淺談鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫錨固端中的應(yīng)用

摘 要：鋼纖維混凝土是當(dāng)前一種高性能的復(fù)合材料，其具有良好的材料性能。用鋼纖維混凝土作為錨固橋梁伸縮縫混凝土，能明顯提升基體的抗彎、抗拉強(qiáng)度和延伸率，尤其是提升了基體的抗沖擊性能和耐久性能，能夠優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)工作性能，增加橋梁結(jié)構(gòu)工作年限。本文結(jié)合柳州市某主車道大橋?yàn)槔?，對鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫錨固端中的應(yīng)用進(jìn)行了分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土；橋梁；伸縮縫；錨固端；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U444 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）26-0190-02

1 概 述

鋼纖維混凝土是一種由水泥、粗集料、細(xì)集料和亂向分布的機(jī)制纖維摻配而成的一種高性能復(fù)合材料。鋼纖維在混凝土中能制約基體裂縫的擴(kuò)張，使得基體抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度有較大改善，讓本是脆性材料的混凝土成為具有一定的塑性。同時(shí)，因?yàn)殇摾w維與混凝土接觸面之間存在較大的界面粘結(jié)力，從而能將外荷載傳遞到具有抗拉強(qiáng)度大、延伸率高的鋼纖維體上，使得鋼纖維和混凝土成為一個(gè)受力勻稱的整體，共同抵抗外荷載作用，明顯提升了基體的抗彎、抗拉強(qiáng)度和延伸率，尤其是提升了基體的抗沖擊性能和耐久性能。

柳州市某主車道大橋?yàn)榭缭酱鬀_溝而設(shè)置的橋梁，建成于2016年10月，橋梁全長128m，橋面寬12m。上部構(gòu)造采用4m×30m預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，采用先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，梁高1.6m。下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋墩，橋臺(tái)采用樁柱式橋臺(tái)，樁基礎(chǔ)按嵌巖樁設(shè)計(jì)。橋面鋪裝為：橋面調(diào)平層采用8cm厚C50混凝土，橋面鋪裝層為10cm厚瀝青混凝土，即4cm厚細(xì)粒式改性瀝青混凝土（AC-13C）+6cm厚中粒式普通瀝青混凝土（AC-16C）。在0號(hào)橋臺(tái)、4號(hào)橋臺(tái)處分別設(shè)置一道MF160型伸縮縫。應(yīng)用鋼纖維混凝土在該橋梁伸縮縫錨固端中，能增強(qiáng)該處結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能和耐久性能，防止橋梁伸縮縫的沖擊破壞，確保其結(jié)構(gòu)的完整性。

本文對鋼纖維混凝土在該橋伸縮縫錨固端中的應(yīng)用加以分析總結(jié)。

2 橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)方案

2.1 橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

柳州市某主車道大橋設(shè)計(jì)雙向兩車道，橋面行車道寬8m。橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：橋面調(diào)平層采用8cm厚C50混凝土，橋面鋪裝層為10cm厚瀝青混凝土。瀝青混凝土結(jié)構(gòu)為：4cm厚細(xì)粒式改性瀝青混凝土（AC-13C）+6cm厚中粒式普通瀝青混凝土（AC-16C）。在0號(hào)橋臺(tái)、4號(hào)橋臺(tái)處分別設(shè)置一道MF160型伸縮縫，設(shè)計(jì)用C50鋼纖維混凝土錨固伸縮縫左右兩端。

2.2 鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)

鋼纖維是用冷軋帶鋼剪切、切斷細(xì)鋼絲法、鋼錠銑削或鋼水快速冷凝法加工成長徑比（纖維長度與其直徑的比值，當(dāng)纖維截面為非圓形時(shí)，采用換算等效截面圓面積的直徑）為40～100的機(jī)制纖維。鋼纖維長度宜為20～50mm，等效直徑為0.3～0.8mm，長徑比在40～100范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度不低于600MPa。在我國橋梁工程應(yīng)用中，鋼纖維混凝土中鋼纖維的體積率多為0.5～1.0%，水泥采用32.5～42.5#普通硅酸鹽水泥，粗骨料最大粒徑為鋼纖維長度的2/3，最大粒徑不宜大于20mm，細(xì)集料采用中粗砂，平均粒徑0.35～0.45mm。

