王斌
中国民航机场建设集团有限公司规划设计总院北京100101
摘要：本文主要论述了钢纤维混凝土的基本性能，以及目前钢纤维混凝土在机场工程中的一些应用实例。结合目前钢纤维混凝土的应用情况，提出了一些思考。
关键词：钢纤维；水泥混凝土；机场工程
水泥混凝土具有刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好、施工方便等优点，被广泛应用于机场道面等工程中。然而，水泥混凝土具有自重大、易开裂、抗拉强度度低、韧性差等固有缺陷。随着机场使用时间的增长，荷载和环境的综合作用，水泥混凝土易发生裂缝、断裂等损坏，影响使用性能和机场的运行安全。在水泥混凝土中掺入钢纤维，对混凝土基体能够起到阻裂、增强和增韧的作用，提高混凝土的抗拉、抗折、抗冲击等性能。因而，钢纤维混凝土也越来越多的被应用在机场的道面加铺、修补及排水等工程中。
1钢纤维混凝土的性能
1.1基本力学性能
钢纤维的掺入对混凝土的抗压强度影响不大，钢纤维混凝土的抗压强度主要取决于混凝土基体的性能，一般掺钢纤维的混凝土的抗压强度提高幅度在15%左右[1]。而掺加钢纤维对混凝土的抗折强度、抗拉强度、抗剪强度有明显的增强效果。抗折强度是机场水泥混凝土道面最重要的力学指标，当混凝土中掺加的钢纤维体积率在1%~2%范围内时，抗折强度可以提高30%~80%[2]，抗拉强度提高25%~50%，用直接双面剪试验所测定的抗剪强度提高50%~100%[3]。
1.2抗冲击性能
机场道面在使用过程中，飞机的起飞、着陆，以及滑行过程中因道面接缝或不平整和错台，对道面会产生不同程度的冲击作用。钢纤维混凝土对冲击能量的吸收能力较普通水泥混凝土要好。随着钢纤维掺量的提高，钢纤维混凝土的抗冲击性能大幅度提高。同时，动荷载作用下，钢纤维混凝土抗剥落能力较强，有裂而不碎的特点，因而适用于机场道面等承受冲击荷载的工程。
1.3抗疲劳性能
在重复荷载的作用下，钢纤维能够约束混凝土内部微细裂纹和裂缝的发展，缓解裂缝尖端的应力集中，延缓因裂缝开展导致破坏的过程，从而使得承受的疲劳作用次数增加。
1.4抗收缩性能
钢纤维对混凝土收缩裂缝的发展有一定的抑制作用，钢纤维混凝土的收缩量随着钢纤维掺量的增加而有所降低。钢纤维掺量为1%的钢纤维混凝土与相同配合比的普通混凝土比较，干燥收缩率减少20%以上[1]。抗收缩能力增强，道面板因收缩产生的内应力降低，从而可以减少和延缓道面裂缝的发生和扩展。
1.5其他性能
除上述性能外，钢纤维混凝土的耐磨性能也有一定的提高，较普通水泥混凝土，钢纤维混凝土的磨耗率要减少20%~30%[2]。另外，抗冻性、耐热性、耐腐蚀性等性能也都有不同程度的改善。因此，钢纤维混凝土的长期使用状况较普通混凝土要更好。
2钢纤维混凝土在机场工程中的应用实例概述
基于钢纤维能改善水泥混凝土的上述性能，使用钢纤维混凝土，有以下优点：
（1）减薄道面的铺装厚度；
因钢纤维混凝土具有较好的抗折强度、抗冲击性能和抗疲劳性能，根据经验，相同荷载条件下使用钢纤维混凝土，可以比普通混凝土路面厚度减薄40%~50%。
（2）纵缝可不设或少设、横向缩缝减少；
钢纤维混凝土有较好的抗拉性能和抗裂性能，施工条件允许的情况下，一般7~9m道面可以整幅施工，不设置纵缝。横向缩缝间距可延长至20~30m。这样可以提高道面平整度，减轻了飞机经过时的震动，减少了噪音，节省了伸缩缝的维修费用。
（3）延长使用寿命。
钢纤维混凝土抗疲劳性能较好，能够承受荷载重复作用次数更多。从破坏形式来看，一般无碎块，无崩裂，裂缝宽度小，不连续，这些特点均有利于提高道面的服务寿命。
鉴于钢纤维混凝土的优势，工程技术人员针对其在机场工程中的应用展开了一系列的研究和探索。
齐瑞江等[4]研究了5℃条件下，铣削型钢纤维掺量（体积掺量0.4%、0.8%、1.2%、1.6%）和养护龄期对混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂强度的影响。研究表明随着钢纤维掺量的增加，混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂强度随之增加，掺量较低时，强度增长不明显。研究还发现该种钢纤维混凝土有早强的特性，适宜用于修补机场道面的裂缝。从满足强度和经济适用的角度，建议钢纤维体积掺量为0.8%~1.2%。
唐寻等[5]研究了掺加粉煤灰和钢纤维的混凝土的抗压强度、抗折强度、折压比、耐磨耗等性能，结果表明，随着钢纤掺量的增加，抗压强度提高程度不大，抗折强度提高明显，同时折压比逐渐提高，混凝土的韧性和抗裂性得到改善。
钱进等[6]在盐城机场扩建工程中，采用钢纤维体积掺量为1.5%的混凝土对联络道道面进行加铺，最小浇筑厚度达到了7~10cm。
韩梅等[7]在浦东国际机场专机坪排水明沟盖板中掺入0.75%（体积率）的剪切型钢纤维，研究结果表明，混凝土的抗弯拉性能得到改善，使用效果较好。
