密实三个技术融合在一起，提高混凝土的各方面性能，具有良好的应用前景。
参考文献：
[1]白敏，尚建丽，张松榆，等.钢渣替代粗集料配制混凝土的试验研究[J].混凝土，2005（7）：62-70.
关键词：钢纤维混凝土；施工技术；路桥工程；应用
Abstract: along with the development of market economy in China and city modernization, the quickening of the process of road and bridge project has also made by leaps and bounds development. People for the bridge engineering quality construction, construction schedule, cost control and so on all aspects of attention and demand more and more. In this case, new building materials and new construction technology research and development and application, has become an essential means to solve these problems. High fiber reinforced concrete, as a kind of new type composite materials, the application of road &bridge construction in more and more widely.
Keywords: steel fiber concrete; Construction technology; Bridge project; application
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
钢纤维混凝土，因为自身具备的诸多优势而成为目前路桥施工中不可替代的新型建筑材料。钢纤维混凝土在路桥施工中的应用，对于提高工程质量，提升施工效率，降低生产成本等方面都做出了巨大贡献。笔者就钢纤维混凝土施工技术在路桥工程中的应用，提出一些自己浅显的看法，希望与同行交流分享。
一、钢纤维混凝土概述
（一）钢纤维的性能
钢纤维都具备很高的抗拉强度，且在被加工成不同变截面形状后，可以从很大程度上增加其与水泥基材之间的握裹力。目前我国市场上，可供选择的钢纤维产品很多，可以根据实际施工项目的具体情况选择不同性能的钢纤维。钢纤维按照制造方式不同，可分为切断钢纤维、剪切钢纤维、切削钢纤维和熔抽钢纤维。这四种材料分别具备不同的性能和特点。
1.切断钢纤维
切断钢纤维主要是对钢纤维表面做变形处理，目的是改善钢纤维的力学性能，增强钢纤维与水泥砂浆的界面之间的粘结性能。
2.剪切钢纤维
剪切钢纤维主要是由冷轧薄板加工而成。冷轧薄板按照一定的厚度和宽度经过剪切后，具备比切断钢纤维更良好的与水泥砂浆的粘结性能。
3. 切削钢纤维
切削钢纤维主要是由管钢锭或者厚钢板加工而成。加工后的切削钢纤维不仅强度大大好于原材料，与水泥混凝土的粘结性也较好。
4. 熔抽钢纤维
熔抽钢纤维的强度受熔钢成分和热处理条件的限制，强度各异。且它表面的氧化层大大降低了它与混凝土的粘结性能。
（二）路桥工程中钢纤维混凝土原料选择及配比
1.水泥的选择问题
在路桥工程中，水泥是钢纤维混凝土的主要原料。为了考虑路桥工程中的混凝土应该具备索性小、强度高、抗冻和抗磨性能好的特点，我们通常选择硅酸盐水泥作为钢纤维混凝土的原料。
2.水和外掺剂的相关问题
钢纤维混凝土施工中，通常选用饮用水为原料，并能够通过控制水与外掺剂在施工中的配比来使混凝土达到具备高强度和高密实度的效果。在水灰比较低的情况下，可以通过减水剂或者塑化剂来调节混凝土的强度；在竣工日期紧迫的情况下，可以通过添加早强剂来控制竣工时间；在需要增强混凝土抗冻性的情况下，并通过加气剂来进行调节。
3.钢纤维混凝土施工中的配合比问题
钢纤维混凝土的施工，应该按照配合比设计来完成。在施工中应该以混凝土抗折强度作为首要参考，来控制钢纤维的掺入量、水泥标号和水灰比等。通过这些主要因素的优化和调整，提高钢纤维的质量和可用性。
（三）路桥工程中钢纤维混凝土的施工技术问题
1.搅拌技术方面的问题
在施工中，要通过搅拌来确保钢纤维混凝土在混凝土基体中均匀分布。在施工中通常选择反锥式或者强制式搅拌机作为搅拌设备，按照水泥、粗集料、钢纤维的顺序进行充分均匀的搅拌。其中要注意的是钢纤维要分三次投入，干拌均匀后加水，然后再设备搅拌。搅拌时间控制在两分至三分之间。
2.浇注和振捣方面的问题