2.2.1 水 泥

通常采用32.5～42.5#普通硅酸鹽水泥。由于鋼纖維混凝土應(yīng)用于橋梁伸縮縫錨固端中，處于復(fù)雜的工況。因而鋼纖維混凝土中應(yīng)選擇強(qiáng)度高、干縮性小、抗磨性高和抗凍性好的水泥。

2.2.2 集 料

粗骨料，最大粒徑不宜大于20mm，以10～20mm為宜，應(yīng)采用石質(zhì)堅(jiān)硬、清潔、不含風(fēng)化顆粒、表面粗糙，近立方體顆粒的碎石。

細(xì)集料應(yīng)采用質(zhì)地堅(jiān)硬、耐久、潔凈的天然砂、機(jī)制砂或混合砂，粒徑小于5mm。

2.2.3 水和外摻劑

水采用無污染的自然水或自來水，混凝土拌和用水量約為130～180kg/m3，為確保混凝土具有一定的強(qiáng)度和密實(shí)度，水灰比宜為0.4～0.55，當(dāng)水灰比低時(shí)，混凝土的和易性會(huì)變差，可適量摻入減水劑或塑化劑。

2.2.4 鋼纖維類型及規(guī)格

鋼纖維選用碳鋼纖維，其單絲抗拉強(qiáng)度不宜小于600MPa，其直徑通常為0.4～0.7mm，其長度通常是50～70倍直徑。

2.2.5 配合比設(shè)計(jì)

針對該工程施工部位，鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)除了滿足橋梁結(jié)構(gòu)上的特殊要求以外，原則上和普通混凝土的相同，配合比設(shè)計(jì)內(nèi)容為計(jì)算配制強(qiáng)度、確定水灰比、鋼纖維體積率、單位用水量、含砂率、集料、鋼纖維用量。先依照同等級普通混凝土配合比計(jì)算材料用量，確定初步配合比；后按初步配合比進(jìn)行試拌，調(diào)整含砂率、單位用水量，確定強(qiáng)度試驗(yàn)用基準(zhǔn)配合比；再調(diào)整水灰比和鋼纖維體積率，確定施工配合比。

參照《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS38：2004）和《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011），經(jīng)過工程試驗(yàn)人員多次配比試驗(yàn)，C50鋼纖維混凝土配合比確定為：水泥：砂：碎石：水：鋼纖維：外加劑=1：1.94：2.68：0.43：0.205：0.03，每立方混凝土水泥用量為380kg，鋼纖維體積為率1%，即摻入量78kg，C50鋼纖維混凝土配合比詳見表1。

3 施工技術(shù)

3.1 拌 和

拌和應(yīng)使混凝土中的鋼纖維分散均勻、不結(jié)團(tuán)，同時(shí)還要防止鋼纖維彎曲或折斷。因此，鋼纖維混凝土應(yīng)使用機(jī)械攪拌，通常使用強(qiáng)制式或反錐式攪拌機(jī)。為確?；旌狭蠑嚢杈鶆颍鞑牧系耐斗彭樞?yàn)椋核?、粗集料、?xì)集料、鋼纖維，其中鋼纖維投放分別三次放入攪拌機(jī)，先將混合料干拌均勻，再加適量水濕拌，拌和時(shí)間通常為2～3min。

