鋼纖維混凝土在橋面鋪裝中的施工技術(shù)研究

遲 飛 飛

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

鋼纖維混凝土在橋面鋪裝中的施工技術(shù)研究

遲 飛 飛

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

介紹了鋼纖維混凝土選材與配合比設(shè)計(jì)要求，從施工準(zhǔn)備、預(yù)埋鋼筋、支立模板、投料、壓實(shí)、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)，闡述了鋼纖維混凝土在橋面鋪裝中的施工技術(shù)，指出鋼纖維混凝土具有較高的抗拉強(qiáng)度、抗沖擊性、耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，可延長(zhǎng)橋面的使用年限。

鋼纖維混凝土，橋面鋪裝，配合比，施工工藝

0 引言

隨著超載和重載的加劇以及環(huán)境條件的惡化，傳統(tǒng)的混凝土橋面鋪裝使用年限越來(lái)越短，其實(shí)際壽命有時(shí)還不到設(shè)計(jì)年限的一半，為此，必須在普通混凝土中添加鋼纖維并配置鋼筋以抵抗重交通，達(dá)到延長(zhǎng)鋪裝結(jié)構(gòu)使用壽命，減少維修次數(shù)的目的。

鋼纖維混凝土(簡(jiǎn)稱(chēng)SFRC)是指隨機(jī)在普通混凝土中摻入亂向分布的鋼纖維所形成的一種多相復(fù)合材料，鋼纖維不僅能夠有效的阻止和抑制混凝土內(nèi)部微裂縫和宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)展，同時(shí)，與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土具有較高的抗彎拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度以及良好的抗沖擊性、抗凍性、耐磨性和抗疲勞性等一系列優(yōu)良的性能。鋼纖維混凝土在我國(guó)的路面和橋面的研究已經(jīng)有20多年的歷史，但是理論和在施工過(guò)程中應(yīng)用的研究還處在初級(jí)階段，對(duì)應(yīng)工程的施工質(zhì)量也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。本文將著重對(duì)鋼纖維混凝土的施工技術(shù)進(jìn)行研究，為相關(guān)的工程提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料的選擇

1)鋼纖維。目前市場(chǎng)上鋼纖維的品種很多，也很龐雜，大體上按材質(zhì)可分為碳素鋼纖維、低合金鋼纖維、不銹鋼纖維；按生產(chǎn)工藝劃分有:切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、銑削型鋼纖維、熔抽鋼纖維；按形狀可分為平直形鋼纖維和異形鋼纖維等。但是，在眾多的鋼纖維中，適合橋面混凝土鋪裝的卻不多，橋面對(duì)鋼纖維的物理性能要求較高，纖維的單絲抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于600 MPa，并宜使用1 000 MPa鋼纖維；不宜使用無(wú)防銹蝕要求的碳素鋼纖維；同時(shí)橋面混凝土應(yīng)使用有錨固端的，使結(jié)構(gòu)有較好的承載力的、能限制裂縫延伸的并能呈現(xiàn)出良好塑性的或能增強(qiáng)錨固的異形鋼纖維。平直形鋼纖維和波形鋼纖維(攪拌時(shí)易成團(tuán))不得使用。橋面混凝土鋪裝使用的鋼纖維應(yīng)滿(mǎn)足表1的要求。

表1 鋼纖維幾何參數(shù)和標(biāo)稱(chēng)根數(shù)偏差

2)水泥。鋼纖維混凝土應(yīng)采用強(qiáng)度高、干縮性小、抗磨性好的水泥。本文選用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)采用525。

3)集料。粗集料最大公稱(chēng)粒徑應(yīng)以鋼纖維的長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)，粗集料粒徑應(yīng)以鋼纖維長(zhǎng)度的1/2為宜，且最大粒徑不宜大于鋼纖維長(zhǎng)的2/3，宜采用10 mm～20 mm石料。細(xì)集料選用細(xì)度模數(shù)2.4～2.8的優(yōu)質(zhì)中砂，含泥量不大于0.5%。

4)水。鋼纖維混凝土嚴(yán)禁采用海水，宜采用普通的自來(lái)水和河水。

5)減水劑。鋼纖維混凝土中應(yīng)摻優(yōu)質(zhì)性能減水劑，宜采用可提高混凝土抗折強(qiáng)度和和易性的聚羧酸高效減水劑，減水劑的摻量應(yīng)控制在水泥重量的0.5%左右。

2 鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)要求

鋼纖維混凝土的物理力學(xué)性能和和易性與水泥等級(jí)、鋼纖維體積率、砂率、水灰比、用水量等因素有關(guān)，因此以上述指標(biāo)選定合理的配合比來(lái)滿(mǎn)足鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。通常，橋面鋪裝層鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度等級(jí)最低不小于40 MPa；彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與交通等級(jí)有關(guān)，極重為6 MPa，輕的為5 MPa。