李江华等[8]在大连周水子国际机场停机坪的排水沟改造中，在排水沟盖板中掺加1.28%（体积率）的剪切型钢纤维，极大的改善了盖板的抗剪性能、边角抗破碎能力，以及抗冲击疲劳能力，使用效果良好。
谢明逸等[9]在虹桥机场平滑道整修工程中，联络道与平滑道接坡段采用钢纤维混凝土以减薄道面的厚度，消除平滑道沥青混凝土面层凿除后与联络道之间12~25cm左右的台阶，新铺厚度在20cm以上的区域采用抗折强度为6.0MPa的钢纤维混凝土，厚度在16~20cm之间的区域采用6.5MPa的钢纤维混凝土并采用双层钢筋网补强。局部罩面下基层为质量状况良好的水泥混凝土结构的区域，凿除面层部分厚度的水泥砼，保证最小厚度大于10cm，采用抗折强度为6.0MPa的钢纤维混凝土罩面。
3钢纤维混凝土在机场工程中应用的注意事项探讨
水泥混凝土的基体强度，钢纤维的长径比、掺量，钢纤维与基体的粘结强度以及钢纤维在基体中的分布和取向等决定了钢纤维混凝土的性能。
3.1钢纤维的技术要求
用于机场工程的钢纤维品种、规格和质量应满足现行《纤维混凝土应用技术规程》（JGJ/T221）和《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/TF30）的有关要求。钢纤维的抗拉强度等级不低于600级（600~1000MPa）。钢纤维的长径比过小，不能充分地发挥钢纤维的增强效应；长径比过大，搅拌时容易结团互相缠绕，分散不均匀，增强效应也不明显，故长径比应控制在30~80范围内。钢纤维几何参数及形状精度要求见表1。
钢纤维应进行有效的防锈蚀处理，钢丝切断型纤维或波形、带倒勾的钢纤维，以及其他可能影响飞机或汽车安全行驶的钢纤维不应使用。
3.2钢纤维掺量的要求
钢纤维具有增稠作用，随着钢纤维掺量的增加，钢纤维的总比表面积大大增加，包裹钢纤维所需的水泥浆相应增加，同时钢纤维之间的交叉搭接作用增加了混凝土拌合物流动时的阻力，故钢纤维掺量过大，会影响到混凝土拌合物的和易性，提高成本，还会影响到钢纤维在混凝土基体中的分散；若掺量过小，钢纤维混凝土的增强效果又不明显。鉴于机场道面的防裂、耐磨和抗冲击等要求，《纤维混凝土应用技术规程》（JGJ/T221-2010）推荐的机场道面钢纤维掺量（体积率）为1.0%~1.5%。
3.3钢纤维混凝土应用存在的问题
钢纤维混凝土的设计强度应根据道面承受的荷载等要求确定。拌合时不得采用海水、海砂，不得掺加氯盐类早强剂、防冻剂等外加剂。钢纤维混凝土在机场工程施工和使用过程中一般会存在两个问题：钢纤维混凝土的和易性以及钢纤维在道面表面暴露的问题。
钢纤维混凝土较普通混凝土的坍落度有明显下降，一般情况下，钢纤维混凝土的坍落度值较相应的普通混凝土要小2~3cm0。所以，做配合比设计的时候，应该考虑适当增加钢纤维混凝土的设计坍落度，可以考虑钢纤维混凝土减少一定的粗骨料用量，同时可以增加减水剂的用量，以提高混凝土的坍落度。另外，有研究表明掺加粉煤灰，可以起到减水作用，达到改善拌合物流动性的效果[10]。
解决钢纤维在道面表面暴露的问题，一方面，在施工抹光时，若有钢纤维露出混凝土表面，要将钢纤维压倒抹平；另一方面，在使用钢纤维混凝土修补道面时，可在上面加一层素混凝土面层，防止钢纤维外露。
4结语
随着航空业务量的增加，机场越来越繁忙，重型飞机越来越多，对机场道面等结构物的耐久性、抗冲击性能等要求越来越高。与此同时，机场的使用年限逐渐增长，机场道面等面临的病害越来越多，养护、修补的任务越来越重。钢纤维混凝土凭借较好的抗折、抗冲击等性能，将被越来越广泛的应用在机场工程中。
参考文献：
[1]彭红霞.钢纤维混凝土在机场道面快速修补中的试验研究[D].北京工业大学，2002.
[2]王璋水，程铁生，章文纲.机场钢纤维混凝土道面的实验研究及工程应用[C]//全国纤维水泥与纤维混凝土学术会议.1994.
[3]程秀菊.钢纤维混凝土的增强机理及断裂韧性的研究[D].河海大学，2005.
[4]齐瑞江，乔亚玲.低温下超早强钢纤维混凝土在机场道面中的应用研究[J].工业建筑，2008（s1）：850-853.
[5]唐寻，李晓目，宋显宏.粉煤灰钢纤维混凝土在机场道面工程中的应用[J].混凝土，2008（9）：58-61.
[6]钱进，王冠.钢纤维混凝土在机场道面工程中的应用[J].公路，2013（3）：50-52.
[7]韩梅，万朝俊.钢纤维混凝土在浦东国际机场专机坪排水明沟盖板中的应用[J].上海公路，2001（4）：11-13.
[8]李江华，黄承逵.采用钢纤维混凝土制作机场排水沟盖板[J].工业建筑，1999（3）：62-64.
[9]谢明逸，朱鸣.虹桥机场平滑道道面钢纤维砼罩面施工实践[J].广东交通职业技术学院学报，2004，3（1）：55-57.
[10]迟维胜，孙惠香，王晓龙.原状粉煤灰与钢纤维复合用于机场道面混凝土[J].建筑材料学报，2013，16（3）：514-516.