鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫中的應(yīng)用研究

王偉

（中交一公局集團(tuán)華中工程有限公司，湖北武漢 430014）

0 引言

鋼纖維混凝土為新型復(fù)合材料,在實(shí)際施工時(shí)所帶來(lái)的影響是巨大的,其結(jié)構(gòu)由鋼纖維、普通的混凝土等混合而來(lái),由于生產(chǎn)方法的差異,最后可分為不同的材料類(lèi)型。比如，剪切短鋼纖維和切斷鋼纖維，都分屬于短鋼纖維混凝土。短鋼纖維混凝土在實(shí)際施工中的使用頻率相當(dāng)高,這主要是由于其凝聚力強(qiáng),通過(guò)使用該材料能夠進(jìn)一步改善施工質(zhì)量,其帶來(lái)的施工穩(wěn)固性也非常令人滿(mǎn)意,同時(shí)還能在一定程度上避免開(kāi)裂,且費(fèi)用較低,可以合理節(jié)省生產(chǎn)成本。

1 鋼纖維混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基本性能特點(diǎn)

鋼纖維混凝土,主要是把某些分散、無(wú)序的較短鋼纖維材料加入普通混凝土中,從而構(gòu)成了較為先進(jìn)的多相復(fù)合物。將散亂布置的細(xì)短鋼纖維加入普通混凝土,既能有效避免普通混凝土內(nèi)部某些細(xì)微裂紋的擴(kuò)展,又能夠及時(shí)防止其內(nèi)部某些宏觀裂紋的產(chǎn)生。這就要求鋼纖維混凝土具備以下六方面的優(yōu)異特性：

第一，與比重相當(dāng)?shù)囊话慊炷料啾?鋼纖維混凝土的硬度更大。第二，鋼纖維混凝土材料的沖擊特性非常好。第三，相比于一般混凝土，鋼纖維混凝土的抗彎性能和抗壓性能都十分優(yōu)秀。第四，鋼纖維混凝土具有超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，可有效應(yīng)對(duì)較大溫差環(huán)境，避免內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展或加劇。第五，鋼纖維混凝土既有較高的耐震特性，抗凍能力和耐磨性能也非常顯著。第六，鋼纖維混凝土構(gòu)件一旦發(fā)生結(jié)構(gòu)變化和移位，維修起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。

根據(jù)上述性能優(yōu)點(diǎn)，將鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代路面、橋梁工程建設(shè)中，能夠有效增強(qiáng)路面、橋梁結(jié)構(gòu)的抗壓性和凝聚力，從而避免了路面、橋梁工程的豎向開(kāi)裂現(xiàn)象,同時(shí)還提高了路面、橋梁結(jié)構(gòu)的承載性和耐久性，從而延長(zhǎng)了路面、橋梁的使用壽命。所以，鋼纖維混凝土材料在現(xiàn)代路面、橋梁建設(shè)中將有著非常廣闊的使用前景。

2 鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)

鋼纖維混凝土配合比的設(shè)計(jì)過(guò)程和一般混凝土大體一樣，所選擇的鋼纖維要先進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)同時(shí)符合抗拉、抗壓、抗折強(qiáng)度等條件。但對(duì)鋼纖維混凝土的熱力學(xué)基本特性的研究表明，鋼纖維含量的增加對(duì)水泥熱抗壓強(qiáng)度的提高并不大，但對(duì)電抗韌性提高顯著。當(dāng)鋼纖維混凝土在水灰比和集料的最大粒度方面變動(dòng)不大時(shí)，鋼纖維含量的特征參數(shù)就會(huì)影響鋼纖維混凝土的抗拉能力。由于鋼纖維混凝土極限荷載通常大于初裂荷載，所以初裂荷載和極限荷載之間的溫度差值通常在0.8 以?xún)?nèi)。同時(shí)，初裂荷載、極限荷載和韌性值都會(huì)隨著鋼纖維含量的增加而提高。在相同的鋼纖維含量的情況下，鋼纖維混凝土硬度會(huì)隨著鋼纖維混凝土中水泥含量的提高而增強(qiáng)[1]。

3 橋梁伸縮縫的相關(guān)概述

3.1 橋梁伸縮縫的概念

橋梁伸縮縫是橋面的主要組成部分，指的是在路面大橋的二端間、橋梁端部與路臺(tái)間設(shè)置的一條縫，其目的是用來(lái)減輕路面、橋梁的壓力與重量。提高伸縮縫的施工質(zhì)量，在一定程度上也維護(hù)了橋梁的穩(wěn)定性，在提高橋梁工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，也保證了行人、汽車(chē)通行的安全性。

3.2 伸縮縫的類(lèi)型

在我國(guó)，最常見(jiàn)的伸縮縫形式主要有對(duì)接式、鋼管式、橡膠復(fù)合式、模板支撐式和無(wú)縫式。這五種形式的伸縮縫會(huì)產(chǎn)生不同的效應(yīng)。在具體的施工過(guò)程中，往往需要針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、條件加以選用。

3.3 伸縮縫施工技術(shù)

