一种混杂纤维的水泥混凝土路面.pdf

本发明涉及一种水泥混凝土路面，尤其是一种添加了混杂纤维的水泥混凝土路面，其特征在于混杂纤维由金属纤维和聚合物合成纤维组成，且金属纤维铺在路面底层的砂浆上面，其上摊铺了一层添加了聚合物合成纤维的水泥混凝土，两种纤维复合应用于水泥混凝土路面结构中会产生十分独特的叠加效用，既充分发挥了金属纤维可显著提高混凝土力学性能及抗变形性能的效用，又发挥了聚合物合成纤维能有效地阻止混凝土产生早期塑性裂缝、干缩裂缝和增加混凝土抗疲劳性能的作用，起到既增强又增韧的双重效应，著改善了混凝土路面的力学性能和耐久性，大幅度节省了工程造价。

1、  一种纤维水泥混凝土路面，水泥混凝土混合物中掺入了增强纤维，组其特征在于，所述增强纤维由金属纤维和聚合物合成纤维组成，且金属纤维撒铺在路面底层的砂浆上面，其上摊铺了一层添加了聚合物纤维的水泥混凝土。

2、  根据权利要求1所述的纤维水泥混凝土路面，其特征在于，金属纤维可以是钢纤维、层布式钢纤维、合金纤维、层布式合金纤维中的至少一种。

3、  根据权利要求1或2所述的混杂纤维水泥混凝土路面，其特征在于，聚合物合成纤维可以是聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、木质素纤维、矿物纤维、石棉纤维、纤维素纤维、芳纶纤维、碳纤维中至少的一种或它们的集束形网状纤维。