2.1 鋼纖維體積率

綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)的工程實(shí)踐來(lái)看，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)若混凝土中鋼纖維含量超過(guò)1%，則不僅會(huì)造成鋼纖維結(jié)團(tuán)，還會(huì)導(dǎo)致混凝土中鋼纖維有較大的外露，影響交通安全，外觀也較差。因此對(duì)于一般的工程而言，鋼纖維的體積率不超過(guò)1%。本文鋼纖維的體積率取1%。

2.2 砂率

與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土的含砂率應(yīng)有所增大，本文含砂率取值為48%。

2.3 水灰比

較大的水灰比會(huì)造成鋼纖維因振搗而豎向排列或下沉，相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)表明，鋼纖維混凝土的水灰比必須小于0.5，一般為0.40～0.45。本文水灰比W/C=0.44。

2.4 用水量

用水量一般按經(jīng)驗(yàn)資料選用，選用時(shí)不僅要考慮坍落度，還應(yīng)考慮維勃指數(shù)Vc(s)。鋼纖維混凝土的坍落度可比普通混凝土小20 mm；用水量可按表2初選，再由實(shí)測(cè)坍落度校正后確定。

表2 鋼纖維混凝土拌和用水量

2.5 水泥用量

鋼纖維混凝土的水泥用量要比普通混凝土大，根據(jù)水灰比和用水量確定水泥用量，一般而言，混凝土中水泥用量應(yīng)大于400 kg/m3。

綜上所述，最終確定鋼纖維混凝土的配合比如表3所示。

表3 鋼纖維混凝土配合比

3 鋼纖維混凝土施工程序

準(zhǔn)備工作→鋼筋鋪設(shè)→支立模板→投料及拌和鋼纖維混凝土→運(yùn)輸鋼纖維混凝土→攤鋪鋼纖維混凝土→平板振動(dòng)器振搗鋼纖維混凝土→振動(dòng)梁振搗拖平→鋼滾筒滾壓整平→表面整修→切縫、刻槽→養(yǎng)生。

3.1 準(zhǔn)備

在進(jìn)行鋼纖維混凝土施工前，應(yīng)做如下工作：

1)選擇有利施工而又能保證安全的施工場(chǎng)地；

2)對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，確保按照施工作業(yè)指導(dǎo)書(shū)上的內(nèi)容和步驟進(jìn)行施工；

3)時(shí)刻關(guān)注天氣變化情況，采取相應(yīng)措施減少對(duì)施工的影響。

3.2 預(yù)埋鋼筋和鋪裝鋼筋網(wǎng)

預(yù)埋豎向錨筋的間距按75 cm×75 cm進(jìn)行，預(yù)埋鋼筋的直徑宜為10 mm～12 mm，然后將橋面現(xiàn)澆層沖洗干凈。在鋼纖維鋼筋混凝土施工前，按要求正確安裝鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)使用直徑為10 mm的圓鋼焊接而成，網(wǎng)格間距為15 cm×15 cm。鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨筋焊接牢固，并不少于每平方米5個(gè)撐點(diǎn)。

3.3 支立模板

模板選用鋼模，安裝穩(wěn)固牢靠，接縫嚴(yán)密，不得漏漿。模板與混凝土的接觸面必須清理干凈并涂刷隔離劑。澆筑混凝土前，模板內(nèi)的積水和雜物應(yīng)清理干凈。

3.4 投料和拌和

鋼纖維分布的均勻性是影響鋼纖維混凝土質(zhì)量的最重要因素。因此無(wú)論在哪個(gè)環(huán)節(jié)都必須確保鋼纖維不結(jié)團(tuán)能均勻的分布，只有這樣才能充分體現(xiàn)出鋼纖維對(duì)混凝土的作用。因此攪拌方法、投料順序和時(shí)間的選擇尤其重要。

1)攪拌方法。

采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)對(duì)鋼纖維混凝土進(jìn)行攪拌，每次攪拌量宜控制在強(qiáng)制式公稱(chēng)容量的1/3以下，宜采用兩次投料三次攪拌，先干拌后濕拌的攪拌方法。

2)投料順序。

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)認(rèn)為鋼纖維混凝土的投料順序應(yīng)為：碎石→砂→水泥(干拌1 min)→鋼纖維(干拌1 min)→加水和減水劑水溶液(濕拌1.5 min)。

切不可將鋼纖維成堆倒入攪拌機(jī)，鋼纖維應(yīng)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。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)采用有效的方法消除結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。

3.5 運(yùn)輸

在進(jìn)行鋼纖維混凝土橋面施工時(shí)，應(yīng)采用專(zhuān)門(mén)的運(yùn)輸和布料設(shè)備，運(yùn)輸主要采用自卸式汽車(chē)，卸料高度控制在1.5 m以?xún)?nèi)，縮短運(yùn)輸時(shí)間，防止鋼纖維結(jié)團(tuán)。

