鋼纖維混凝土及其在橋面鋪裝中的應(yīng)用

1、鋼纖維混凝土及其在橋面鋪裝中的應(yīng)用1 鋼纖維混凝土概述鋼纖維混凝土 ( Steel Fiber Reinforced Concrent. 簡(jiǎn)稱 SFRC) 是一種由水泥、粗細(xì)集料和隨機(jī)分布的短鋼纖維組合而成的復(fù)合材 料。鋼纖維混凝土中的鋼纖維呈三維亂向分布， 沿每個(gè)方向都有增強(qiáng) 和增韌的作用， 尤其對(duì)復(fù)雜應(yīng)力區(qū)增強(qiáng)非常有效， 可使混凝土物理力 學(xué)性能產(chǎn)生質(zhì)的變化， 大大提高混凝土抗裂性能和抗沖擊性能， 使原 本脆性的混凝土材料呈現(xiàn)很高的延性和韌性， 以及優(yōu)良的抗凍、 耐磨 性能，特別適用于要求連續(xù)、快速澆注混凝土的較大工程。橋梁的混凝土橋面鋪裝層由于重型車(chē)輛的使用、交通量的增加， 損壞非常嚴(yán)重

2、，維修周期越來(lái)越短，這不僅妨礙了交通安全，也給維 修工作帶來(lái)不便。若改用SFRC鋪裝橋面層，則可使面層厚度減薄， 伸縮縫間距加大，從而改善橋面的使用性能，降低維修費(fèi)用，延長(zhǎng)使 用壽命。SFRC應(yīng)用于橋面鋪裝層，一般有兩種：一種為部分粘結(jié)式的鋪 裝層；一種為SFRC增強(qiáng)鋼筋網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)混凝土鋪裝層，亦稱為復(fù)合 式鋪裝層。鋼纖維的品種及性能是影響鋼纖維混凝土質(zhì)量的主要因素， 鋼纖 維主要有以下幾種：切斷鋼纖維。剪切鋼纖維。熔抽鋼纖維鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)表現(xiàn)在當(dāng)混凝土基體剛剛出現(xiàn)微裂縫時(shí)， 鋼纖維混凝土并未立即破壞， 而是隨著裂縫的穩(wěn)定擴(kuò)展， 承載力繼續(xù) 上升，直到裂縫寬度增大到一個(gè)臨界值時(shí)，鋼纖維逐

3、漸拔動(dòng)或拔出， 鋼纖維混凝土才由于發(fā)生突然性的裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展而破壞。 為防止鋼纖 維混凝土因鋼纖維被拉斷而失去強(qiáng)度，鋼纖維的抗拉強(qiáng)度不低于 380kPa,鋼纖維表面不得有油污和其他妨礙鋼纖維與水泥漿粘結(jié)的雜 質(zhì)。鋼纖維內(nèi)含有的鐵屑及雜質(zhì)總量不得超過(guò) 1%.鋼纖維混凝土的水 泥用量較一般混凝土高出10噓右。細(xì)集料砂的粒徑為0.155mm粗 集料碎石最大粒徑不宜大于20mm或鋼纖維長(zhǎng)度的2/ 3.為保證鋼纖 維拌和物的和易性，混凝土的砂率一般不低于 50%，必要時(shí)摻入減水 劑或超塑化劑以降低水灰比。2 鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)鋼纖維混凝土配合比的設(shè)計(jì)步驟與普通混凝土大體相同， 所配置 的鋼纖維混凝土

4、要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)滿足抗拉、抗壓、抗折強(qiáng)度要求。 通過(guò)對(duì)鋼纖維混凝土的力學(xué)基本性能的研究發(fā)現(xiàn)鋼纖維的加入對(duì)混 凝土的抗壓強(qiáng)度提高不大， 但抗壓韌性有很大改善。 鋼纖維混凝土當(dāng) 水灰比及集料最大粒徑變化不大時(shí)， 鋼纖維含量特征參數(shù)影響鋼纖維 混凝土的抗拉強(qiáng)度。 鋼纖維混凝土極限荷載往往高于初裂荷載， 初裂 荷載與極限荷載的比值一般在 0.81.0 之間，并且初裂荷載、極限 荷載及韌性均隨鋼纖維混凝土含量的增大而增大。 在相同鋼纖維含量 情況下，鋼纖維混凝土強(qiáng)度隨鋼纖維的強(qiáng)度增大而增大。 隨鋼纖維直 徑增大而減小。 鋼纖維混凝土抗剪強(qiáng)度隨水灰比的減小而增大， 隨鋼 纖維體積率的增大而增大。3 鋼纖維