在浇注钢纤维混凝土的过程中，要保证浇注作业不间断进行，且浇注接头不明显。我们通常选用平板振动器进行振捣，并在振捣过程中使钢纤维呈纵向条状集束排列，以保证混凝土边角严密。
3.钢纤维混凝土运输方面的问题
由于钢纤维混凝土在运输过程中容易因为钢纤维下沉而导致坍落或气量损失等问题出现，致使钢纤维混凝土不均匀，因此我们在选择搅拌场地的时候就要充分考虑如何减少混凝土运输的问题。同时，在运输过程中还要注意做好防护措施，例如选择合适的运输装备，控制好运输时的温度等，以避免影响混凝土质量，给整个工程带来损失。
二、钢纤维混凝土在道路施工中的应用
（一）在新建全截面钢纤维混凝土路面中的应用
全截面采用钢纤维混凝土的路面，与传统混凝土路面相比，无论是路面厚度，还是钢纤维用量都大大减少，是节省成本，提高质量的最佳方法。采用钢纤维混凝土技术时，同行双车道路面不设纵缝，横缝间距控制在20-50之间。
（二）在新复合式钢纤维混凝土路面中的应用
复合式路面通常分为双层式和三层式两种。双层式路面钢纤维混凝土的铺设量大概控制在五分之二至五分之三之间。
三层式复合路面是俗称“汉堡式”结构，既上下两层是钢纤维混凝土层，中间夹普通混凝土层。这种路面虽然结构合理，但是施工复杂，因此多应用在机械化铺设程度较高的地区。
（三）在钢纤维混凝土罩面中的应用
施工人员可以通过在旧混凝土路面上罩上一层钢纤维混凝土来修复破损路面。根据路面破损程度由高到低，可以分别用结合式、直接式和分离式三种罩面方式。
1.结合式是指罩面层与旧混凝土结为一体，共同构成路面结构，整体发挥作用。
2.分离式是指罩面层不与旧混凝土结合，中间隔着一个隔离层，各自发挥作用。
3.直接式是指直接在旧水泥混凝土面层上加铺罩面层。
（四）在多年冻土地区抗冻方面的作用
钢纤维混凝土路面在多年冻土区的应用，能够很好地维持冻土冷热平衡，提高路面抗冻能力。
三、钢纤维混凝土在桥梁施工中的应用
（一）在桥面铺装方面的应用
钢纤维混凝土桥面铺装层的采用，对于增强桥面的抗裂性、提高桥面的耐久性和提升桥面的舒适度等方面，都有很大帮助。于此同时，钢纤维混凝土桥面铺装层对于增强桥梁刚度、减少铺装厚度、提高桥梁承重能力、降低结构自重等方面也具有独特的优势。
（二）在桥梁上部承重荷载部位的应用
采用钢纤维混凝土作为主拱圈，能够提高结构的受力能力、防止结构变形，减轻自重，从而使桥梁的跨度增大，重量减轻。与此同时，还能起到美化桥梁外观，减少建筑用料的作用。在提高了桥梁质量的同时还大大降低了施工成本。
（三）在局部加固方面的应用
桥梁墩台和桥面等部位由于长期载重，容易产生裂缝和表层剥落现象。通过向这些部位喷射钢纤维混凝土，可以改善局部结构的整体性和抗震性。
（四）在加强钢筋混凝土桩方面的应用
钢纤维混凝土在桩顶或者桩尖等局部位置的应用，能够增强桩的穿透力，减少锤击次数，提高打击速度。
结束语：
钢纤维混凝土作为一种新型水泥基复合材料，在路桥工程中的实际使用效果已经得到了大量实践的验证。它在提高路桥使用性能、保证工程施工质量、降低工程造价等方面的优势也显现的越来越明显。接下来我们要做的，是将钢纤维生产技术进一步的提高和完善，使这种新型材料更科学更合理更广泛地应用到路桥工程中去，从而促进我国路桥工程建设的进一步发展。
参考文献：
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[3]郭艳华.钢纤维混凝土增韧性能研究及韧性特征在地下结构计算中的应用[D].西南交通大学，2008.
关键词：钢纤维混凝土 ；自由落锤； 抗冲击性能；试验；研究
中图分类号：TU528.572文献标识码： A 文章编号：
混凝土作为一种多孔性的脆性材料, 长期以来，在路面混凝土、桥面混凝土等频繁承受动力荷载的结构中，混凝土通常是由于抗冲击性能不足而丧失其使用性能。因此，掌握混凝土的动载性能对设计承受冲击荷载的结构是非常重要的。论文通过对层布式钢纤维混凝土进行抗冲击性能试验，研究了混凝土集料、不同层位、不同钢纤维掺量对混凝土的抗冲击性能的影响，试验结果表明，层布式钢纤维对混凝土抗冲击性能有极大的提高作用。
1 原材料及试验方法
1．1原材料
水泥采用32.5#普通硅酸盐水泥，粗骨料选用粒径为5mm~26.5mm的连续级配卵石，细骨料选用细度模数为2.9的中砂，混凝土配合比见表1。钢纤维采用武汉宝龙恒基材料工程有限责任公司生产的新型钢纤维，技术指标见表2。
表1 混凝土配合比
表2钢纤维技术指标
1．2试验方法
混凝土材料的抗冲击性能是指在反复冲击荷载的作用下，混凝土材料吸收动能的能力。目前国外混凝土抗冲击试验方法主要有爆炸试验(explosive test)、却贝摆锤冲击试(Charpy pendulum test)、射弹试验(projectile impact test)和落锤冲击试验(drop-weight test)。由于落锤冲击试验的简便性，得到了美国ACI 544 委员会(American Concrete Institute Committee544) 的推荐。我国对钢纤维混凝土的抗冲击性能研究相对较少，没有现成的落锤式冲击试验机。《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30-2005) 等有关规范对路面水泥混凝土抗冲击韧性的试验方法和试验流程也没有作出规定。对此，本次试验采用自制自由落锤冲击试验。
