論纖維混凝土在橋梁工程中的運(yùn)用

柳 明

(四川三江港口航道工程建設(shè)有限公司)

1 纖維混凝土種類及性能

1.1 鋼纖維混凝土

鋼纖維混凝土的優(yōu)點(diǎn)在于抗裂的性能好，且在承受了相應(yīng)的負(fù)荷時(shí)變形的能力比較大。裂縫發(fā)生時(shí)，鋼纖維混凝土的變形是普通混凝土的兩倍多，裂縫發(fā)生后，鋼纖維混凝土因兩端有錨鉤，可把裂縫固定來(lái)減少混凝土的開(kāi)裂寬度，從而橋面可以繼續(xù)承受外力作用，從某種程度上分析，可以減小變形量。鋼纖維摻入量越大，混凝土的韌性就越大，甚至可達(dá)到普通混凝土的30 倍。

鋼纖維有以下幾種構(gòu)成形式。

(1)切削成形類

專用的鋼料切削加工成此類鋼纖維，纖維的橫截面是月牙形狀，纖維直徑達(dá)0.8 mm，界面面積大，材質(zhì)堅(jiān)挺，加工時(shí)容易摻拌，加至混凝土?xí)r不易起團(tuán);纖維還要做發(fā)藍(lán)的表面處理，防止銹蝕。由于纖維界面面積大，一定量的混凝土中加入的鋼纖維根數(shù)就比較少，從而確保其穩(wěn)定的性能、可靠的質(zhì)量。

(2)膠合類

此類鋼纖維外形為弓狀，矩形截面的截面邊長(zhǎng)0.5～1 mm，L/D=45～80，相對(duì)量較大，外觀顯得細(xì)長(zhǎng)，加入混凝土能被緊緊地裹住。其結(jié)構(gòu)與訂書釘類似，每根鋼纖維被膠合而成板的形狀，便于運(yùn)輸和摻合。

(3)剪切類

①平直型類:由軋制薄板的切邊料、沖邊薄板的角料、廢桶料等普通材料剪切成，剪切后一般不做表面處理。剪切類鋼纖維截面也為矩形，其邊長(zhǎng)一般為0.3～1.0 mm。

②異型類:由薄板的邊料剪切而成，橫截面仍是矩形，纖維的邊長(zhǎng)約0.4～0.8 mm。異形鋼纖維一般包括弓型、彎鉤型、條紋型、凹凸型等。異形鋼纖維在兩端或者全長(zhǎng)都做了變形處理，此類鋼纖維混凝土非常適合用于錨固。

1.2 化學(xué)纖維聚丙烯纖維

聚丙烯纖維是由化學(xué)高分子聚合物構(gòu)成的纖維，外觀為半透明的白色，結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)狀或束狀，攪拌于混凝土中時(shí)會(huì)散成單絲條狀;聚丙烯纖維外徑細(xì)，質(zhì)量輕，不會(huì)生銹，不起團(tuán)。它以聚丙烯為首要的材質(zhì)，以相應(yīng)的生產(chǎn)工藝制造而成的高強(qiáng)度束狀纖維;而聚丙烯是一種結(jié)晶型聚合物，其耐熱性強(qiáng)，不溶于水，與大多數(shù)的化學(xué)品(如酸、堿及有機(jī)溶劑)不會(huì)產(chǎn)生反應(yīng);聚丙烯的力學(xué)性能也十分優(yōu)異，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到33～41.5 MPa?；瘜W(xué)纖維混凝土中使用的聚丙烯纖維可以是單絲狀也可以是網(wǎng)狀。聚丙烯纖維混凝土的功用如下:具有出色的抗裂、抗?jié)B功能，同時(shí)還有極好的抗沖擊、抗疲乏性能，較好的耐磨功用等;其次，它還具有較好的抗凍融性、耐腐蝕性及改善混凝土脆性的特征。

2 纖維混凝土在橋梁工程中的運(yùn)用

2.1 鋼纖維混凝土在橋梁工程中的運(yùn)用

鋼纖維混凝土是一種新型的復(fù)合材料，它優(yōu)良的抗裂性能、彎曲性、抗沖擊性、耐疲勞性，可以使使用的混凝土厚度較少，伸縮縫的間距加長(zhǎng)。鋼纖維所受的應(yīng)力由纖維的長(zhǎng)徑比和界面的粘結(jié)強(qiáng)度情況決定，增強(qiáng)鋼纖維在橋梁施工混凝土中的應(yīng)用效果，首先要適當(dāng)增加鋼纖維的長(zhǎng)徑比，但也不能無(wú)限度加大，一般控制在30～100 范圍內(nèi)，比值過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使混凝土產(chǎn)生纖維結(jié)團(tuán)或者混凝土的均勻性不合格，從而影響鋼纖維混凝土的使用性能;其次要采取適當(dāng)?shù)拇胧┤缂尤胩砑觿﹣?lái)提高鋼纖維與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度。

