鋼纖維混凝土橋面鋪裝病害及施工要點(diǎn)探析

任紅全

(四川成渝高速公路股份有限公司，四川成都 610041)

鋼纖維混凝土[1](Steel Fiber Reinforced Concrete.簡稱SFRC)又稱無筋混凝土，是一種由水泥、粗細(xì)集料和隨機(jī)分布的短鋼纖維組合而成的復(fù)合材料，這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成，顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。

1 鋼纖維混凝土優(yōu)點(diǎn)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼纖維混凝土因其具有良好的抗裂性、抗彎曲性、耐沖擊性、耐疲勞性的特點(diǎn)[2]受到業(yè)界的廣泛親睞，在橋面鋪裝中使用鋼纖維混凝土較一般混凝土具有以下優(yōu)勢(shì)[3]：

(1)鋪裝厚度小。試驗(yàn)表明，鋼纖維的存在對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不大[4]，但大大提高抗拉、抗剪強(qiáng)度[5]，在相同荷載條件下可減少鋪裝厚度[6]，這樣既減少了工程量又降低了橋梁恒載。

(2)加強(qiáng)了橋面鋪裝與伸縮縫的連接強(qiáng)度[6]。橋面伸縮縫是整個(gè)橋面易損部位，此處為剛性與柔性的過渡段，車輛行駛沖擊產(chǎn)生的巨大能量傳送到伸縮縫處，對(duì)伸縮裝置極具破壞性，鋼纖維混凝土因其較強(qiáng)的耐沖擊性，保證其與伸縮縫連接鋼筋牢固粘結(jié)，使伸縮縫發(fā)生的變形、位移、或翹曲都較小，大大提高了伸縮縫的使用壽命。

(3)延長了橋面的使用壽命。在重交通荷載作用下，鋼纖維有效的阻止了混凝土裂縫的擴(kuò)展，緩減了腐蝕介質(zhì)的滲透[7]，其橋面裂縫寬度小，不連續(xù)開裂后延性仍很好，混凝土剝落、坑槽現(xiàn)象很少。這都有利于橋面和橋梁的使用壽命，改善了車輛的行駛條件。

(4)成本低。鋼纖維混凝土較傳統(tǒng)的鋼筋網(wǎng)片混凝土更加節(jié)約投資，不僅節(jié)約鋼筋網(wǎng)片節(jié)約造價(jià)，而且鋼纖維比鋼筋網(wǎng)片重量更小，減少了橋梁恒載。

雖然鋼纖維混凝土橋面鋪裝較普通混凝土橋面鋪裝有較多優(yōu)勢(shì)，但仍處于發(fā)展階段，主要研究集中于鋼纖維的施工工藝及受力性能[8-9]。目前國內(nèi)尚無具體完善的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，施工中主要依靠現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證施工質(zhì)量，施工過程中某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題則極易出現(xiàn)后期混凝土的開裂甚至返工。

結(jié)合四川省內(nèi)某高速公路項(xiàng)目鋼纖維混凝土橋面鋪裝現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)鋼纖維混凝土施工過程中存在的常見問題進(jìn)行總結(jié)探討，并進(jìn)一步提出相應(yīng)的解決辦法，以期對(duì)類似的工程提供一定的參考。

2 常見病害及施工技術(shù)要點(diǎn)控制

2.1 混凝土中鋼纖維結(jié)團(tuán)

鋼纖維的品種及性能是影響鋼纖維混凝土質(zhì)量的主要因素，鋼纖維主要有以下幾種：①切斷鋼纖維。②剪切鋼纖維。③熔抽鋼纖維。經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比采用30×0.8切斷型鋼纖維，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到765 MPa(技術(shù)指標(biāo)600 MPa)。