图1冲击试验装置
自制自由落锤冲击试验装置（如图1）。该方法的试验过程为：制作圆柱体试件，高度h=64mm，直径D=150mm，试件浇筑24h后脱模，放入标准养护室养护28d，实验前4h将试件从养护室取出晾干。将1个4.5kg重的钢锤自457mm的高度自由落下，冲击放置在试件中心的钢球(钢球为传力球，直径64mm，防止落锤直接砸在试件上造成试件局部破坏)，每完成1次冲击即为1个循环。仔细观察试件表面，当试件表面出现第1条裂缝时的冲击次数即为初裂冲击次数N1。然后继续反复进行冲击循环，直至试件被破坏并与试验装置中4块挡板的任意3块接触时(或有一条裂缝大于3mm)，这一冲击次数即为破坏冲击次数N2。
每组设6个平行试件。鉴于混凝土材料的变异性和离散性较大，为保证冲击试验得出数据的可靠性，试验采用格拉布斯法对数据进行取舍，即对每组试件冲击次数xi由小到大进行排序，并按式(1)、式(2)计算统计量g：
当最小值x1 可疑时，则：
(1)
当最大值xi 可疑时，则：
(2)
式中：为冲击次数的算术平均值；x1 为冲击次数的最小值；xi 为冲击次数的最大值；S 为冲击次数的标准偏差。
在显著水平=0.05下，求得可疑值的临界值g0 (，n)。若满足式(3)：
(3)
则可依值舍去。
式中：n 为每组试件的试件数。当舍弃后试件数小于3时，则重新成型试件试验。对于有效数值，取它们的平均值作为结果数值。
然后计算钢纤维混凝土的抗冲击性能(以冲击功计)。
冲击功的计算式为：
W = N2 mg h (4)
式中：W ——冲击功，J；
N2 ——破坏冲击次数；
m——钢锤质量m=4.5 kg；
g——重力加速度g=9.8m/s2；
h----冲击锤下落高度h=457mm。
2 钢纤维对混凝土抗冲击性能的影响
通过自由落锤冲击试验反复冲击试件直至破坏，测试混凝土吸收动能的能力。为了深入探讨各层钢纤维对混凝土抗冲击性能的影响，制作了以下几组试件，每组六个平行试件（见表3）。
表3 单层钢纤维混凝土抗冲击试验
图2冲击次数与层位的关系图3冲击功与层位的关系
从表3和图2、图3中可以得到如下结论：
(1)布置钢纤维层的混凝土比素混凝土的抗冲击性能有了极大的提高，无论是初裂冲击次数还是终裂冲击次数均有了很大的增加。抵抗的冲击功最大提高了6.4倍；在出现初裂缝后吸收功的能力提高了48.3倍。在冲击过程中，钢纤维层能有效地减小混凝土的裂隙程度，增强材料介质连续性，减小冲击波被阻断引起的局部应力集中现象，可以阻碍混凝土裂缝的扩展。混凝土初裂后，高性能的钢纤维使混凝土保持一定整体性，继续吸收冲击功，故钢纤维大大提高了混凝土的抗冲击韧性，另外，层布钢纤维混凝土优良的抗冲击性能还表现为裂而不碎的良好抗裂性。
(2)随着钢纤维层的由下到上的层位变化，材料的抗冲击性能提高很明显，而且从图中线段可以看出，随着钢纤维层的逐步上移，终裂次数增长趋势越大，抗冲击性能越好。这说明上层的钢纤维抗冲击性能好。从图4、图5可以看到试件在冲击作用下，首先由于水泥基体的抗拉强度低，所以发生开裂的是水泥基体，即上表面出现细微的裂纹，素混凝土此时裂纹很快发展，试件破坏形式为一分为二；在层布式钢纤维混凝土中，原先由水泥基体承受的荷载立即传递给连接在裂纹处的钢纤维，钢纤维可以很快承力并抑制裂纹的扩展，试件表现出裂缝后仍保持相对完整性。随着冲击次数的增多，水泥基体中的裂纹增多，损伤增加，钢纤维承受的荷载也相应增加，钢纤维变形增大，直至被拔出或拉断；此时试件破坏形式大多是三条裂缝从中心向外，相互的角度约为120º，也有部分试件是四条裂缝自中心向外，相互呈90º。在钢纤维被拉长及被拔出的过程中将消耗大量的冲击能量，表现为层布式钢纤维混凝土抗冲击性能的提高。
图4素混凝土终裂照片
图5 层布钢纤维混凝土终裂照片
3 集料对对混凝土抗冲击性能的影响
对比试验集料选择石灰岩碎石（碎石的级配同卵石的级配相同）。单层钢纤维混凝土抗冲击试验、上层钢纤维掺量对冲击韧性试验的结果见表4和表5。
表4单层钢纤维混凝土抗冲击试验结果（碎石）
表5上层钢纤维掺量对冲击韧性试验的结果(碎石)
注：1、由于混凝土材料的变异性和离散性，表3、4、5中的数据为有效数值的平均值；
2、每组试件上、下层布钢纤维，下层钢纤维含量为1.4kg/m2；
3、上(下)层钢纤维离试件顶(底)面20mm。
通过对比卵石与碎石的冲击试验，为方便对比，得如下图5.11~图5.20。
图6上层掺量对初裂冲击次数对比 图7单层对初裂冲击次数对比