5、混凝土在橋面工程中的應(yīng)用橋面鋪裝也稱行車(chē)道鋪裝， 是鋪筑在橋面板上的防護(hù)層， 是橋梁 結(jié)構(gòu)的重要組成部分。 作用是保護(hù)屬于主梁整體部分的行車(chē)道板不受 車(chē)輛輪胎的直接磨耗， 防止主梁遭受雨水的侵蝕， 并能使車(chē)輛輪重的 集中荷載起一定的分布作用。 由于橋面天然敞露而受到大氣影響十分 敏感，根據(jù)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 建橋時(shí)因?qū)蛎驿佈b重視不足而導(dǎo)致日后 修補(bǔ)和維護(hù)的弊病不少，因此，如何合理改進(jìn)橋面的構(gòu)造和施工，愈 來(lái)愈引起人們的注意。 而且，橋面鋪裝質(zhì)量的好壞和使用耐久性將直 接影響到汽車(chē)的行駛質(zhì)量和使用耐久性。鋼纖維混凝土因其具有良好的抗裂性、抗彎曲性、耐沖擊性、耐 疲勞性的特點(diǎn)，在橋面鋪裝中使用較一般

6、水泥混凝土具有以下幾點(diǎn)優(yōu) 勢(shì)：第一，減薄鋪裝厚度。 鋼纖維混凝土在相同荷載條件下鋪裝厚度 可減少 30%50%，這樣既減少了工程量又降低了橋梁恒載。第二，加強(qiáng)橋面鋪裝與伸縮縫的連接強(qiáng)度。 橋面伸縮縫是整個(gè)橋 面的薄弱環(huán)節(jié)， 在車(chē)輛的行駛過(guò)程中， 由剛性橋面過(guò)度到柔性伸縮縫 再到剛性橋面， 不可避免地產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)， 震動(dòng)釋放出的巨大能量 對(duì)伸縮縫與混凝土連接結(jié)構(gòu)極具破壞性。 鋼纖維混凝土因其較強(qiáng)的耐 沖擊性保證其與伸縮縫連接鋼筋牢固粘結(jié)， 使伸縮縫發(fā)生的變形、 位 移、或翹曲都較小，大大提高了伸縮縫的使用壽命。第三，延長(zhǎng)了橋面的使用壽命。在重交通荷載作用下，鋼纖維混 凝土橋面開(kāi)列要比普通混凝土

7、緩慢得多， 其橋面裂縫寬度小， 不連續(xù) 開(kāi)列后延性仍很好，混凝土剝落、坑槽現(xiàn)象很少。這都有利于橋面和 橋梁的使用壽命，改善了車(chē)輛的行駛條件。4 鋼纖維混凝土橋面鋪裝施工及養(yǎng)護(hù)4.1 鋼纖維的分散由于鋼纖維一般用箱裝或袋裝， 體積較密實(shí)， 在投入攪拌機(jī)拌和 前，用鋼叉將其中的成團(tuán)鋼纖維打散開(kāi)，或應(yīng)用機(jī)械方法加以分散， 否則會(huì)引起鋼纖維的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象， 影響施工質(zhì)量。 在拌和料中加入的鋼 纖維應(yīng)分散均勻， 才能在混凝土中起到增強(qiáng)作用， 如果加入的鋼纖維 分散不均勻， 將使混凝土缺少鋼纖維或鋼纖維結(jié)團(tuán)， 不僅沒(méi)有增強(qiáng)作 用，還會(huì)引起局部強(qiáng)度削弱。鋼纖維混凝土混合料按設(shè)計(jì)配合比規(guī)定材料用量進(jìn)行配制。 為了

8、 使鋼纖維在混凝土中分布均勻、不結(jié)團(tuán)，必須控制好投料順序、攪拌 方法和時(shí)間， 這是有別于普通混凝土的關(guān)鍵工藝， 也是保證施工質(zhì)量 的重要環(huán)節(jié)。必須使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)， 宜采用先干拌后濕拌的方法， 根據(jù)攪拌 機(jī)容量和施工配合比確定一次攪拌量， 為避免超載， 一次攪拌量不宜 大于攪拌機(jī)額定攪拌量的 80%.正式澆筑前進(jìn)行試拌，鑒定拌和質(zhì)量 合格后，才正式開(kāi)工。4.2 投料順序投料順序?yàn)椋核槭?鋼纖維干拌 1mi n-砂-水泥-鋼纖維干拌 lmin. 在投入鋼纖維時(shí)用網(wǎng)篩均勻撒入料斗中，不要成堆倒入。4.3 拌和方法 先干拌后濕拌。上料干拌，觀察鋼纖維是否成團(tuán)，干拌時(shí)間應(yīng)在1min以上，但不宜超過(guò)2m

