纖維混凝土在橋面鋪裝中的應(yīng)用

黃 柱， 胡雷挺

0 引 言

橋面鋪裝也稱行車道鋪裝，為橋梁主體結(jié)構(gòu)的保護(hù)面層，是車輛輪壓直接作用的部分；其功能在于防止車輪直接磨耗橋梁主體梁板結(jié)構(gòu)，保護(hù)主梁免受雨水侵蝕，對(duì)車輛輪壓集中荷載起到一定的擴(kuò)散作用，并提供相應(yīng)的行車舒適度。因此，用于橋面鋪裝的材料要有一定的強(qiáng)度、耐磨性，并不易開(kāi)裂［1］。

普通水泥混凝土造價(jià)低，耐磨性好，在早期的橋面鋪裝中應(yīng)用較多。但是，近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，物流運(yùn)輸不斷擴(kuò)張，大型集裝箱載重車日益增多，普通水泥混凝土易碎、易裂造成養(yǎng)護(hù)維修工作量加大，已逐漸不能適應(yīng)交通運(yùn)輸?shù)男枨?。因此，提高橋面鋪裝層的抗裂性、耐磨性，減少其養(yǎng)護(hù)維修工作量成為當(dāng)務(wù)之急。在這樣的前提下，纖維混凝土應(yīng)運(yùn)而生，以其良好的抗拉、抗彎、抗沖擊和抗裂性能，廣泛應(yīng)用于橋面鋪裝層中。文中將重點(diǎn)研究纖維混凝土在橋面鋪裝中的具體應(yīng)用。

1 國(guó)內(nèi)外有關(guān)纖維混凝土的研究

纖維混凝土以普通混凝土為基材，摻入各種短切纖維材料而制成。常用的短切纖維材料有兩大類，一類為低彈性模量纖維，如尼龍纖維、聚乙烯纖維和聚丙烯纖維等；另一類為高彈性模量纖維，如鋼纖維、碳纖維和玻璃纖維等［2］。

有關(guān)纖維混凝土的研究始于20世紀(jì)初，其中以鋼纖維在混凝土中的應(yīng)用與研究為最早。1910年，美國(guó)人Porter建議將短鋼纖維摻入水泥和混凝土中，以增強(qiáng)其抗拉力。1911年，美國(guó)的Graham正式將鋼纖維加入到普通鋼筋混凝土中，并驗(yàn)證了其具有一定的優(yōu)越性。此后，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家都相繼開(kāi)展了相關(guān)研究。20世紀(jì)70年代，在鋼纖維混凝土快速發(fā)展的同時(shí)，有關(guān)尼龍纖維混凝土、聚丙烯纖維混凝土和碳纖維混凝土等的研究也逐步加速；我國(guó)也于該時(shí)期引入纖維混凝土技術(shù)，許多高校和科研單位開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)研究。1986年，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)纖維水泥與纖維混凝土委員會(huì)在大連召開(kāi)了第一屆全國(guó)纖維水泥與纖維混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議。此后，每?jī)赡昱e行一次學(xué)術(shù)會(huì)議，總結(jié)討論纖維混凝土的應(yīng)用與研究成果［3］。

2 纖維混凝土在橋面鋪裝中的應(yīng)用

研究表明，纖維材料的加入可以有效減少混凝土的收縮裂縫，增強(qiáng)混凝土的韌性，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，改善混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗沖擊和抗疲勞荷載作用等性能［4］。因此，經(jīng)常將纖維混凝土用于承受重復(fù)荷載作用的橋面鋪裝層，增強(qiáng)橋面鋪裝層的抗裂性、耐久性，提高其行車舒適度，增強(qiáng)橋面鋪裝的抗折強(qiáng)度，降低鋪裝層厚度，減輕結(jié)構(gòu)自重，改善結(jié)構(gòu)的受力性能。