图8 上层掺量对终裂冲击次数对比图9 单层对终裂冲击次数对比
图10 上层掺量对冲击功对比 图11 单层对冲击功对比
图12 冲击后卵石断裂面 图13 冲击后碎石断裂面
从试验过程及图6~图13可以得出以下结论：
(1)对于素混凝土，卵石比碎石的初裂和终裂冲击次数略高，约高40次。
(2)单层钢纤维的卵石与碎石初裂次数相差不大；除上布钢纤维层，卵石明显大于碎石外，中、下布钢纤维初裂次数基本相同。体现了材料本身的变异性和离散性。
(3)对比图12和图13的破坏断面，可以看出卵石的断面中开裂一般是沿着卵石的边缘，而碎石的破坏均是贯穿石块，说明碎石胶结的好。
(4)观察图6、图8和图10，三幅图有一个共同的特点，就是上、下层布钢纤维比单层有明显较大的提高，其冲击韧性提高的很快。
4 结论
（1）随着上层钢纤维掺量的不断增加，钢纤维混凝土的初裂冲击次数和终裂冲击次数增加十分明显，并且增加的趋势也在加大。
（2）上层掺量1.8kg/m2的混凝土比无上层的单层混凝土的初裂次数增加了3.2倍；终裂次数增加了4.6倍。说明掺量的增加极大提高了混凝土的抗冲击性能。
（3）上层钢纤维对冲击韧性的改善好过下层；另外，钢纤维层的加入不仅可以有效改善混
凝土的断裂韧性和抗冲击性能，也改变了混凝土基体的粘结性能，使混凝土材料更具有整体
性，提高结构的疲劳性能和耐久性。
（4）对比层布式钢纤维混凝土，碎石比卵石抗冲击性能提高从1.4倍至2.5倍不等，说明碎石集料的抗冲击性能高于卵石。
参考文献
[1] JTG E30-2005 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[ S]．北京：人民交通出版社，2005
[2] 王佶，李成江，李存瑞．不同纤维层布式钢纤维混凝土抗弯韧性的研究[J]．武汉理工大学学报，2006，28(7):82-85
关键词：既有铁路 隧道接长 桩基托梁 拱部无支架施工
1.引言
铁路隧道修建后，为确保列车运行安全及配合地方市政道路规划，完善城区交通系统，常设明洞防护或隧道接长。铁路隧道接长常用明洞形式，具体方法有拱部滑模施工技术和半装配式施工技术②，施工完毕，回填明洞，洞顶铺设路面。该铁路于2004年1月11日正式交付运营，2010年10月30日完成电气化改造。K152+833.45太阳山隧道进口接长工程，在电气化开通前，分别采取扣轨开挖桩基、D便梁加固线路开挖托梁、无支架法现浇拱部等施工工艺，确保隧道接长施工和列车运行安全，补充和完善了隧道接长施工技术。
2.结构设计
该铁路设计行车速度80km/h，隧道建筑限界采用国标《146.2-83》之“隧限-2A”，铺设有碴轨道，轨枕采用Ⅱ型混凝土枕，60kg/m钢轨。由于当地开发区规划道路从太阳山隧道进口端以56°交角斜跨线路，借电气化改造之机，隧道作接长处理。设计采用拱形明洞斜交方式接长，全长36.46m（见图1）。明洞主体采用三心圆拱斜边墙结构，净宽6.8m，净高6.65m，拱圈65cm厚；边墙内墙为直边，外墙为斜边墙，顶宽0.5m，底宽2.5m。明洞基础采用桩基托梁结构，托梁高1.50m，宽3.30m。
3.隧道接长施工
既有太阳山隧道为直墙三心圆拱形隧道，洞门为端墙式，新建接长隧道采用现浇法施工。
主要施工工序为：桩基础施工—线路加固—开挖便梁支墩—架设D24m钢便梁—托梁施工—边墙施工—吊装H型钢钢架—安装钢纤维混凝土板—绑扎拱部钢筋及安装外模板—浇筑明洞拱部混凝土—洞门及两侧端墙施工。
施工的难点主要有：桩基施工、拱架的制安、钢纤维混凝土板安装、明洞拱部混凝土浇筑等。
3.1桩基础施工
桩基施工前先探明电力、通信及信号电缆等地下管线并作好迁改或保护。桩基石采用非爆破法开挖，强风化泥岩采用风镐开挖，弱风化泥岩和砂岩开挖采用水磨钻沿周边钻孔，形成破裂面，人工破碎解小，卷扬机出碴。其余工序均为常规技术，不再赘述。
3.2线路加固及支墩施工
便梁支墩采用挖孔灌注桩，支墩处用50kg/m钢轨按3-3-3-3组合成吊轨梁。扣轨毕，线路限速25km/h。开挖便梁支墩，本工程采用2组D24便梁，同时顺线路架设，便梁支墩尺寸：洞内160×200cm和160×250cm；洞外为200×250cm，桩长9～10m。桩采用C20钢筋混凝土护壁，片石混凝土填芯。
3.3 D24m钢便梁架设和托梁施工
便梁用轨道车封锁点内运到现场安装，注意在轨道与钢枕间加垫绝缘橡胶垫块，以免出现红光带。便梁架设后托梁为常规施工技术，不再赘述。
3.4 边墙施工
边墙为C30混凝土，采用大块模板，分段分侧浇筑。注意靠线路一侧模板及支架安装位置，避免发生侵限，边墙顶面严格按H型钢尺寸及位置预留“U”形槽。
3.5 H型钢拱架的制安
（1）为保证型钢拱架的精度，钢拱架采用厂内弯制成型，出厂前均进行试拼装，并对各单元节逐一编号。
（2）拱架型钢下翼缘板及腹板按设计预钻安装钢纤维混凝土板的M20螺栓孔和φ14纵向钢筋安装孔。