切削、焊接、打孔、施工等工藝技術(shù)，都是提高伸縮縫施工質(zhì)量的核心技術(shù)。所以，施工單位要在工程建設(shè)前開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新方面的探討，進(jìn)一步研發(fā)新型的技術(shù)與機(jī)具，不斷創(chuàng)新伸縮縫的施工方式，進(jìn)一步提高伸縮縫施工的質(zhì)量。

4 加強(qiáng)伸縮縫施工質(zhì)量的管理

4.1 選用合適的伸縮縫施工工藝

在實(shí)施路面、橋梁伸縮縫施工時(shí)，施工人員要依據(jù)工程地區(qū)的天氣和地勢(shì)，選取適宜的伸縮縫建筑施工技術(shù)。橡膠復(fù)合式工藝是目前最普遍的施工技術(shù)。不過(guò)，在采用橡膠復(fù)合式工藝技術(shù)前，要精確測(cè)算出螺栓連接的定位值，把伸縮縫隙兩端的螺釘定位到正確的位置，這樣才可以延長(zhǎng)伸縮縫的使用壽命，減少固定螺釘脫落現(xiàn)象產(chǎn)生的概率，提高對(duì)伸縮縫施工質(zhì)量的控制能力。

4.2 做好混凝土的澆筑工作

要有效進(jìn)行混凝土的澆筑工作，首先要對(duì)所澆筑的道路做好一定深度的清理，才能充分利用混凝土的特性。其次，在選用混凝土的種類(lèi)時(shí)，要優(yōu)先選擇鋼纖維混凝土。性能較高的混凝土有著較大的強(qiáng)度，才能最大限度地提高路面及橋梁伸縮縫澆筑工程的質(zhì)量。在進(jìn)行混凝土施工時(shí)，要及時(shí)將不均勻的瀝青路面整理平整，以免影響伸縮縫的澆筑質(zhì)量。最后，做好開(kāi)溝施工。在進(jìn)行開(kāi)溝施工的過(guò)程中,要用風(fēng)槍將溝中的雜質(zhì)全部清除干凈，同時(shí)還要看橋梁間距能否達(dá)到原設(shè)計(jì)圖紙的規(guī)定，以便選擇相應(yīng)的措施解決間距不符等問(wèn)題。

4.3 加強(qiáng)伸縮縫施工過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)測(cè)與管理

伸縮縫施工是橋梁施工過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，施工單位一定要在施工過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)督和管控力度。在實(shí)際的施工過(guò)程中，施工部門(mén)要形成一個(gè)巡回檢查管理體系，選派施工技術(shù)較高的員工擔(dān)任監(jiān)督人員，以嚴(yán)格監(jiān)督施工者是否嚴(yán)格按照施工的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行操作，巡檢員也要對(duì)伸縮縫施工中的每個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施有效的監(jiān)督與管控。

5 橋梁伸縮縫破損的原因

由于橋梁伸縮縫裝置設(shè)置在橋端結(jié)構(gòu)較脆弱的地區(qū)，且直接受行駛負(fù)荷的持續(xù)影響，長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，深受各種自然因素的影響。所以，伸縮裝置逐漸成為容易破壞、不易修復(fù)的重要部位。伸縮裝置產(chǎn)生斷裂的原因有很多種的，最主要為：

其一，在工程設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)橋端部結(jié)構(gòu)沒(méi)有慎重考慮，在重復(fù)負(fù)荷的影響下，橋端部破裂致使伸縮設(shè)備損壞。由于工程人員有時(shí)候?qū)ψ冃瘟康挠?jì)算方式不合適，采用了較大的伸縮間隙，也會(huì)造成伸縮設(shè)備損壞。

其二，由于伸縮設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠或錨固式的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠，在橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生了不同程度的損傷。如果沒(méi)有認(rèn)真對(duì)待、細(xì)心挑選伸縮裝置的后澆壓填料，就會(huì)嚴(yán)重降低伸縮裝置的運(yùn)營(yíng)質(zhì)量，并形成不同程度的病害。

其三，在澆筑過(guò)程中，由于梁端伸縮縫間隙未能按照設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行，出現(xiàn)了人為的擴(kuò)大和減小，或定位高角鋼位置不準(zhǔn)確，也會(huì)導(dǎo)致伸縮縫裝置無(wú)法正常工作，從而生成以下情形：因?yàn)榭p距過(guò)小，橡膠的伸縮縫隙會(huì)因超限力形成隆起而造成跳車(chē)；因?yàn)榭p距太大，在負(fù)載影響下的切割力加上汽車(chē)行駛的慣量，會(huì)把松動(dòng)的伸縮縫橡膠帶出定位角鐵，造成另一種形式的跳車(chē)。澆筑時(shí)與伸縮縫安裝錨固長(zhǎng)度鋼筋連接得不緊密，或遺漏了預(yù)埋工作錨固長(zhǎng)度鋼筋，給伸縮縫本身帶來(lái)了隱患；澆筑時(shí)伸縮裝置安裝不良，或橋面鋪設(shè)后對(duì)伸縮縫隙的澆筑不理想，在橋梁的使用過(guò)程中，在反復(fù)負(fù)荷的影響下，就會(huì)給伸縮縫造成損傷。其四，連接接縫不完整。為減小伸縮縫,會(huì)大量使用連續(xù)梁及連接橋面。連續(xù)路面必然設(shè)有連縫，連續(xù)接縫的不完整會(huì)造成連縫破壞,從而形成路面跳車(chē)。如果路面連縫處變形接縫的寬窄與深淺安排不合理、不一致，也會(huì)不同程度地干擾連縫的正常工作[2]。