混凝土攪拌過程中，常會(huì)出現(xiàn)鋼纖維結(jié)團(tuán)攪拌不勻，導(dǎo)致混凝土在澆筑后局部混凝土因鋼纖維過多或過少出現(xiàn)開裂及強(qiáng)度不足現(xiàn)象；出現(xiàn)此種現(xiàn)象主要是因?yàn)殇摾w維一般采用袋裝，體積密實(shí)，直接倒入拌和機(jī)不易分散，因此要特別注意投料順序，人工操控時(shí)用鋼叉將結(jié)團(tuán)的鋼纖維分散，在材料輸送帶上隨著砂石材料的輸送緩緩均勻倒入，使其與砂石材料充分混合，過快容易結(jié)團(tuán)，過慢則會(huì)因倒入不及時(shí)而混合不均勻。

2.2 混凝土離析或坍落度變化過大

混凝土離析是指混凝土拌合物組成材料之間的粘聚力不足以抵抗粗集料下沉，混凝土拌合物成分相互分離，造成內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)不均勻的現(xiàn)象?；炷岭x析會(huì)導(dǎo)致混凝土易開裂，強(qiáng)度嚴(yán)重下降?；炷岭x析除與攪拌方法、攪拌時(shí)間長短有關(guān)外，一般的來講，與混凝土拌合物的膠凝材料的優(yōu)劣、用水量過大、碎石級(jí)配較差、減水劑摻量過大等關(guān)系密切。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，因攪拌機(jī)手疏忽致混凝土攪拌時(shí)間不足以及外加劑摻量過大等原因出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象，因此必須嚴(yán)格按照試驗(yàn)操作要求控制混凝土的攪拌時(shí)間及外加劑摻量。

混凝土的坍落度是指混凝土的和易性，具體來說就是保證施工的正常進(jìn)行，其中包括混凝土的保水性，流動(dòng)性和粘聚性。坍落度變化不僅與原材料質(zhì)量、攪拌時(shí)間、運(yùn)輸距離、澆筑速度、外加劑質(zhì)量有關(guān)，還與外界氣溫有密切關(guān)系。實(shí)踐表明冬天氣溫較低，外加劑反應(yīng)速度慢，運(yùn)至現(xiàn)場澆筑過程中可能出現(xiàn)塌落度增大現(xiàn)象，甚至可能造成混凝土離析，解決方法是適當(dāng)延長混凝土攪拌時(shí)間使其充分反應(yīng)，若不行再更換合格的外加劑；夏天氣溫較高，外加劑反應(yīng)速度快，且水分散失較快，混凝土運(yùn)至前場時(shí)坍落度損失較大，因此在澆筑過程中盡量快速澆筑完畢，若損失太大可在試驗(yàn)人員的許可下加入少量減水劑攪拌，嚴(yán)禁擅自加入生水。

2.3 鋪裝層與橋面板粘結(jié)性較差

橋面鋪裝作用是保護(hù)橋面板防止車輪或履帶直接磨耗面，保護(hù)主梁免受雨水侵蝕，并借以分散車輪的集中荷載。橋面鋪裝層與橋面的粘結(jié)性好壞直接決定著后期橋梁的通行質(zhì)量，特別是無筋混凝土橋面鋪裝，若粘結(jié)性較差(圖1)，橋面鋪裝層與橋面接觸面較光滑，則橋面板在上部荷載施加的摩擦力作用下極易受到損壞，后期維護(hù)難度極大，也會(huì)對(duì)行車安全造成隱患，因此橋面鋪裝層必須與橋面板粘結(jié)良好。

圖1 橋面鋪裝層與橋面板接觸較光滑

通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋面鋪裝層與橋面板的粘結(jié)性好壞取決于混凝土澆筑前橋面板的清洗干凈程度及濕潤程度。因?yàn)槌Ｓ惺┕ぼ囕v通行，橋面板上常常會(huì)附有較厚的泥土及其它雜質(zhì)，一般壓力水無法徹底清洗，必須使用水車(有充足水源時(shí)可無)搭配高壓水槍沖洗，在沖洗的同時(shí)專人清理低洼處積水，確保橋面板清洗干凈的同時(shí)表面無積水，且為了保證混凝土與橋面板的充分粘結(jié)，必須使橋面板在混凝土澆筑前1 h保持濕潤狀態(tài)，不能出現(xiàn)連續(xù)干燥的表面，可由專人負(fù)責(zé)澆水濕潤。

