鋼纖維混凝土在橋面鋪裝的應(yīng)用與性能分析

摘要:
      以南寧市富寧立交跨線橋為例，對鋼纖維混凝土在橋面鋪裝的應(yīng)用，從機理性能、原材料的選用、配合比的設(shè)計原則及步驟、施工工藝進(jìn)行闡述，并提出施工要求。

關(guān)鍵詞:
      鋼纖維混凝土設(shè)計施工增強性能[ 中圖分類號]U443.33[ 文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B1. 項目概況富寧立交K0+026.497 跨線是南寧市較早采用鋼纖維混凝土進(jìn)行橋面鋪裝的大型橋梁。該橋主橋上構(gòu)采用3×25m 先簡支后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋，下構(gòu)為鋼筋混凝土圓柱橋墩，樁基礎(chǔ)、樁柱埋置式橋臺，橋梁全長81.0m，.. 總寬41.0m，2×12.75m( 機動車道）+3 ×1.0m （分隔帶）+2 ×3.5m （非機動車道）+2 ×2.0m （人行道寬2.3～3.0m）+2×.. 0.25m （欄桿）。橋面鋪裝241.8m3 ，.. 為厚8cm 的鋼筋混凝土，采用C40號混凝土，為防止橋面鋪裝過早地出現(xiàn)裂紋影響結(jié)構(gòu)使用，鋼纖維用量按砼的體積百分率計，采用1%～1.2%，.. 取得了良好的效果。2. 鋼纖維混凝土的技術(shù)指標(biāo)普通混凝土抗壓強度等級C40 鋼纖維混凝土的抗折強度5.0MPa 鋼纖維混凝土的抗壓強度50MPa 坍落度45mm

3. 原材料

3.1 鋼纖維的選擇

      通過篩選，選用80 年代國際開始發(fā)展起來的銑削鋼纖維，作為該項目橋面鋪裝混凝土的增強材料，具體采用上海哈瑞克斯金屬制品有限公司生產(chǎn)的抗拉強度≥700MPa 的Ami04-32-600 型銑削型鋼纖維，該鋼纖維在混凝土中的橫縱截面均有鋸齒形邊，加上兩端有帶勾的錨尾，其與砂漿的粘結(jié)力成倍增加。

3.2 其它材料的選擇

      水泥, 廣西正大“獅座”42.5R普通硅酸鹽水泥; 碎石，5～32mm 石灰?guī)r，級配良好; 砂，五塘砂，級配良好，細(xì)度模數(shù)

2.84; 減水劑，

      YF-Ⅱ型緩凝高效減水劑，摻量1.7%; 膨脹劑，低摻、低堿高效膨脹劑。

4. 鋼纖維混凝土配合比設(shè)計

      鋼纖維混凝土的拌合料是由水泥、水、粗細(xì)骨料、鋼纖維及必要時摻入化學(xué)外加劑或摻加劑，按一定比例配制而成，拌合料各組成材料的正確選擇，對鋼纖維混凝土的物理力學(xué)性能和施工有重要的影響。橋面鋪裝層鋼纖維混凝土配合比設(shè)計，應(yīng)主要滿足設(shè)計彎拉強度與施工的和易性，彎拉強度隨纖維增加而增加，但和易性隨纖維增加而降低，因為混凝土摻入鋼纖維后，由于內(nèi)部摩擦力增大,其流動性顯著降低，為此，應(yīng)適當(dāng)增加用水量。按照《鋼纖維混凝土試驗方法》（CECS 13:89）.. 進(jìn)行試配，并考慮以下原則:

（1）為提高彎拉強度，鋼纖維長徑比應(yīng)盡量大，但為了和易性，長徑比又應(yīng)盡量小。該工程選用鋼纖維長徑比為35～40，合適的長徑比為35～50。

（2）含砂率:與粗集料粒徑及Vf 有關(guān)，鋼纖維混凝土含砂率隨Vf 增大而增大，隨粗集料粒徑增大而減小。該工程取值為45%。Vf為鋼纖維的體積率（圖紙設(shè)計為0.6%，通過試配取0.75%）。

（3）水灰比: W /C=0.38，一般為0.35～0.40范圍。

（4）用水量:在考慮鋼纖維混凝土和易性時，不能象普通混凝土一樣只考慮坍落度，因為鋼纖維混凝土在振搗前后工作能相差很大。

（5）水泥用量:在鋼纖維混凝土中，水泥用量要比普通混凝土大，每立方米混凝土水泥用量大于400kg。富寧立交跨線橋橋面鋪裝采用人工攤鋪的特點和施工方案，對水灰比、砂率、水泥用量、鋼纖維的摻量、坍落度等各主要控制指標(biāo)要求進(jìn)行試驗室試配后，配合比按重交通量水泥混凝土路面設(shè)計，設(shè)計抗拉強度5.0MPa，每立方米混凝土各種材料用量見表1。