鋼纖維混凝土的性能優(yōu)良、在施工中比較好操作，同時(shí)也很經(jīng)濟(jì)，它在橋梁工程的施工中有很大的作用，尤其隨著道路橋梁工程對(duì)建筑施工材料的要求越來(lái)越高，鋼纖維混凝土已廣泛地應(yīng)用于一般道路的路面、橋梁結(jié)構(gòu)、房屋建筑物等工程領(lǐng)域中。尤其是在橋梁的管道工程中，以鋼纖維混凝土制作成的壁厚達(dá)到25～50 mm 的圓管，可以承受相當(dāng)大的環(huán)向拉力和附加荷載。在公路橋梁工程里以鋼纖維混凝土制作成的薄壁連續(xù)箱形樑，橋梁面板等，抗彎疲勞壽命長(zhǎng)。也可使用于公路或機(jī)場(chǎng)路面，其中，根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，其抗折強(qiáng)度可提高30%～80%，抗彎疲勞強(qiáng)度可提高50%～80%，抗裂強(qiáng)度可提高10%～20%，沖擊韌性可提高2～4 倍。

2.2 聚丙烯纖維混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用

聚丙烯纖維混凝土廣泛應(yīng)用于剛性自防水結(jié)構(gòu)立交高架橋橋面、橋墩、超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。在立交橋的橋面板抗裂性研討試驗(yàn)中，對(duì)聚丙烯混凝土進(jìn)行了相關(guān)系列的縮短率測(cè)定試驗(yàn)和縮短應(yīng)力分析的工作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明聚丙烯纖維混凝土在應(yīng)用于橋梁工程時(shí)，具有較好的阻裂功用。其主要施工應(yīng)用的過(guò)程是:(1)根據(jù)每次攪拌混凝土的總量，按照配合比的要求計(jì)算每次應(yīng)該加入的纖維量;(2)接著使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)將砂石、水泥和纖維進(jìn)行攪拌，可把原料和纖維一同加入攪拌機(jī)，但要保證纖維加在原料中間，先干拌約30 s，加入水后，再濕拌30 s 秒左右，可以使纖維充分地?cái)U(kuò)散到原料中去;(3)完成后隨機(jī)取樣檢測(cè)，如果纖維在混凝土中已均勻分成單絲狀，則混合合格，如仍有成束的纖維存在，則要對(duì)攪拌時(shí)間加長(zhǎng)20～30 s，才可使用;(4)加入纖維的混凝土同普通混凝土施工的養(yǎng)護(hù)工藝完全一致。

聚丙烯纖維混凝土有優(yōu)良的抗裂性能，尤其對(duì)混凝土早起縮短裂縫并防止其擴(kuò)大化具有明顯的作用，聚丙烯纖維的摻入可以使得混凝土的抗?jié)B性能增加約為25%～50%。聚丙烯纖維的摻入可以使得混凝土內(nèi)部的原生裂紋范圍減小、數(shù)量減少，在橋梁工程中使用時(shí)，纖維的存在可以增加陡峭裂縫尖端應(yīng)力的會(huì)合程度，減小重復(fù)荷載下裂縫拓寬時(shí)的塑性區(qū)域構(gòu)成，能有效降低外力疲勞危害的累加。

2.3 纖維混凝土在橋梁中的具體應(yīng)用

(1)纖維混凝土橋面鋪裝

纖維混凝土作橋面鋪裝，是纖維混凝土運(yùn)用最成功、最廣泛的領(lǐng)域。纖維混凝土應(yīng)用于橋面鋪裝時(shí)，混凝土的配比數(shù)值同普通混凝土，不同在于用鋼纖維或聚丙烯纖維替代鋼筋網(wǎng)格，在鋪裝橋面時(shí)的厚度與普通鋼筋網(wǎng)混凝土的厚度相同;需要注意的是，剪切類鋼纖維混凝土中鋼纖維含量約為75～120 kg;聚丙烯纖維混凝土中為每立方米混凝土中聚丙烯纖維的含量約為0.9 kg，纖維含量偏多或偏少對(duì)橋面工程施工都有影響。

