橋梁預制梁板施工中聚丙烯纖維混凝土的應用

宋章坡

（中鐵十八局集團第五工程有限公司， 天津 300451）

1 工程概況

結(jié)合某橋梁加固維修工程展開探討。該橋總長357.28m，橋面寬12.5m，橋跨組合3×96.0m，全橋均選用鋼筋混凝土箱形拱橋。預制梁作為主要施工構(gòu)件，采取制梁廠生產(chǎn)、橋墩上拼裝的方式，橋面鋪層施工均選用瀝青表處路面。

2 聚丙烯纖維混凝土的特性

纖維混凝土是建筑領(lǐng)域較為典型的材料，其中以聚丙烯纖維的優(yōu)勢更為突出，其質(zhì)量良好、成本較低，縱觀國內(nèi)外工程建設領(lǐng)域，聚丙烯纖維混凝土均占據(jù)重要地位。橋梁工程中該材料主要被應用于梁板預制施工環(huán)節(jié)。聚丙烯纖維的核心在于聚丙烯，基于特定工藝形成束狀纖維[1]。聚丙烯的耐熱性表現(xiàn)較佳，具有不溶于水的特點，在接觸酸、堿等物質(zhì)時可維持原性能狀態(tài)；材料的物理機械性能優(yōu)良，資料表明其抗拉強度可達33.0～41.4MPa，將此材料摻入混凝土中具有可行性。

本項目中，設計單位對于材料使用狀況的掌握不夠全面，因此前半段施工主要以普通C45 混凝土為主，從實際應用效果來看，該段共計140 幅梁板中部分出現(xiàn)不同程度的裂縫現(xiàn)象，經(jīng)統(tǒng)計發(fā)生裂縫的共計40 幅。針對此問題為全面確保施工質(zhì)量，設計單位會同施工、監(jiān)理等多方展開深入的技術(shù)探討，最終以C45 纖維混凝土作為本次施工的主要材料。

3 試驗設計

3.1 原材料

水泥：廣西魚峰牌P·O42.5，是混凝土中極為關(guān)鍵的組成，具體性能特點見表1。

礦粉：柳州市強實科技有限公司S95 級礦粉。

粉煤灰：廣西來賓電廠Ⅱ級粉煤灰。

細集料：廣西都安石灰石Ⅱ類機制砂，質(zhì)量要求為細度模數(shù)2.9，不摻雜任何泥塊。

粗集料：廣西都安石灰石碎石，質(zhì)量要求為連續(xù)級配5～31.5mm，針片狀含量控制標準為3.5%，且不可摻雜任何泥塊。

減水劑：江蘇蘇博特的PCA?聚羧酸高性能減水劑，此材料減水率26%，為典型的緩凝型減水劑，因此能夠提供較長的緩凝時間。

聚丙烯纖維：以水泥用量為基準，取該值的0.3～0.5%。

水：自來水。

表1 水泥物理性能指標

3.2 配合比設計與裝置

以項目設計要求為基本依據(jù)確定混凝土的性能，要求強度等級為C45，水泥作為重要施工材料，要求28d 強度達46.0MPa；礦粉摻量16%；粉煤灰摻量10%；外加劑摻量2.80%；砂率45%。合理控制好聚丙烯纖維用量是確?；炷临|(zhì)量的關(guān)鍵，以水泥用量為依據(jù)，取其0.3～0.5%，經(jīng)換算并結(jié)合本工程實際情況，將該值取為1kg/m3。

攪拌是提高混合料均勻性的重要方式，普通混凝土持續(xù)約3min，本項目選擇聚丙烯纖維混凝土，可在其基礎上適當延長攪拌時間，以4min 為宜，拌制全程加強對坍落度的控制。

3.3 結(jié)果及分析

3.3.1 工作性能

混凝土初始坍落度為175mm，摻入適量聚丙烯纖維后指標下降至165mm，此時纖維發(fā)揮作用，在混凝土內(nèi)形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，混凝土的流動性隨之減弱，但總體性能得到改善，如保水性和粘聚性更為良好，緩解了泵送階段的離析現(xiàn)象。

3.3.2 抗壓強度

本次試驗主要目的在于探討摻入聚丙烯纖維后對混凝土性能的影響，通過對摻入前后抗壓強度的對比得知，7d 齡期的強度表現(xiàn)僅存在微小的差異；但在28d齡期下?lián)饺刖郾├w維的混凝土發(fā)生較明顯變化，強度相較于初始狀態(tài)降幅約1.69%，但對照設計要求可得知其強度依然在許可范圍內(nèi)，且強度分布更為均勻。