混凝土配合比

根據(jù)表1所示，該工程每立方米混凝土材料用水量185kg，鋼纖維體積率Vf為0.75%，測得混合物工作度在8～12s，符和易性

要求。

5.鋼纖維混凝土橋面鋪裝施工

5.1 架立鋼筋安裝

      用風(fēng)鉆按施工圖要求尺寸的間距進(jìn)行鉆孔，進(jìn)行架立鋼筋的安裝，并用水泥漿錨固。5.2 鑿毛、清洗與測量放樣對已完成橋面整體化層鋪裝的橋面進(jìn)行標(biāo)高的聯(lián)測，對局部存在有水泥浮漿的地方人工鑿除，用高壓水沖洗橋面，保證橋面無混凝土浮漿、浮塵等雜物。對橋面進(jìn)行板塊劃分，按分塊圖測出各控制點的模板安裝控制標(biāo)高（設(shè)計標(biāo)高）。

5.3 鋼筋網(wǎng)安裝

      開鋪前對橋面所有預(yù)埋鋼筋、錨固架立鋼筋、預(yù)埋件（如排水管等）進(jìn)行全面的檢查，保證滿足設(shè)計和規(guī)范的要求。鋼筋接頭在縱縫位置須錯開。

5.4 模板安裝和板塊劃分

      模板用槽鋼，槽鋼底用水泥砂漿或砂填塞，防止漏漿，內(nèi)側(cè)刷脫模劑。標(biāo)高帶靠近人行道立緣石一側(cè)由于無槽鋼模板，可彈墨線控制其標(biāo)高。

5.5 鋼纖維混凝土拌和

鋼纖維混凝土的攪拌原則是先干拌后濕拌。為防止鋼纖維混

路橋天地

      凝土在攪拌時綱纖維結(jié)團(tuán)，不宜將水泥與鋼纖維直接拌和，應(yīng)采用“集料+ 鋼纖維+ 集料+ 水泥”的投料方法，且在施工時每拌一次的攪拌量不宜大于攪拌機額定攪拌量的80%。采用滾動式攪拌機拌和，在攪拌混凝土過程中必須保證鋼纖維均勻分布，應(yīng)采用鋼叉抖料法，即將過磅的鋼纖維用鋼叉投入拌和機料斗中，一層鋼纖維一層砂，使砂起到分散隔離作用。為保證混凝土混合料的攪拌質(zhì)量，采用先干后濕的拌和工藝。應(yīng)根據(jù)拌和物的粘聚性、均勻性及強度穩(wěn)定性試拌，確定最佳拌和時間。鋼纖維與水泥、粗細(xì)骨料和砂先干拌不得少于1min，在拌和時鋼纖維分三次加入拌和機中，最后加水濕拌35s，總攪拌時間不超過6min，超攪拌會引起鋼纖維結(jié)團(tuán)。一旦發(fā)現(xiàn)有鋼纖維結(jié)團(tuán)，就必須剔除掉;有銹蝕、易結(jié)塊的鋼纖維不得使用，以防止因此而影響混凝土的質(zhì)量。采用拖拉機運輸至澆筑點。施工時注意預(yù)留出拖拉機通道。

5.6 混凝土的攤鋪及振搗

      由于混凝土坍落度很小，凝結(jié)時間快，拌和料從攪拌機出料后，運至鋪筑地點攤鋪，振搗做面，直至澆筑完畢。嚴(yán)格掌握振搗方法，采用“先插后平”振搗方法，插振時為減少鋼纖維向振動棒聚集的集束效應(yīng)，將振動棒以線路方向插入，快插慢拔，迫使鋼纖維呈縱向條狀集束，使鋼纖維排列有利于板面收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力及荷載傳遞。采用平板振動器可將表面豎立的鋼纖維和碎石壓下，砂漿提上來，有利于提高混凝土表面耐磨度。

5.7 切縫和灌縫

      拆除模板后，在混凝土強度達(dá)到8～15MPa時切縫（8小時左右），.. 為保證在切縫過程不產(chǎn)生鋼纖維被帶起，切縫其強度應(yīng)大于普通混凝土5MPa 左右。灌縫，要求用水清洗干凈縫中的塵土后待水干，嵌入直徑為15mm 多孔泡沫塑料后用瀝青灌縫，要求填料飽滿、均勻、厚度一致，其效果達(dá)到不缺失、不開裂，以保證該處不滲水。