與鋼筋網(wǎng)混凝土相比，橋面鋪裝時(shí)，纖維混凝土在抗彎折、抗裂、抗疲勞、耐磨的綜合力學(xué)性能上比較優(yōu)異，尤其運(yùn)用于連續(xù)負(fù)彎矩的區(qū)段和較厚的橋面鋪裝時(shí)，其抗裂性能更是更勝一籌。

(2)加強(qiáng)梁體混凝土、改善抗裂性能

宜賓中壩金沙江大橋400 多米長(zhǎng)的連續(xù)橋梁，一般跨徑達(dá)20 m，主要跨徑達(dá)30 m。在第一、二步驟的澆注后，還未通車使用時(shí)，梁體的底部和側(cè)面已有大量明顯的裂紋存在。經(jīng)檢算，梁體的布筋完全滿足力學(xué)性能要求。對(duì)橋梁產(chǎn)生的裂紋進(jìn)行修復(fù)的措施，就要從其混凝土材料中著手，首先在橋梁外露面混凝土內(nèi)加防裂的細(xì)鋼筋網(wǎng);在梁體中加入聚丙烯纖維，含量是每立方米混凝土中約為0.9 kg，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，最后橋梁梁體裂縫的寬度變窄了。

(3)用纖維混凝土進(jìn)行舊橋加固

長(zhǎng)江大橋是一座修建近五十年，跨徑10 ×40 m +8 ×20 m，橋梁全長(zhǎng)510 m 的雙曲拱橋，從前的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)已不能適用于現(xiàn)在的交通需要。為了提高橋梁的承載力，補(bǔ)強(qiáng)方案擬采取增加拱肋緣鋼筋和補(bǔ)充澆筑拱背及波谷處的混凝土。對(duì)舊橋的加固施工方法是:首先鑿開(kāi)并露出拱肋下緣主筋和箍筋，在原來(lái)的下緣主筋處點(diǎn)焊2－Φ25 的新鋼筋，同時(shí)在外增加箍筋，最后噴射混凝土封住新加的下緣主筋和箍筋。以往加固施工使用的都是普通混凝土，具有反彈大、損耗量多、加固的效果不好等缺點(diǎn)，采用聚丙烯纖維混凝土噴射后，橋梁加強(qiáng)筋的回彈明顯減少，防裂效果也得到了增強(qiáng)。

(4)纖維混凝土組合橋面板

馬鞍山長(zhǎng)江大橋220 m +500 m +220 m 鋼懸索橋方案中，擬采用鋼纖維混凝土與鋼組合橋面板，除了橋面與普通鋼板橋面不同之外，截面其余部分兩者均一致。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，鋼橋面上的鋼板厚度可達(dá)13 mm，在鋼板頂面直接鋪瀝青混凝土，而組合橋面是將橋面的鋼板縮減至6 mm，在鋼板的頂面澆注斤9 mm 鋼纖維混凝土組合層，在鋼纖維混凝土的表面澆筑瀝青，形成后天的磨耗層。

(5)聚丙烯纖維混凝土應(yīng)用于鐵路地道橋

鐵路地道橋采用的是框架形式，框架的底板是支撐在基礎(chǔ)上的面支撐平板結(jié)構(gòu)，采用的現(xiàn)澆施工會(huì)收到基礎(chǔ)地面的約束加上鋼筋混凝土的約束作用，其收縮應(yīng)力大容易裂開(kāi)。地道橋的側(cè)墻直接與土體接觸，對(duì)混凝土的抗?jié)B性能要求較高。地道橋的頂板在澆筑時(shí)會(huì)受到側(cè)墻的約束而產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，在運(yùn)營(yíng)階段，地道橋頂板直接承受火車荷載，對(duì)抗沖擊和抗疲勞的要求較高。設(shè)計(jì)中常采用加強(qiáng)鋼筋布置、設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)等方法。為保證其特性，可在地道框架結(jié)構(gòu)中使用聚丙烯纖維混凝土，利用其優(yōu)良的抗裂、抗?jié)B、抗沖擊、抗疲勞特性，較全面地提高頂板、底板和側(cè)墻各部分的使用性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的橋梁工程中，纖維材料的使用，如鋼纖維材料和聚丙烯化學(xué)纖維，其優(yōu)越的物理力學(xué)性能，將發(fā)揮其最大效用，纖維混凝土因其優(yōu)良的性能，在橋梁工程中將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，取得越來(lái)越顯著的成就。

［1］李紅旗.道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用探討［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，(16):13－14.

［2］邱士權(quán).聚丙烯纖維混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用研究［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2007，(3):45－47.

［3］孟玉梅.公路橋梁施工中鋼纖維混凝涂技術(shù)的應(yīng)用探究［J］.黑龍江交通科技，2011，(8).