3.2 運(yùn) 料

在運(yùn)送筑鋼纖維混凝土?xí)r，一般采用手推車、自卸汽車運(yùn)送，應(yīng)控制運(yùn)送的距離和時(shí)間，防止運(yùn)輸過程中振動(dòng)導(dǎo)致筑鋼纖維混凝土離析，運(yùn)送的最長時(shí)間根據(jù)試驗(yàn)得出的水泥初凝時(shí)間，同時(shí)應(yīng)保證給施工留有充分的作業(yè)時(shí)間為限。

3.3 澆 筑

當(dāng)筑鋼纖維混凝土運(yùn)送至施工地點(diǎn)后，一般直接倒入伸縮縫澆筑帶槽內(nèi)，并人工找平。澆筑鋼纖維混凝土?xí)r，應(yīng)確保其分散均勻和整體連續(xù)，在劃定連續(xù)施工的區(qū)間內(nèi)，不能中斷澆筑，必須連續(xù)施工。筑鋼纖維混凝土從出料到澆筑完成累計(jì)時(shí)間不應(yīng)超過30min。在施工過程中，不得加水。

3.4 振 搗

鋼纖維混凝土必須采用機(jī)械振搗，不得采用人工插搗。振搗機(jī)具采用插入式振搗器。振搗方法應(yīng)保證拌合物的密實(shí)及鋼纖維分散均勻。振動(dòng)以鋼纖維混凝土表面溢出砂漿、骨料不再下沉為準(zhǔn)。在振搗過程中，如有多余混合料，要刮除，對于低凹地方應(yīng)及時(shí)補(bǔ)平，然后用金屬圓滾將表面滾壓平整。

3.5 表面處理

為確保車輛通行安全，應(yīng)防止鋼纖維暴露或垂直伸出外面。在整平時(shí)用表面帶凸棱的金屬圓滾，將暴露或垂直伸出的鋼纖維壓入，待鋼纖維混凝土表面無泌水時(shí)再用金屬抹刀修平，經(jīng)修平整的表面不得有暴露或垂直伸出鋼纖維，同時(shí)不應(yīng)有混凝土浮漿。

3.6 養(yǎng) 護(hù)

鋼纖維混凝土和普通混凝土一樣，也應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)。在混凝土抹面2h后，用手指輕壓沒有痕跡時(shí)，即可養(yǎng)護(hù)?？刹捎貌莺煛⒙椴几采w于其表面，每天應(yīng)在其表面灑水?dāng)?shù)次，讓其一直處于潮濕狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)不得少于7d。也可用聚乙烯薄膜粘附鋼纖維混凝土表面，從而阻止其中的水分蒸發(fā)，以確保其能正常發(fā)生水化反應(yīng)。

4 施工質(zhì)量控制

施工前，根據(jù)施工規(guī)范要求對各種原材料進(jìn)行抽樣送檢。在施工過程中，應(yīng)核實(shí)鋼纖維混凝土的配合比是否滿足設(shè)計(jì)要求。特別是對鋼纖維混凝土攪拌、運(yùn)輸、攤鋪和振搗應(yīng)按要求嚴(yán)格執(zhí)行，確保鋼纖維在分散均勻、不結(jié)團(tuán)，達(dá)到良好的力學(xué)性能。應(yīng)按施工規(guī)范要求制作抗壓和抗折試件。同時(shí)應(yīng)做好鋼纖維混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。

5 結(jié)束語

柳州市某主車道大橋自2016年10月通車以來，經(jīng)過對該橋梁伸縮縫鋼纖維混凝土錨固端的跟蹤觀測，其結(jié)構(gòu)保持完整、無明顯裂紋。這充分體現(xiàn)出鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫錨固端中應(yīng)用的優(yōu)越性能，能有效控制裂縫發(fā)展，延長結(jié)構(gòu)使用壽命，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程.北京：中國建筑出版社，1992.

[2]鋼纖維混凝土新型路面設(shè)計(jì)與施工.重慶大學(xué)出版社，1995.

收稿日期：2018-8-8

作者簡介：楊 平（1985-），男，侗族，廣西三江人，工程師，本科，主要從事路橋相關(guān)工作。