（3）先安装正交段钢拱架，最后安装斜交段拱架。拱架采用25t汽车起重机旁位封锁点内安装。第一榀拱架的安装至关重要，拱架就位后，调整垂直度，用钢管支撑拱架，并通过钢筋和边墙顶预埋的连接钢筋角施焊拉结，第一榀钢拱架就位后，立即吊装第二榀，位置调整好后榀间用钢筋水平焊接，每侧2道以上，以保证安装后的整体稳定性。
（4）钢拱架在现场提前拼装好，保证封锁点内吊装进度。
3.6内模安装及混凝土浇筑
（1）纤维混凝土内模委托厂家预制，四角的螺栓孔精确预留，以便安装内模。
（2）型钢钢架分三个单元制作，各单元节连接钢板处的内模板异形内模。
（3）纤维混凝土板安装时从两侧自下而上对称进行，固定内模的螺栓螺帽向上。
（4）内模安装完成后，模板与模板之间小缝隙采用腻子封堵，模板与钢拱架之间缝隙采用水泥砂浆封闭。
（5）内模、挡头模安装完成后，安装明洞结构钢筋和外模板，在封锁点内进行拱部混凝土的浇筑，拱部混凝土浇筑左右对称进行。
3.7洞内挂网喷射混凝土
拱部混凝土浇筑完毕，挂网喷射混凝土封闭型钢拱架和纤维混凝土板。
4.安全措施
该铁路电气化改造前每天行车10对，行车密度不大，列车间隙时间长。即便如此，拱形隧道接长施工，是在线路封锁+慢行的条件下进行的，如何在保证行车安全的前题下合理安排各工序作业是隧道接长施工的重点。营业线施工按《铁路技术管理规程》，坚持“施工不行车、行车不施工”的原则。H型钢钢架安装、钢纤维混凝土内模安装、拱部钢筋绑扎、混凝土浇筑等关键工序要点封锁线路施工。若利用列车间隙施工，按要求派驻站联络员，提前通知现场设安全员和防护员，随时做到“车来机停”、人员、料具提前下道。
5.结语
该铁路太阳山隧道接长工程，工程量大、施工工期紧、行车干扰大。这项基于行车安全、方便施工的无支架隧道接长施工技术，值得同条件下类似工程借鉴。
参考文献
关键词：活性粉末混凝土；箱梁；抗弯性能；剪力滞效应；裂缝；变形
中图分类号：U448.35 文献标志码：A
0 引 言
活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）作为超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete，UHPC）的一种，具有强度高、韧性大和耐久性能优异等特点，且在热养护条件下几乎没有收缩，在长期荷载作用下的徐变也很小（仅为普通混凝土的1/10左右）[1]。RPC的工程应用可望解决普通混凝土桥梁所面临的结构自重过大、跨越能力受限和耐久性不足等问题，其应用研究已引起土木工程界的极大关注并已应用到一些人行桥和中、小跨径的车行桥中[2-3]，在大跨桥梁中的应用研究也已逐步开展[4-6]。此外，混凝土箱梁结构以其良好的空间受力性能在桥梁工程中应用广泛，而RPC箱梁非常适于构成大跨混凝土桥梁的主梁，因此RPC箱梁亦具有良好的应用前景。在大跨混凝土箱梁桥中，除纵向预应力筋外，一般还在腹板和顶板分别配置竖向抗剪和横向抗弯的预应力筋而形成箱梁内的三向预应力体系。顶板内存在的横向预应力对箱梁纵向抗弯性能的影响目前鲜见研究。
文献[7]提出了钢筋RPC梁正截面抗裂计算公式，建议截面抵抗矩塑性影响系数可取为1.65（矩形截面）和1.90（T形截面）；文献[8]进行了3根钢筋RPC矩形截面梁的抗弯性能试验并提出了相应的正截面承载力计算公式，将受压区RPC的应力分布等效为矩形应力图形计算；文献[9]基于有限元分析结果建立了RPC梁的正截面承载力计算公式，将受压区混凝土应力近似为三角形分布；文献[10]对预应力RPC的T形梁进行了试验研究，提出了预应力RPC的T形梁开裂弯矩和极限弯矩的计算方法，并建议预应力RPC的T形梁的塑性系数γ=1.53；文献[11]通过6根钢筋RPC矩形截面梁抗弯性能试验研究，建立了考虑截面受拉区拉应力贡献的正截面承载力计算公式和反映钢筋RPC梁自身受力特点的刚度及裂缝宽度计算方法；文献[12]对铁路预应力RPC箱梁进行了使用荷载下受力性能的试验研究；文献[13]对跨径为24 m的预应力RPC梁进行了试验，梁中除了预应力筋外没有配其他钢筋，其混凝土抗压强度达到了207 MPa，极限挠度达到了480 mm。目前各国学者对RPC梁的正截面受力性能进行了较多研究，但主要针对T形梁和矩形截面梁，对RPC箱梁的研究很少且均未涉及箱梁顶板横向预应力对梁抗弯性能的影响。基于此，本文通过对2片预应力RPC箱梁进行受弯试验，研究预应力RPC箱梁的正截面抗弯性能及横向预应力对其抗弯性能的影响。
1 试验概况
1.1 试件制作
共制作2片截面尺寸相同的预应力RPC箱梁，梁编号分别为A1和A2，截面尺寸如图1所示。梁长5.0 m，计算跨径4.76 m，梁高500 mm，顶板宽600 mm，顶板厚70 mm，腹板厚60 mm，腹板高350 mm，底板宽400 mm，底板厚80 mm。在梁端部设置150 mm厚的横隔板。为研究横向预应力对抗弯性能的影响，试验梁A2跨中纯弯区段顶板布置了8根间距为150 mm的后张横向预应力筋，见图2。