4、  根据权利要求3所述的纤维水泥混凝土路面，其特征在于，聚合物合成纤维在水泥混凝土中的添加的重量百分比为0.1％～1％。

5、  根据权利要求1或2所述的纤维水泥混凝土路面，其特征在于，金属纤维层的厚度可保持在0.1～0.9cm。

6、  根据权利要求3所述的纤维水泥混凝土路面，其特征在于，金属纤维层上面摊铺的添加了聚合物合成纤维的水泥混凝土厚度可保持在10～16cm。

7、  根据权利要求4所述的纤维水泥混凝土路面，其特征在于，金属纤维层的厚度可保持在0.1～0.9cm。

8、  根据权利要求7所述的纤维水泥混凝土路面，其特征在于，金属纤维层上面摊铺的添加了聚合物合成纤维的水泥混凝土厚度可保持在10～16cm。

一种混杂纤维的水泥混凝土路面
技术领域  本发明涉及一种水泥混凝土路面，特别是一种添加了混杂纤维的水泥混凝土路面。
背景技术  水泥混凝土作为路面建筑工程中的主要施工材料，已在国内外公路建设中被广泛使用，基于其所制成的水泥混凝土路面，无论是在强度、刚度、稳定性、耐久性，均具有良好的使用特性。随着技术、经济的的发展，水泥混凝土路面的使用越来越广泛，甚至成为一些地区修建高等级公路的首先类型。但是，普通水泥混凝土路面因自身水泥混凝土材料的限制，在应用过程中存在易收缩开裂、抗拉抗折强度低、韧性差、脆性大、抗冲击性能较低等问题，所以常常会导致水泥混凝土路面的使用寿命降低。
为此，解决水泥混凝土的早期抗裂问题，提高水泥混凝土路面的耐久性和使用寿命已成为业界十分关注的问题。目前人们常用的方法有采用先进的修补技术、加强路面的结构以及在整体混凝土中掺入纤维的方式来改善上述性能缺陷。但采用修补技术效果通常不理想，采用钢筋混凝土路面可以起到加强路面结构的效果又造价过高，通常人们在水泥混凝土中加入纤维来改善水泥混凝土的抗裂、抗冲击等性能。
钢纤维混凝土由于钢纤维的掺入增强了混凝土材料的抗拉和抗裂性能，作为一种性能优良的新型路面材料，它能显著提高混凝土的抗拉强度、抗弯拉强度、抗冲性、耐磨性和抗疲劳性。在路面工程中应用可以明显减薄路面厚度，改善路用性能。因此，钢纤维混凝土路面在最近几年内一直得到广泛的使用。
2000年12月第11卷第4期的《哈尔滨工程高等专科学校学报》中公开了一篇由陈渊召和吕贵锋共同发表的“钢纤维水泥混凝土路面研究初探”的学术论文，其中阐述了在普通水泥混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维，钢纤维与水泥混凝土共同作用，可以显著提高混凝土的各项性能指标，不仅提高了混凝土的抗拉、抗折、抗剪强度，而且由于它的阻裂性能使原来本质上是脆性材料的混凝土呈现出很高的抗裂性、延性和韧性。钢纤维加入对混凝土抗压性能改变不大，但是由于钢纤维阻止和延缓裂缝的发生和发展，使混凝土的抗拉强度有明显提高。将钢纤维按照适合比例添加到混凝土中，钢纤维混凝土抗折强度比普通混凝土提高31.7％，抗压强度提高22.6％。
虽然钢纤维对于水泥混凝土抗弯、抗拉强度的增强效果什么显著，可是在混凝土中全部添加钢纤维，不但大大提高了工程的造价，也增加了路面结构的附加荷载，还存在着拌和困难、使用过程腐蚀过重、寿命短等缺点。2000年5月的《新型建筑材料》第32～33页页公开了一篇由周恒良、倪修全发表的“路面钢纤维混凝土抗折强度偏低原因分析”的学术论文，其中阐述了不正规的钢纤维水泥混凝土的浇灌方法、不合适的配合比等都有可能降低钢纤维在水泥混凝土中所起的优良效果。
为了避免钢纤维加入水泥混凝土中所带来的成本过高、搅拌困难等问题，人们尝试着在混凝土中添加其他纤维。聚丙烯纤维对于降低混凝土早期塑性收缩及干缩有独到的效用，在混凝土中起到钢纤维难以起到的作用，它具有抗磨和抗冻融性能，抵抗温度应力，防止混凝土板角开裂和破损等特点。2002年《天津建设科技》增刊中第14～16页也公开了一篇由曹诚、刘兰强和王春阳等人发表的“关于聚丙烯纤维对混凝土性能影响的几点认识”的学术论文，其中说明了聚丙烯纤维能消除或减少水泥混凝土中原生裂缝的数量和尺度，这种效应不仅能有效阻止混凝土发生塑性开裂，对硬化混凝土的性能也非常有益；聚丙烯纤维虽然不能使硬化混凝土的准静载强度有明显提高，但通过提高混凝土的抗冲击能力和抗疲劳性能使路面桥面混凝土的使用性能得以改善，虽然聚丙烯纤维对改善路面的抗裂、抗拉强度有一定效果，但相对而言，它对于提高路面结构的抗弯拉强度作用却不够明显。
发明内容  为了克服现有技术的不足，本发明公开了一种混杂纤维水泥混凝土路面，它是由硬化的水泥混凝土混合物和混杂纤维组成的，其中混杂纤维是由金属纤维和聚合物合成纤维组成的，将纤维以适合的比例添加到水泥混凝土混合物中，硬化后用碾路机压平即可。复合纤维充分发挥了两种纤维的自身优势，同时起到了增强与增韧的双重效应：既发挥了金属纤维可显著提高混凝土力学性能及抗变形性能的效用，又发挥了聚合物纤维能有效地阻止混凝土产生早期塑性裂缝、干缩裂缝和增加混凝土抗疲劳性能的作用，提高混凝土抗裂性和耐久性。最终不但能大幅度提高了混凝土的抗弯强度、抗弯韧性及变形性能，显著提高混凝土的抗弯疲劳性能，而且还能解决混凝土早期塑性裂缝、收缩裂缝及干缩裂缝等问题。