2.4 混凝土澆筑施工工序混亂

混凝土澆筑施工工序順暢與否直接體現(xiàn)施工管理水平高低，并且直接影響混凝土的澆筑速度與質(zhì)量。澆筑施工工序混亂主要體現(xiàn)在現(xiàn)場管理人員無經(jīng)驗(yàn)、施工設(shè)備準(zhǔn)備不足、施工人員分工不明、施工工序銜接混亂等，因此施工前的技術(shù)交底顯得尤其重要，明確施工準(zhǔn)備、施工步序、人員分工以及施工重難點(diǎn)，可以袖章的形式標(biāo)記人員分工避免混亂。實(shí)踐證明，經(jīng)過交底且分工明確的班組較混亂的班組施工速度提高一倍以上，且澆筑質(zhì)量明顯較好。

2.5 梁板連接處處理不當(dāng)

橋面鋪裝中，梁板之間的連接處是橋面鋪裝層的薄弱環(huán)節(jié)，處理不當(dāng)易造成混凝土開裂，必須在連接處鋪設(shè)鋼筋骨架以增強(qiáng)混凝土在抗拉裂能力。梁板連接處處理不當(dāng)主要包括兩個(gè)方面：一是鋼筋骨架鋪設(shè)；二是梁板連接處積水。

(1)因?yàn)殇摻罟羌芡ǔＪ穷A(yù)先綁扎好鋪設(shè)于連接處，混凝土罐車通過時(shí)骨架極易受到破壞(圖2)，處理方法為將鋼筋骨架沿橋梁橫向分段綁扎鋪設(shè)，罐車通行段橋面暫不鋪設(shè)，待混凝土澆筑至連接處時(shí)，迅速將骨架補(bǔ)充綁扎成一個(gè)整體，以避免鋼筋骨架遭受破壞。

圖2 鋼筋骨架被破壞

(2)梁板連接處采用砂漿封閉避免混凝土掉入橋下，但同時(shí)也造成了橋面清洗時(shí)水流無法排除，處理方法為將封閉砂漿在較低處開孔，或者在澆筑時(shí)直接用較硬的薄木板鋪設(shè)于連接處(圖3)。

圖3 連接處封閉

2.6 鋪裝層整平收面效果差

鋪裝層收面效果差主要體現(xiàn)在混凝土表面氣泡、浮漿較多，大面不平整或局部出現(xiàn)光滑面現(xiàn)象。鋪裝層上直接鋪筑路面層，因此鋪裝層表面抗滑處理不好會(huì)直接導(dǎo)致路面層滑移，造成路面破壞直接影響車輛通行并存在重大的安全隱患?；炷帘砻鏆馀荨⒏{多主要原因是外加劑性能不能滿足混凝土配合比要求，需要根據(jù)原材料重新調(diào)試外加劑性能；大面不平整或局部出現(xiàn)光滑面主要是因?yàn)檎綑C(jī)輥軸清洗不干凈或輥軸干燥，整平時(shí)混凝土粘結(jié)在輥軸上，造成表面凹凸不平，因此在整平機(jī)啟動(dòng)前務(wù)必要清洗輥軸且保持輥軸濕潤，同時(shí)還應(yīng)隨時(shí)清理整平機(jī)軌道上的雜質(zhì)，避免整平機(jī)運(yùn)行不順暢，影響收面效果。