1987年，北京馬草河橋采用鋼纖維混凝土橋面鋪裝，其設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽-20，掛-100；單跨橋長(zhǎng)15m，設(shè)兩道縱縫，橫向未設(shè)縫；三幅路寬6m＋16m＋6m；橋面鋪裝厚10cm，橋面面積420m2；鋼纖維總用量3.5t，其單位體積用量100kg／m3。1988年，北京北四環(huán)安慧立交橋采用鋼纖維混凝土橋面鋪裝，其設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽-20，掛-100；橋長(zhǎng)200m，上、下兩幅度12.25m中間設(shè)縱縫，橫向15m設(shè)縫；橋面鋪裝厚9cm，橋面面積4 900m2；鋼纖維總用量49t，其單位體積用量100kg／m3［5］。2001年，投資3.2億元的湖北巴東長(zhǎng)江公路大橋正式動(dòng)工。該橋全長(zhǎng)900.5m，橋面寬19m，雙向四車道，車行道寬16m，兩側(cè)各設(shè)1.5m人行道；橋面鋪裝層采用100mm厚C40聚丙烯纖維防水混凝土澆筑［6］。利用纖維混凝土制作橋面鋪裝層，在實(shí)踐應(yīng)用中已非常頻繁。纖維混凝土橋面鋪裝施工工藝流程如圖1所示［7］。

圖1 纖維混凝土橋面鋪裝施工工藝流程

纖維混凝土橋面鋪裝前要制定出詳細(xì)的施工計(jì)劃，在保證安全的前提下，選擇施工干擾最小的場(chǎng)地；做好纖維混凝土的運(yùn)輸方案，必須在運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象，保證混凝土良好的施工性能；注意施工過(guò)程中的氣候影響，并備好各種施工機(jī)具。

纖維混凝土在投料、攪拌、運(yùn)輸、澆筑各施工環(huán)節(jié)中，均必須保證纖維材料分布的均勻性，這是制備纖維混凝土必須特別注意的問(wèn)題。只有保證纖維分布的均勻性，才能使其起到對(duì)混凝土增強(qiáng)、阻裂和增加韌性的各種良好作用。而投料之前纖維材料已經(jīng)結(jié)團(tuán)、纖維投料速度過(guò)快、纖維摻量過(guò)大、攪拌效率不足等原因均會(huì)造成纖維分布的不均勻。故必須根據(jù)情況選擇合適的纖維混凝土加工機(jī)具，如纖維材料分散機(jī)和強(qiáng)制式攪拌機(jī)等，以保證纖維混凝土拌合料的均勻性和其它相關(guān)質(zhì)量等［8］。

3 纖維混凝土在橋面鋪裝施工中的技術(shù)要點(diǎn)

市場(chǎng)上纖維材料的品種繁多，但是可以用于橋面鋪裝層的纖維材料必須具有強(qiáng)度高、彈性模量大、延伸率小等性能。如碳纖維材料，抗拉強(qiáng)度高，但由于其與水泥漿之間的粘附性差，所以必須進(jìn)行表面改性處理之后，才可用于纖維混凝土中。文獻(xiàn)［9］指出，交通運(yùn)輸部即將發(fā)行的《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30-2012）中指定用于橋面鋪裝層的纖維品種有:鋼纖維、玄武巖纖維、有機(jī)合成纖維及其混雜纖維，其中有機(jī)合成纖維主要為聚丙烯晴纖維、聚丙烯粗纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯醇纖維等，各種纖維的質(zhì)量均應(yīng)符合路用纖維的各項(xiàng)要求。規(guī)范中，對(duì)于鋼纖維的材質(zhì)、抗拉強(qiáng)度等級(jí)、形狀尺寸及其它技術(shù)要求，對(duì)于玄武巖纖維的規(guī)格尺寸、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長(zhǎng)率、密度、含水率和耐堿性等，對(duì)于合成纖維的品種、形狀尺寸、分散性和抗拉強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)均提出了詳細(xì)要求。另外，橋面纖維混凝土的配合比、橋面纖維混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、鋼筋網(wǎng)的安裝規(guī)定、坍落度及其損失控制、振搗密實(shí)性及其平整度要求及其它施工工藝要求等，均需滿足新規(guī)范要求。例如，橋面鋪裝層的纖維混凝土等級(jí)不應(yīng)低于主梁翼緣板，滿足耐久性要求的最低要求應(yīng)不小于C40級(jí)；纖維混凝土橋面鋪裝之前，鋼筋網(wǎng)的焊接、錨固和安裝等均應(yīng)符合要求；不同的纖維混凝土，需采用專門的運(yùn)輸和布料設(shè)備，施工時(shí)，各種設(shè)備不得碾壓鋼筋網(wǎng)；禁止將振搗不密實(shí)的纖維混凝土進(jìn)行強(qiáng)制攤鋪；橋面鋪裝纖維混凝土的坍落度要比普通鋼筋混凝土的大20～30mm，并需控制其坍落度損失量和損失速度，以保證其易于攤鋪；纖維混凝土橋面的縱、橫向縮縫，伸縮縫，隔離縫，漲縫等，均應(yīng)符合施工要求。