本发明所述的混杂纤维水泥混凝土路面，其中含有金属纤维和聚合物合成纤维，金属纤维可以是钢纤维、层布式网状钢纤维、合金纤维、层布式网状合金纤维中的至少一种；聚合物合成纤维可以是聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、木质素纤维、矿物纤维、石棉纤维、纤维素纤维、芳纶纤维、碳纤维中的至少一种或它们的集束形网状纤维。
本发明所述的混杂纤维水泥混凝土路面，是添加了聚合物纤维和金属纤维的水泥混凝土路面，其在制备时，首先在在道路底层的砂浆上面均匀撒布一层较长的金属纤维，其厚度保持在0.1～0.9cm之间，然后再将添加了聚合物合成纤维的水泥混凝土摊铺在其上面，其厚度保持在15～16cm之间，依据路面地交通量和路基因素，整个水泥混凝土的摊铺层厚度可介于15～17cm之间，待所有的厚度确定后，用碾路机将其压平即可。
本发明所述的混杂纤维水泥混凝土路面，其中，聚合物合成纤维在水泥混凝土中的添加重量百分比为0.1％～1％。
本发明所述的混杂纤维水泥混凝土路面可应用于水泥道路、机场道面、工业厂房地板、停机坪、桥面铺装、堆石坝的面层、楼板、地下连续墙、剪力墙、大型空间结构的薄板结构和水利工程的抗冲刷部位等。
金属纤维可显著提高混凝土的抗弯拉强度，聚合物纤维对降低混凝土早期塑性收缩及干缩，提高混凝土的抵抗塑性开裂能力，具有明显的效果。将两种纤维复合应用于水泥混凝土路面结构中会产生十分独特的叠加效用，充分发挥了两种纤维的优势，既发挥了金属纤维可显著提高混凝土力学性能及抗变形性能的效用，又发挥了聚合物纤维能有效地阻止混凝土产生早期塑性裂缝、干缩裂缝和增加混凝土抗疲劳性能的作用，起到既增强又增韧的双重效应，复合纤维水泥混凝土路面结构及新材料，显著改善了混凝土路面的力学性能和耐久性，大幅度节省了工程造价，会产生显著的社会经济效益，全面推广应用的前景十分广阔。
具体实施方式
实例1：一种复合纤维水泥混凝土路面，将钢纤维与聚丙烯腈纤维联合使用，其路底层的砂浆上撒布了一层0.3cm左右的钢纤维，钢纤维上面摊铺一层厚16cm，添加重量百分比为0.2％的聚丙烯腈纤维混凝土，其抗弯拉强度较没有添加纤维的混凝土提高49％，抗疲劳寿命提高29.1倍。可明显提高混凝土的抗弯拉强度、抗疲劳寿命。
实例2：一种复合纤维水泥混凝土路面，将层布式钢纤维与聚丙烯腈纤维联合使用，其路底层的砂浆上撒布了一层厚为0.4cm左右的层布式钢纤维，钢纤维上面摊铺一层15cm厚，添加重量百分比为0.2％的聚丙烯腈纤维混凝土，复合纤维混凝土疲劳寿命较没有添加纤维的混凝土提高29.4倍。28天时，复合纤维使素混凝土抗弯强度提高49.7％，抗弯韧性指数提高19.6倍，复合纤维混凝等效抗弯强度高达2.5MPa。90天时复合纤维使混凝土抗弯韧性提高77倍，等效抗弯强度高达2.89MPa。
实例3：一种复合纤维水泥混凝土路面，将钢纤维与聚丙烯纤维联合使用，其路底层的砂浆上撒布了一层0.3cm左右的钢纤维，钢纤维上面摊铺一层厚16cm，添加重量百分比为0.2％的聚丙烯纤维混凝土，其抗弯拉强度较没有添加纤维的混凝土提高40％，抗疲劳寿命提高26.6倍。可明显提高混凝土的抗弯拉强度、抗疲劳寿命。
实例4：一种复合纤维水泥混凝土路面，将层布式钢纤维与聚丙烯纤维联合使用，其路底层的砂浆上撒布了一层厚为0.4cm左右的层布式钢纤维，钢纤维上面摊铺一层15cm厚，添加重量百分比为0.2％的聚丙烯纤维混凝土，复合纤维混凝土疲劳寿命较没有添加纤维的混凝土提高26.2倍。28天时，复合纤维使素混凝土抗弯强度提高47.2％，抗弯韧性指数提高16.3倍，复合纤维混凝等效抗弯强度高达2.1MPa。90天时复合纤维使混凝土抗弯韧性提高71倍，等效抗弯强度高达2.67MPa。
实例5：一种复合纤维水泥混凝土路面，将层布式钢纤维与芳纶纤维联合使用，其路底层的砂浆上撒布了一层厚为0.4cm左右的层布式钢纤维，钢纤维上面摊铺一层10cm厚，添加重量百分比为0.15％的芳纶纤维混凝土，复合纤维混凝土疲劳寿命较没有添加纤维的混凝土提高32.6倍。28天时，复合纤维使素混凝土抗弯强度提高62.3％，抗弯韧性指数提高16.3倍，复合纤维混凝等效抗弯强度高达4.76MPa。90天时复合纤维使混凝土抗弯韧性提高96倍，等效抗弯强度高达6.23MPa。
实例6：一种复合纤维水泥混凝土路面，将层布式钢纤维与碳纤维联合使用，其路底层的砂浆上撒布了一层厚为0.4cm左右的层布式钢纤维，钢纤维上面摊铺一层15cm厚，添加重量百分比为0.15％的碳纤维混凝土，复合纤维混凝土疲劳寿命较没有添加纤维的混凝土提高26.2倍。28天时，复合纤维使素混凝土抗弯强度提高58.6％，抗弯韧性指数提高14.2倍，复合纤维混凝等效抗弯强度高达4.64MPa。90天时复合纤维使混凝土抗弯韧性提高86倍，等效抗弯强度高达5.72MPa。
实例7：一种复合纤维水泥混凝土路面，将钢纤维与聚酯纤维联合使用，其路底层的砂浆上撒布了一层0.3cm左右的钢纤维，钢纤维上面摊铺一层厚16cm，添加重量百分比为0.2％的聚酯纤维混凝土，其抗弯拉强度较没有添加纤维的混凝土提高46％，抗疲劳寿命提高28.1倍。可明显提高混凝土的抗弯拉强度、抗疲劳寿命。