2.7 混凝土內(nèi)部氣泡較多

混凝土內(nèi)部較多氣泡的內(nèi)在原因多與原材料級(jí)配不合理、水灰比較高以及外加劑摻量等原因有關(guān)，可通過配合比試驗(yàn)解決；外在原因與混凝土澆筑振搗密切相關(guān)，對(duì)振搗器的類型及振搗方法要求較高。對(duì)于橋面鋪裝，因其厚度較薄(10 cm)，通常采用平板振搗器，通過現(xiàn)場調(diào)查取樣，采用平板振搗器可能因工人操作不當(dāng)或者速度過快，內(nèi)部存在大量的氣孔(圖4)，因此本項(xiàng)目采用插入式振搗器，振搗原則為間隔50～60 cm，人工輔助沉入混凝土，對(duì)混凝土不足或多余處及時(shí)處理，特別注意不能過振，否則容易導(dǎo)致鋼纖維下沉，振實(shí)的標(biāo)志是：在振搗過程中，當(dāng)混凝土無顯著下沉，不出現(xiàn)氣泡、表面泛漿并不產(chǎn)生離析。

圖4 混凝土氣泡較多

距混凝土模板邊沿約20 cm處專門插入式振搗，以密實(shí)四周混凝土，嚴(yán)禁與模板接觸振搗。

2.8 施工縫處理不到位

2.8.1 主要問題

施工縫處理不到位包括三種情況：

(1)新老混凝土交界處施工縫，此處常因?yàn)檎駬v不到位而出現(xiàn)松散現(xiàn)象，且是施工新混凝土?xí)r清洗鑿毛不規(guī)范，此處易出現(xiàn)明顯橫向裂紋現(xiàn)象(圖5)。

圖5 新老混凝土交界處橫向裂紋

(2)整平機(jī)軌道下方滿鋪砂漿以防止漏漿(圖6)，但在實(shí)際施工過程中，后期砂漿鑿除費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且清除效果較差，此處易出現(xiàn)縱向裂紋現(xiàn)象。

圖6 軌道下滿鋪砂漿

(3)鋪裝層假縫切割不及時(shí)或者切割深度不夠引起橫向收縮裂紋(圖7)。

圖7 假縫處橫向裂紋

2.8.2 整治措施

根據(jù)現(xiàn)場總結(jié)探究，針對(duì)施工縫處理不到位情況(1)，首先必須注意在端頭模板處振搗密實(shí)，在施工新混凝土前必須按照規(guī)范要求鑿毛并清洗干凈，保持濕潤；針對(duì)情況(2)，取消軌道下砂漿，采用木擋塊，減少后期的人工鑿除清洗，可節(jié)約大量時(shí)間和人力；針對(duì)情況(3)，橫向在每個(gè)墩頂部設(shè)一道橫向假縫，其它以15～20 m間距設(shè)橫向假縫，并與防撞欄的假縫對(duì)齊，假縫切割時(shí)視天氣溫度而定，一般天氣較熱時(shí)，澆筑后24～48 h切割，天氣較冷時(shí)，澆筑后72 h切割，切割深度1/4～1/3層厚，縫寬3～5 mm。

2.9 養(yǎng)護(hù)

實(shí)踐證明，養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或不到位是后期裂紋發(fā)展的主要原因，鋼纖維混凝土因其早期強(qiáng)度較高，因此澆筑后必須立即覆蓋加厚型塑料薄膜養(yǎng)護(hù)，并且盡量使薄膜緊貼混凝土表面，防止水分過快蒸發(fā)，并且要注意選擇合適的澆筑時(shí)間，建議夏季氣溫較高時(shí)宜早6∶00-8∶00點(diǎn)，晚5∶00-8∶00點(diǎn)之間澆筑，冬季氣溫較低時(shí)宜中午氣溫較高時(shí)澆筑。

3 結(jié)束語

我國鋼纖維橋面鋪裝施工工藝正處于發(fā)展階段，并日趨成熟，在施工中也將得到進(jìn)一步推廣。本文針對(duì)鋼纖維混凝土在橋面鋪裝中的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，并結(jié)合工程實(shí)際項(xiàng)目對(duì)施工管理及施工工藝過程中出現(xiàn)的常見問題進(jìn)行了分類探討，提出相應(yīng)的解決方法，并在實(shí)踐中取得了較好的效果。