5.8 硬刻槽

      在路面強度達(dá)到6～12MPa 后用刻槽機刻制橫向抗滑溝槽，采用槽間距25mm 、槽寬2.5mm 、槽深3.5mm 的等間距矩形槽。

5.9 橋面鋪裝層的養(yǎng)生

薄膜覆蓋7d，.. 灑水養(yǎng)生14d 。

6. 鋼纖維混凝土橋面鋪裝性能評價

6.1 抗折強度、抗壓強度、劈裂抗拉強度

      混凝土的強度試驗是將養(yǎng)護(hù)到規(guī)定28d 齡期的小梁試件（150mm×150mm×550mm）.. 按三分點法測定其抗折強度，然后用立方體試件（150mm×150mm×150mm）.. 進(jìn)行抗壓強度試驗。橋面鋪裝試驗段養(yǎng)護(hù)到規(guī)定28d 齡期后在板中間部位鉆孔取樣，試件尺寸直徑150mm，.. 厚度與鋪裝面同為8cm，.. 進(jìn)行劈裂抗拉強度試驗。結(jié)果見表2 。

試驗結(jié)果表明，鋼纖維混凝土的強度比同配合比的普通混凝土有所提高，其中抗折強度增長了22.18%，.. 抗壓強度增長5.41%，劈裂抗拉強度增長69.56% 。試驗結(jié)果很明顯地顯示出，摻入鋼纖維能較大幅度地提高混凝土的抗折強度和劈裂抗拉強度，使混凝土的脆性有所降低，但抗壓強度增加很少。

6.2 耐磨性能

      試驗按T0527-1994 的規(guī)程進(jìn)行，制作混凝土試件尺寸為150mm×150mm×70mm 。養(yǎng)護(hù)至28d 進(jìn)行試驗，試驗首先將試件提前1d從養(yǎng)護(hù)室中取出，自然干燥12h，放入60℃.. 的烘箱中繼續(xù)烘12h;然后將試件放在帶有花輪磨頭的TMS-04型水泥砂耐磨試驗機的水平轉(zhuǎn)盤上，在200N 的負(fù)荷下磨削50h，.. 并稱量試驗前后的質(zhì)量，按下式計算單位面積的磨耗量。G=[（M0-M1）/0.0125]×100 式中:G ——單位表面積磨損量(kg/m2); M0 ——試件的原始質(zhì)量(kg);M 1 ——試件磨削后的質(zhì)量(kg); 0.0125 ——試件磨損面積(m2) 。

試驗計算結(jié)果:

      普通混凝土為5.829kg/m2 ; 鋼纖維混凝土為4.418kg/m2?？梢婁摾w維混凝土耐磨性優(yōu)于普通混凝土，耐磨性能提高了24.21% 。

7. 鋼纖維在混凝土中的增強性能機理

      鋼纖維混凝土中均勻無序亂向分布的短纖維的主要作用是阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴展和防止宏觀裂縫的發(fā)生。因此對于混凝土的抗拉強度和主要由拉應(yīng)力控制的抗剪、抗彎、抗扭強度有明顯的改善作用, 即使在混凝土發(fā)生一定裂縫的況下, 仍然對混凝土的承載能力具有很大的貢獻(xiàn), 只有當(dāng)纖維從混凝土中拔出的時候，抗拉強度才會下降。鋼纖維對混凝的抗彎、抗壓疲勞性能的改善也比較明顯。而鋼纖維對混凝土的抗壓強度影響不大。通過試驗證明，鋼纖維混凝土破壞時，都是纖維從混凝土拔出，而不是拉斷，因此改善基體與鋼纖維的粘結(jié)力，成為提高鋼纖維混凝土力學(xué)性能的主要目標(biāo)。

8. 結(jié)論

      在橋面鋪裝中采用鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)，除了具有與普通鋼纖維混凝土一樣抗裂性強、耐老化、耐沖擊、耐疲勞、抗凍抗?jié)B性好等優(yōu)良性外，還快硬化、超早強、耐磨損，可以提高混凝土的抗拉強度，改善抗沖擊力、抗疲勞等性能，且施方便，澆注方法及澆注后外觀基本與普通混凝土相同，造價相對合理。從實際效果來看，富寧立交跨線橋于2001 年建成至今，橋面安全通暢，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益較好。

（作者單位:1. 南寧市建設(shè)委員會，南寧530023;  2. 廣西桂西公路管理  混凝土類型普通混凝鋼纖維混凝土抗折強度(MPa)