3.6 攤鋪

用攪拌車(chē)將鋼纖維混合料翻倒在指定位置，大致攤鋪整平，在攤鋪過(guò)程中若有鋼纖維結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，須及時(shí)人工剔除，否則不僅不會(huì)對(duì)鋪裝結(jié)構(gòu)有增強(qiáng)作用，還容易產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。因此在攤鋪的過(guò)程中必須保證鋼纖維分布的均勻性及結(jié)構(gòu)連續(xù)性。

3.7 壓實(shí)

鋼纖維混凝土的壓實(shí)工藝的重點(diǎn)仍是保證鋼纖維在混凝土中分布的均勻性。由于重力的作用，在進(jìn)行振動(dòng)搗固時(shí)，鋼纖維都會(huì)向下部移動(dòng)，嚴(yán)重影響了鋼纖維分布的均勻性。此外，由于邊壁效應(yīng)，靠近模板邊壁的鋼纖維將趨于平行于邊壁的方向，這也是橋面鋪裝開(kāi)裂的集中位置。因此，應(yīng)選用平板振搗器進(jìn)行振搗并輔以人工找平，不宜過(guò)振，最后再用鋼滾筒振進(jìn)行滾壓。

3.8 抹面

為確保車(chē)輛及行人安全，必須防止鋼纖維露出混凝土表面，可用凸棱的金屬壓滾或其他方法將外露的鋼纖維壓入后再用三軸混凝土提漿整平機(jī)抹平，并保證混凝土表面下10 mm～30 mm 深度內(nèi)鋼纖維處于均勻平行分布狀態(tài)?？刹捎? m直尺檢驗(yàn)鋪裝結(jié)構(gòu)的平整度，在平整度超過(guò)3 mm的地方，應(yīng)立即用混凝土填補(bǔ)抹平。

3.9 切縫

抹面后的鋼纖維鋼筋混凝土橋面施工縫的施工應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。由于橋面鋪裝是縱向分幅施工，因此可以不設(shè)縱向施工縫。橫向施工縫間距以15 m～20 m為宜，縫寬3 mm～5 mm，縫深2 cm～2.5 cm。切縫的位置應(yīng)在每個(gè)墩頂頂部設(shè)一道橫向假縫，還需與防撞欄的假縫對(duì)應(yīng)。在混凝土強(qiáng)度達(dá)到8 MPa而不超過(guò)15 MPa時(shí)為最佳切縫時(shí)間。過(guò)早會(huì)因鋸片的振動(dòng)而引起鋼纖維混凝土松動(dòng)，形成不可愈合的早期破壞；過(guò)晚則易引起鋼纖維混凝土因收縮而產(chǎn)生開(kāi)裂。切縫完成后用聚氨酯焦油灌縫，灌注深度比縫面稍低。

3.10 刻槽

刻槽也是很重要的一道工序，刻槽質(zhì)量不僅會(huì)影響橋面的視覺(jué)效果，還會(huì)對(duì)抗滑性能有影響?？滩鄣某叽绾烷g距應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和規(guī)范規(guī)定。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到8 MPa～15 MPa后用刻槽機(jī)刻制橫向抗滑溝槽，一般情況，槽寬為3 mm～5 mm，槽深為5 mm～6 mm，槽間距為20 mm～30 mm。

3.11 養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)的主要目的是防止混凝土表面產(chǎn)生干縮裂紋。當(dāng)混凝土抹面2 h后，當(dāng)其表面具有一定硬度后便可以開(kāi)始養(yǎng)生。終凝后覆蓋草袋，每天均勻澆水，養(yǎng)護(hù)周期為10 d～15 d。養(yǎng)護(hù)期封鎖交通禁止一切車(chē)輛人員通行，待強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定要求后方可開(kāi)放交通。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)鋼纖維混凝土的材料、配合比及施工工藝流程進(jìn)行了相關(guān)的闡述分析。由于鋼纖維混凝土本身具有較高的抗拉強(qiáng)度，彎拉強(qiáng)度和抗沖擊性能，使其在橋面鋪裝層的優(yōu)越性能得以充分發(fā)揮。隨著鋼纖維生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，施工機(jī)械水平的不斷提高、基礎(chǔ)理論的不斷完善，鋼纖維混凝土在路橋?qū)嵺`工程中的應(yīng)用將進(jìn)一步拓寬。

[1] 付 智,李 紅.纖維混凝土路面施工技術(shù)[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2011(4):279-289.

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On construction techniques of steel fiber concrete in bridge deck pavement

Chi Feifei

(No.2RoadSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,CCCC,Wuhan430056,China)

The paper introduces the design requirements for the steel fiber concrete material selection and proportion ratio design, illustrates the construction techniques of the steel fiber concrete in the bridge deck pavement from the construction preparation, pre-burial reinforcement, supporting model, feed intake, compaction and maintenance, and points out the steel fiber concrete has better tensile strength, impact resistance, and abrasive resistance, so as to prolong the life span for the deck.

steel fiber concrete, deck pavement, proportional ratio, construction craft

1009-6825(2017)02-0173-03

2016-11-03

遲飛飛(1984- )，男，工程師

U443.33

A