试验梁采用的RPC中水泥、硅灰、石英砂、减水剂的配合比为1.00∶0.25∶1.4∶0.072，水胶比为0.20，钢纤维体积掺量为2%。水泥采用P.O 52.5普通硅酸盐水泥；石英砂粒径为0.4～0.6 mm；采用可溶性树脂型高效减水剂，其掺量（质量分数）为2%，减水率为25%；钢纤维采用镀铜光面平直钢纤维，其直径为（0.16±0.005） mm，长度为（12±1） mm，抗拉强度大于2 000 MPa，体积掺量为2%。试验梁浇筑完成后采用塑料薄膜覆盖其表面，在实验室条件下对其进行自然养护。试验梁浇筑时预留100 mm×100 mm×100 mm的立方体试块和100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体试块，用于测
图2 试验梁A2立面及配筋（单位：mm）
Fig.2 Elevation and Reinforcement of Test Beam A2 （Unit：mm）试RPC的抗压强度、劈裂强度和弹性模量，测试结果见表1，其中配筋率包含纵向预应力筋。张拉龄期为50 d，试验龄期为120 d。
试验梁A1底板纵向布置5根直径16 mm的HRB400钢筋及6根Φ15.2预应力钢绞线；顶板纵向布置10根直径10 mm的HRB400钢筋，横向布置间距150 mm、直径10 mm的HRB400钢筋；腹板每侧纵向布置4根间距100 mm、直径8 mm的HRB335钢筋；沿梁长布置间距100 mm、直径12 mm的HRB400箍筋，试验梁配筋情况如图2所示。梁A2除在跨中纯弯区段顶板横向不配置普通钢筋及仅布置8根间距为150 mm、直径16 mm的HRB400钢筋作为横向预应力筋外，其余配筋情况与试验梁A1一致，横向预应力筋两端加工成丝杆以形成螺丝端杆锚具进行锚固。钢筋的力学性能如表2所示。
1.2 应变测点布置
试验梁上布置如图3所示的应变测点。顶板和腹板底部布置的纵向平均应变计（标距为300 mm的引伸仪）用来测量纵向预应力张拉时的应变变化；顶板布置的横向混凝土应变片用来测量横向预应力张拉时的应变变化；跨中截面布置纵向混凝土应变片和纵向、横向平均应变计用来测量试验过程中的应变变化。
1.3 预应力张拉及测试
每片试验梁底部布置6根后张法预应力钢绞线，采用金属波纹管成孔，通过BM-3锚具进行锚固。试验梁浇筑50 d后张拉，采用力传感器测量张拉力并测试张拉过程中各测点应变。纵向预应力筋张拉后进行横向预应力筋张拉，参考目前箱梁桥的工程实际，顶板内的横向预压应力目标值按3 MPa控制。
为保证混凝土预压应力分布均匀，在横向预应力筋两端锚具下布置如图3所示刚度较大的钢垫板。预应力张拉后，采用高性能灌浆料对纵向和横向预应力筋孔道进行灌浆，灌浆时留取70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体试块并进行同条件养护，试验前的强度测试结果如表1所示。试验后，凿开预应力筋管道发现灌浆质量良好。
纵向、横向预应力张拉后、外荷载施加前各测点应变实测结果见表3，记受压为“-”，受拉为“+”。试验梁A1，A2跨中截面上、下缘纵向预应力（由实测应变乘以实测弹性模量得到）分别为2.25，2.71，-10.98，-10.84 MPa；顶板内的横向预应力为-2.95 MPa。
1.4 加载方式与测试内容
试验加载装置如图4所示。两点对称加载，加载点均距跨中400 mm， 每一加载点处千斤顶下设
有分配梁将荷载直接传至腹板，采用力传感器控制加载大小。加载过程中的测试内容为：
（1）挠度测试。在跨中、加载点及支座处布置位移传感器，获取试验梁的荷载-挠度曲线。
（2）裂缝观测。加载过程中对裂缝的发展和宽度进行测量。
（3）应变测试。利用跨中截面顶板粘贴的纵向应变片和纵向、横向平均应变计测试不同位置的应变。
采用分级加载，试验梁开裂前以25 kN为一级加载至近开裂荷载，然后以10 kN为一级加载直至混凝土开裂。梁开裂后，以25 kN为一级加载，每级加载完持荷3 min，接近极限荷载时以3 mm为一级进行位移控制加载，当出现顶板混凝土压碎时认为其达到破坏，随后开始卸载。2 试验结果与分析
2.1 试件破坏形态及裂缝分析
梁A1加载到155 kN时（荷载值为一侧千斤顶下的测力计读数，下文同），在跨中纯弯区段出现竖向裂缝；继续加载，在剪弯区段出现斜裂缝，裂缝宽度和长度均随荷载增大而增加，靠近一侧加载点处的1条竖向裂缝逐渐延伸到翼缘板形成临界裂缝。加载至496.5 kN时，顶板形成不规则的贯通裂缝，顶板混凝土压碎而破坏，试验梁破坏时裂缝形态如图5（a），（b）所示。梁A2加载至157 kN时，在跨中纯弯区段出现竖向裂缝；继续加载，其裂缝开展和荷载变化与试验梁A1相似，当加载至503.9 kN时，顶板处混凝土压碎并在顶板形成贯通的横向裂缝，破坏时裂缝形态如图5（c），（d）所示。横向预应力的施加对试验梁的破坏形态没有明显影响。