由于橋面鋪裝層和橋面板是先后不同時(shí)間澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)，考慮到新舊混凝土之間的粘結(jié)問(wèn)題，需選擇合適的界面劑來(lái)加強(qiáng)二者的結(jié)合，保證二者形成整體，共同受力。界面劑的施工可選擇噴灑或涂刷的方式進(jìn)行。此外，在進(jìn)行橋面鋪裝層混凝土澆筑工序之前，必須對(duì)現(xiàn)行施工完的橋面板進(jìn)行全面清潔，清除表面松散顆粒，清理施工中留下的機(jī)油、雜質(zhì)，去除橋面板表面微裂縫、水泥浮漿層等；適當(dāng)增加橋面板表面粗糙度，以保證其與新澆混凝土面層之間保持良好的粘結(jié)力；濕潤(rùn)橋面板，但必須保證其表面無(wú)積水現(xiàn)象；適當(dāng)增加纖維混凝土拌和時(shí)間，保證纖維的均勻分散性；并注意橋面鋪裝層澆筑完畢之后的灑水養(yǎng)護(hù)等［10］。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用纖維混凝土制作橋面鋪裝層，可以順應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，適宜日益增大的汽車載重量和交通運(yùn)輸量，抵抗重型交通，切實(shí)延長(zhǎng)橋面鋪裝層的使用年限，減少維護(hù)翻修的重復(fù)投資，并避免由此造成的交通擁堵等次生問(wèn)題。加之日益完善的施工標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的制定，為纖維混凝土橋面鋪裝施工提供了技術(shù)保證；如果再輔以施工技藝的調(diào)整，減少纖維混凝土的施工費(fèi)用，纖維混凝土橋面鋪裝發(fā)展將更為廣闊。

［1］ 李亞?wèn)|.橋梁工程概論［M］.2版.成都:西南交通大學(xué)出版社，2006.

［2］ 陳志源，李啟令.土木工程材料［M］.2版.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2003.

［3］ 張紅州.纖維混凝土界面性能及纖維作用機(jī)理研究［D］:［碩士學(xué)位論文］.廣州:廣東工業(yè)大學(xué)，2004.

［4］ 楊雯雯.纖維混凝土力學(xué)性能及耐久性能試驗(yàn)研究［D］:［碩士學(xué)位論文］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2012.

［5］ 馬林杰.鋼纖維混凝土的特性及在路橋面中的應(yīng)用［J］.呼倫貝爾學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，15（2）:111-112，12.

［6］ 單俊鴻，周明凱，李北星.微膨脹聚丙烯纖維混凝土在巴東長(zhǎng)江公路大橋橋面鋪裝中的應(yīng)用［J］.水利水電技術(shù)，2005，36（3）:44-46.

［7］ 單俊鴻.高性能橋面鋪裝混凝土的研究與應(yīng)用［D］:［碩士學(xué)位論文］.武漢:武漢理工大學(xué)，2006.

［8］ 王婷.鋼纖維混凝土在橋面鋪裝工程中的應(yīng)用技術(shù)研究［D］:［碩士學(xué)位論文］.鄭州:鄭州大學(xué)，2005.

［9］ 付智，李紅.纖維混凝土路面與橋面施工技術(shù) 《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30-2012）解讀［J］.混凝土世界，2012，41（11）:20-31.

［10］ 趙鳳杰.柔性纖維混凝土在橋面鋪裝工程中的應(yīng)用技術(shù)研究［D］:［碩士學(xué)位論文］.重慶:重慶交通學(xué)院，2005.