3.3.3 抗裂性能

以常規(guī)混凝土為基礎，向其中摻入聚丙烯纖維的目的在于增強整體的抗裂性，本項目有40 幅橋梁板存在裂縫；經(jīng)過工藝升級后，在聚丙烯纖維的作用下可有效解決裂縫問題，后續(xù)的320 幅橋梁板質(zhì)量完全滿足要求，全程均未出現(xiàn)裂縫。由此表明，基于聚丙烯纖維的作用可緩解混凝土裂縫，其原因在于聚丙烯纖維具有優(yōu)良的粘結(jié)性，可實現(xiàn)與水泥基材料的結(jié)合，該材料改變了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成二級加強體系，最終整體韌性得到了顯著的提高。

基于配合比試驗可以得知在摻入聚丙烯纖維后，雖然會對混凝土強度造成影響但較為輕微，實際強度依然滿足要求，更為主要的是預制梁裂縫問題得到控制，說明聚丙烯纖維在提高抗裂性上具有優(yōu)良的應用效果，能夠避免裂縫的發(fā)生并阻止其發(fā)展。

4 施工工藝的應用

聚丙烯纖維在各階段的作用存在差異，其在混凝土早期裂縫中的應用效果較差，為避免早期裂縫問題施工中需加強對工藝的控制。

4.1 清除鑿毛

梁體頂面等部位易存在殘留雜物的情況，需通過鑿毛的方式清理干凈，以便為正式施工創(chuàng)造良好條件。

4.2 立模

合理的立模方式極具必要性，其對于橋面標高及平整度兩項指標的控制發(fā)揮出重要作用，具體有：側(cè)模部分所用材料以槽鋼為宜，施工中應確保拼接長度≤6m；加強對模板標高的測量，明確其變化規(guī)律，以此為依據(jù)實現(xiàn)對橋梁鋪裝層標高的控制。

4.3 綁扎鋼筋網(wǎng)

施工中選用的鋼筋網(wǎng)應滿足厚度要求，若保護層偏大鋼筋網(wǎng)的抗裂性能大打折扣；若保護層偏小將明顯加大橋梁鋪裝裂縫的發(fā)生概率。鑒于此，在鋼筋網(wǎng)下面焊接支點，具體方式為以30～40cm 為間距依次設置。

4.4 拌和混凝土和聚丙烯纖維的加入

施工所用設備為強制式攪拌機，在其作用下完成拌和作業(yè)實現(xiàn)自動線供料。安排專員輔助作業(yè)，選擇符合質(zhì)量要求的聚丙烯纖維，將該材料撒在自動線裝料筒內(nèi)，再完全將其倒入攪拌機。合理控制攪拌時間是確保纖維作用效果的關(guān)鍵，通常以2～3min 為宜，且施工中應加強對坍落度的控制；生產(chǎn)所得的混凝土利用運輸車轉(zhuǎn)移到施工現(xiàn)場，全程覆蓋塑料薄膜，目的在于避免水分快速蒸發(fā)，將混合料的坍落度維持在較合理的水平。攤鋪與振搗是重要施工環(huán)節(jié)，首先選用插入振動器，再利用平板振動器進一步處理。嚴格控制好抹面工藝，遵循“一刮、二滾、三級、四抹”的原則，要求橋面鋪裝層質(zhì)量良好。

經(jīng)過上述環(huán)節(jié)后完成收漿與檢測工作，作為收尾環(huán)節(jié)其對施工質(zhì)量的影響較大，具體應以現(xiàn)場天氣狀況為準，充分考慮氣溫與風力等級，選擇合適的時間收漿。檢測工作重點關(guān)注橋梁平整度，可使用鋁合金尺桿進行控制，依據(jù)規(guī)范完成檢測工作，完整記錄所得信息，作為后續(xù)使用的基本依據(jù)。

5 結(jié)束語

橋梁是現(xiàn)代基礎設施建設領(lǐng)域的重要內(nèi)容，在常規(guī)混凝土的基礎上按特定比例摻入聚丙烯纖維后可顯著改善混凝土的綜合性能，使其在抗壓、抗彎強度上的表現(xiàn)更為良好?；诒疚牡姆治龅弥?，聚丙烯纖維混凝土具有可行性，其對于橋梁建設起到推動性作用，相比于傳統(tǒng)的混凝土可減少裂縫的發(fā)生，確保橋梁施工質(zhì)量，此材料值得被應用于橋梁工程中。