试验梁RPC内的钢纤维使裂缝分布密集且裂缝间距较小，梁A1，A2裂缝分布如图6，7所示。弯曲裂缝在纵向钢筋处的裂缝间距约为50 mm，如表4所示。试验梁最大裂缝宽度随荷载的变化如图8所示。相同荷载下，2片试验梁的最大裂缝宽度相近。
式中：ωmax为不考虑钢纤维影响的普通钢筋混凝土受弯构件的最大裂缝宽度，可按照《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）计算；βcw为裂缝宽度的钢纤维影响系数，宜通过试验确定；λf为钢纤维含量特征值，λf=ρflf/df，ρf为钢纤维体积率，lf为钢纤维长度，df为钢纤维直径或等效直径，本文试验中取λf=1.5。
《纤维混凝土结构技术规程》（CECS 38：2004）中规定当钢纤维混凝土强度等级高于CF45时，对于采用高强度（抗拉强度不小于1 000 MPa）异形钢纤维的受弯构件，可取βcw=0.5。根据试验数据分析结果，对于采用高强度镀铜光面平直钢纤维时的RPC，建议取βcw=0.4，结果比较见图8。
参照式（1），假定平均裂缝间距lfm跟ωfmax有类似的计算公式，即
lfm=lm（1-βflλf）
（2）
式中：lm为不考虑钢纤维影响的普通钢筋混凝土受弯构件的平均裂缝间距，可按《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）计算；βfl为钢筋钢纤维混凝土构件平均裂缝间距的钢纤维影响系数。
基于试验梁平均裂缝间距的实测结果，对于采用高强度镀铜光面平直钢纤维时的RPC，计算时可取βfl=0.4。
2.2 荷载-挠度曲线
连续采集的试验梁截面荷载-跨中挠度曲线见图9，试验梁破坏点的荷载及挠度见表5。从图9可以看出：在跨中挠度达到其极限变形的约80%之前 ，梁A1，A2的荷载-跨中挠度曲线基本重合，极限
承载力相近。虽然梁A2顶板因横向预应力的施加使其处于双轴受压状态，但施加的2.95 MPa横向预压应力较小，仅为RPC棱柱体抗压强度94 MPa的3.1%，根据文献[14]可知，在此应力比下其双轴抗压强度约为单轴抗压强度的1.05倍，故顶板横向预应力对构件这一过程的受力及截面承载能力的影响不明显。在预应力筋屈服后采用位移控制加载，故顶板处混凝土压碎时（图9中的D1，D2点），荷载突然降低至图9中的E1，E2点，梁A1荷载下降33.2%，挠度增长3.9%；梁A2荷载下降15.6%，挠度增长1.1%，可见横向预应力使梁破坏时的脆性有所改善。对图9中的E1，E2点之后进行卸载。梁A1，A2均具有良好的变形能力，跨中最大挠度（图9中的D1，D2点）分别为98，101.7 mm，均超过梁计算跨径的1/50。
2.2.1 延性分析
试验梁为同时配有预应力筋和非预应力筋的部分预应力混凝土梁，预应力筋和非预应力筋的屈服不可能同步，非预应力筋一般先进入屈服状态。若沿用传统的极限位移与屈服位移之比来定义结构的延性不太明确，因此这里采用Naaman等[15]建议的基于能量的延性指标定义，即
式中：μ为构件的延性指标；Etol为总能量，Etol=Eel+Epl，Eel为弹性能量，Epl为塑性能量，其值可根据图10所示结构的荷载-挠度（P-Δ）曲线所包围的相应部分面积确定。
图10中，P1，P2，P3，Pu和Δ1，Δ2，Δ3，Δu分别为混凝土开裂、普通钢筋屈服、预应力筋屈服和混凝土梁破坏时所对应的荷载及挠度。
由式（3）所确定的梁A1和A2的延性指标分别为3.81和3.92。可见，顶板横向预应力的施加使顶板混凝土的横向变形受到约束而导致梁的延性有所提高，梁A2顶板内施加2.95 MPa的横向预压应力（仅为RPC棱柱体抗压强度94 MPa的3.1%）后，其延性较梁A1提高2.9%。
2.2.2 挠度计算
混凝土开裂前的弹性工作阶段（图9中的OA段），全截面参与工作，取截面的短期抗弯刚度Bfs=EcI0，其中，I0为换算截面惯性矩。
截面开裂到普通钢筋屈服阶段（图9中的AB段），其刚度随弯矩的增大而减小，参照《纤维混凝土结构技术规程》（CECS 38：2004），受拉区开裂后其短期抗弯刚度Bfs可按式（4）计算，即
Bfs=Bs（1+βBλf）
（4）
式中：Bs为不考虑钢纤维影响的普通钢筋混凝土受弯构件的短期刚度，可按《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）计算；βB为构件短期抗弯刚度的钢纤维影响系数，宜通过试验确定。
基于试验结果，对于采用高强度镀铜光面平直钢纤维时的RPC，可取βB=0.2。
RPC开裂和普通钢筋屈服时的挠度计算结果见表6，计算值与试验值吻合良好。
2.3 开裂弯矩及极限弯矩计算
2.3.1 RPC本构关系
本文采用的RPC受压和受拉时应力-应变关系（图11）分别如式（5），（6）[11]所示，即