9、in,如有成團(tuán)現(xiàn)象時(shí)，在轉(zhuǎn)盤(pán)投料時(shí)要調(diào) 整鋼纖維分散程度，可分次投入鋼纖維，直到不成團(tuán)為止，然后確定 投料時(shí)間及方式；干拌之后要加水減水劑水溶液濕拌,濕拌時(shí)間為 1.5min 左右。嚴(yán)格控制拌和時(shí)間,拌和時(shí)間總計(jì) 6min 左右。攪拌 好的SFRC應(yīng)該是鋼纖維均勻分散在整個(gè)混凝土拌和物中，無(wú)粘團(tuán)和 集結(jié)現(xiàn)象。拌合時(shí)間要比普通混凝土長(zhǎng) 1mi n，嚴(yán)格控制混凝土坍落 度,鋼纖維混凝土拌合均勻是控制質(zhì)量的關(guān)鍵。4.4 運(yùn)輸鋼纖維混凝土坍落度較小， 不宜采用混凝土攪拌車(chē)運(yùn)輸， 可采用 自卸汽車(chē)運(yùn)輸， 作業(yè)時(shí)要嚴(yán)格控制運(yùn)輸時(shí)間。 由于鋼纖維混凝土中加 入減水劑， 必須盡量加快施工速度。 必須符合鋼纖維

10、混凝土拌和料運(yùn) 輸、鋪筑完畢的允許最長(zhǎng)時(shí)間。 拌和料從攪拌機(jī)卸出到澆筑不宜超過(guò) 30min. 運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)避免拌合物離析， 已產(chǎn)生離析的， 應(yīng)作二次拌和 后方可灌筑。4.5 澆筑在橋梁伸縮縫之間為一個(gè)連續(xù)施工區(qū)段， 在連續(xù)施工區(qū)段內(nèi)的鋼 纖維混凝土必須連續(xù)澆筑。 稠度相同的鋼纖維混凝土看起來(lái)比普通混 凝土干澀， 但經(jīng)振搗后仍表現(xiàn)為較好和易性， 因而嚴(yán)禁在澆筑時(shí)往拌 和料中加水。而且澆筑過(guò)程在一定規(guī)定連續(xù)的區(qū)域內(nèi)不得中斷。第一，攤鋪。用機(jī)翻車(chē)運(yùn)輸至指定地點(diǎn)，用人工將SFRC半和料大致鋪整平，攤鋪系數(shù)按 1.21.3 控制，鋼纖維混凝土松鋪系數(shù)較 普通混凝土的要大， 在攤鋪時(shí)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，

11、無(wú)論機(jī)械或人工 布料，均應(yīng)保證鋼纖維混凝土能均勻攤鋪在橋面上。 人工布料時(shí)應(yīng)用 鐵鍬反扣法將鋼筋孔隙先填滿，再鋪平其他部分。嚴(yán)禁拋擲和摟耙， 防止混凝土半和物離析。 在攤鋪過(guò)程中如有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象， 及時(shí)用人工撕 開(kāi)抖散或剔除，以免發(fā)生蜂窩。第二，振搗壓實(shí)。鋼纖維混凝土半和料振搗密實(shí)，要比普通水泥 混凝土半和料振搗密實(shí)所消耗能量大，振搗時(shí)間長(zhǎng)，但也不能過(guò)振， 振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)， 也會(huì)引起鋼纖維下沉， 使其結(jié)構(gòu)上層與下層鋼纖維分 布密度不均勻。 必須用大功率平板振動(dòng)器振搗密實(shí)使鋼纖維呈二維平 面分布，這樣在平面內(nèi)鋼纖維硅受力才均勻。 先用插入式振動(dòng)器沿模 板邊沿振搗， 最后用梁式振動(dòng)器振搗整平， 嚴(yán)禁使用

12、插入式振搗器在 混凝土內(nèi)部插搗， 以確保鋼纖維在混凝土中的均勻分布。 在振動(dòng)梁施 工過(guò)程中， 應(yīng)對(duì)混凝土不足處或多余處及時(shí)處理， 如發(fā)現(xiàn)有鋼纖維團(tuán) 出現(xiàn)，要及時(shí)將團(tuán)狀物打撒并均勻撒于混凝土中。 用表面帶凸棱的金 屬圓滾筒將豎起鋼纖維及浮在面上的鋼纖維和石子壓下去， 然后用金 屬圓滾筒將表面滾壓平整。第三，刮板整平表面。滾壓平整后，用 3mm以上刮尺或刮板進(jìn) 行縱橫向精平表面， 施工時(shí)要及時(shí)將刮起的鋼纖維壓入混凝土中， 以 確?；炷林袖摾w維不外漏表面。 鋪裝表面可為糙面， 這樣有利瀝青 層連結(jié)，不需抹壓太光。4.6 切縫橋面鋪裝由于縱向分幅施工不設(shè)縱向施工縫， 橫向在每個(gè)墩頂部 設(shè)一道橫向假縫，其它以 1520m 間距設(shè)橫向假縫，并與防撞欄的假 縫對(duì)齊，縫寬35mm縫深2.5cm,切縫時(shí)間由氣溫和 SFRC強(qiáng)度確 定：一般強(qiáng)度控制在815MPa為宜。切縫完成后用聚氨脂焦油灌縫。4.7 抗滑處理由于普通混凝土橋面施工常用的壓槽法和拉槽法難以達(dá)到高速 公路抗滑構(gòu)造深度要求,且易將鋼纖維帶出,我們采用刻槽法施工, 具體做法是在鋼纖維混凝土初硬后（強(qiáng)度815MPa用刻槽機(jī)橫向 刻槽，