荷载试验值和计算值；tf3，tf4分别为受拉普通钢筋屈服时挠度试验值和计算值；tp5，tp6分别为抗弯承载力时荷载试验值和计算值。
式中：σc，σt分别为RPC的压应力和拉应力；εc，εt分别为RPC相应的压应变和拉应变；ft为RPC的抗拉强度；ε0，εt0分别为与峰值压应力对应的应变和峰值拉应力对应的应变；εcu，εtu分别为RPC的压、拉极限应变；各特征点应变可取值为[10-11]ε0=0.003，εt0=0.000 2，εcu=0.004 5；εtu=3εt0。
2.3.2 开裂弯矩计算
预应力混凝土受弯构件的开裂弯矩Mcr为
Mcr=（σ+γmft）W0
（7）
式中：σ为梁底缘的预压应力；W0为换算截面对截面受拉边缘的弹性抵抗矩；ft可取为劈裂强度的75%[13]；γm为受拉塑性系数，可根据文献[11]可取γm=1.38。
试验梁A1，A2计算结果见表6，计算值与试验值吻合良好。
2.3.3 极限弯矩计算
极限状态时截面的应变、应力分布见图12，其中，bt，bf，bb分别为箱梁顶板、腹板和底板宽度，tt，tb分别为箱梁顶板、腹板和底板高度，xc，xt分别为受压区和受拉区高度，εy，εp分别为顶板达到极限压应变εcu时受拉区普通钢筋和预应力筋对应的应变，k为系数，α，β均为受压区等效矩形应力图块换算系数，fpy，fsy分别为预应力筋和非预应力筋的屈服强度。考虑受拉区混凝土参与工作，且受压区和受拉区的应力分布均采用等效矩形应力图块。根据受压区-混凝土应力合力大小和作用点位置不变的原则，可确定受压区等效矩形应力图块换算系数α，β分别为0.9和0.75；为简便计算，假定极限状态时受拉区的拉应力均匀分布并取抗拉强度fft=kft。
当达到极限状态且中性轴位于顶板时，则有
αfcbtβxc=fft[bt（tt-xc）+2bftf+bbtb]+
fpyAp+fsyAs
（8）
Mu=fpyAphp+fsyAshs-αfcbtβ2x2c/2+Mt
（9）
受拉区混凝土的抗弯能力Mt为
Mt=fft[bbtb（h-tb/2）+2bftf（h-tb-tf/2）+
bt（t2t-x2c）/2]
（10）
式中：Mu为截面的极限抗弯能力；，Ap，As分别为预应力筋和非预应力筋截面积；hp，hs分别为受拉区预应力筋和普通钢筋重心到顶板的距离；h为箱梁高度；fft=0.5ft[10]。
计算结果见表6，计算值与试验值吻合较好且略偏安全。就本文试验梁而言，受拉区混凝土拉应力对截面抗弯承载能力的贡献约为8%。
2.4 顶板应变
加载过程中实测跨中截面顶板应变的横向分布如图13所示。由图13可以看出，箱梁顶板内存在较明显的剪力滞效应。
式中：Be为翼缘板的有效分布宽度；B为翼缘板的实际宽度；t为翼缘板的平均厚度；σmax为翼缘与腹板相交处的最大正应力；ρ′f为受压翼缘有效分布宽度系数；z为沿跨长方向的坐标；x为沿横断面宽度方向的坐标。
根据式（5）可知，RPC受压的应力-应变关系将应变分布转化为相应的应力分布后，可计算加载过程中受压翼缘的有效分布宽度系数ρ′f（图14）。由图14可见：荷载在300 kN以内时，梁A1受压翼缘的有效分布宽度系数ρ′f变化较小，其值在0.85左右；荷载超过300 kN以后，受压区混凝土逐渐进入明显的塑性状态并在各测点间发生应力重分布，致使剪力滞效应逐渐减弱，受压翼缘的有效分布宽度系数逐渐增大至极限状态时的0.91；梁A2顶板内因有横向预应力的存在，使得翼缘板内的纵向应变在整个受力过程中沿横向的分布较均匀，剪力滞效应不明显，其受压翼缘的有效分布宽度系数较梁A1的大且基本稳定在0.96左右。这主要是由于梁A2内横向预应力的约束作用对箱梁顶板的纵向正应力有一定的卸载作用所致[16]。
通过梁跨中截面顶板布置的纵向、横向平均应变计所测纵向、横向应变可获得顶板处混凝土的横向变形系数（图15）。由图15可见：受拉普通钢筋屈服前，梁A1的横向变形系数变化较小，其值约为0.16，受拉普通钢筋屈服后，其值逐渐增大至极限状态时的0.25；梁A2的横向变形系数在预应力筋屈服前基本保持在0.10左右，其后逐渐减小至极限状态时的0.06，横向预应力对顶板横向变形的约束明显且随横向变形的发展，约束作用逐渐加强。
3 结 语
（1）预应力RPC箱梁具有良好的变形能力，其极限变形可超过跨径的1/50。
（2）预应力RPC箱梁裂缝密集，平均裂缝间距较小，正常使用阶段的裂缝宽度和短期刚度可参照《纤维混凝土结构技术规程》（CECS 38：2004）中的相应公式计算，其中的钢纤维影响系数βB分别取0.4和0.2。
（3）提出了预应力RPC箱梁正截面抗裂和抗弯承载能力计算公式，计算结果与试验值吻合良好。
（4）箱梁顶板的横向预应力对截面抗弯承载力的影响较小，但会使受压区混凝土的应变分布更加均匀，从而使箱梁顶板受压的剪力滞效应明显减弱并增加构件的延性。
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