6 橋梁伸縮縫破損帶來(lái)的危害

首先，對(duì)橋梁上行駛車(chē)輛的安全性及舒適性造成了巨大危害。由于一些巨大坑槽的出現(xiàn)，使得橋梁上行駛的車(chē)輛需要減速，這無(wú)疑使得路面、橋梁的正常使用功能以及行駛功能都遭到了非常嚴(yán)重的破壞。其次，嚴(yán)重的跳車(chē)問(wèn)題往往會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)翻車(chē)、車(chē)輛追尾等重大道路安全事故的出現(xiàn)，這無(wú)疑嚴(yán)重威脅著人員及相關(guān)運(yùn)載貨物的安全性，所帶來(lái)的損失也是不可估量的。

同時(shí)，嚴(yán)重的跳車(chē)問(wèn)題還會(huì)給車(chē)輛駕駛員或乘坐者帶來(lái)乘坐不適感，尤其容易導(dǎo)致車(chē)輛駕駛員疲勞駕駛。而且，在跳車(chē)過(guò)程中，也常常會(huì)伴有很大的噪聲，這無(wú)疑對(duì)駕駛員的駕駛專(zhuān)注度帶來(lái)了很大的影響，還有可能影響附近居民的生活。

7 橋梁伸縮縫施工工藝

7.1 基層處理

在橋梁伸縮縫錨固長(zhǎng)度端鋼纖維混凝土施工中，首先用機(jī)器挖除混凝土橋梁表面，其次人工配合清理老舊的基層，最后再用高溫水槍清洗粉渣，對(duì)路面中軸線(xiàn)的人行道路緣測(cè)量路面標(biāo)高點(diǎn)，控制基層（調(diào)平層）標(biāo)高。

7.2 鋼纖維混凝土攪拌及運(yùn)輸

鋼纖維混凝土的施工過(guò)程中，要嚴(yán)格控制纖維的布置，并以不結(jié)團(tuán)為準(zhǔn)則。因此，應(yīng)對(duì)鋼纖維混凝土進(jìn)行試拌，確定最佳的拌和時(shí)機(jī)。用小滾簡(jiǎn)式攪拌機(jī)拌和，且每斗拌和水量不得超過(guò)攪拌器定額水量的70%。采取前干后濕的拌和工藝流程，按二次投料方式三次拌和機(jī)程序，先將碎石與鋼纖維體積含量干拌60s，將鋼纖維散開(kāi)后，再加入砂子與混凝土干拌45s后，灌水再濕拌90s。所有材料的用量都要嚴(yán)格計(jì)量，確保混凝土原材料的比例正確。應(yīng)控制拌和時(shí)間，總拌和時(shí)間不得大于6min，否則將引起鋼纖維混凝土結(jié)團(tuán)。在混凝土運(yùn)送過(guò)程中，要求運(yùn)距不能過(guò)長(zhǎng)，以確?；炷敛粫?huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象[3]。

7.3 鋼纖維混凝土的施工、養(yǎng)護(hù)

鋼纖維混凝土的攤鋪工作，是施工的重要環(huán)節(jié)，直接影響著鋼纖維混凝土的穩(wěn)定性和致密性。在施工過(guò)程中應(yīng)采取將人工混料攤鋪、機(jī)器設(shè)備結(jié)合起來(lái)的方式，其主要操作步驟包括：

第一，鋼纖維混凝土需經(jīng)人工將混合料攤鋪、整平后，沿鋼模兩端用插入式振搗器澆筑，其他部位均可用。平板振搗器的每個(gè)點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間都不能過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)共振至水泥混料泛漿，無(wú)明顯下沉、不冒泡沫，且表面平整。

第二，混凝土振平采用振動(dòng)梁振搗拖平，并輔以人工找平，然后再用鋼滾簡(jiǎn)來(lái)回風(fēng)壓，再進(jìn)一步推漿整平，其表層不得裸露鋼纖維。

第三，待混凝土表層無(wú)泌水時(shí)再抹平，在拉毛時(shí)使用滾簡(jiǎn)壓紋器，可防止水帶出鋼纖維。

第四，當(dāng)鋼纖維混凝土硬度超過(guò)25%～30% 時(shí)開(kāi)始切縫，切縫深3cm，并收縮裂縫間隔至標(biāo)準(zhǔn)的距離。

第五，鋼纖維混凝土早期硬度較高，終凝后宜及時(shí)進(jìn)行濕法保護(hù)，用麻袋覆蓋并灑水保護(hù)，養(yǎng)生周期為12～14d,待強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)條件時(shí)，再開(kāi)放交通。

8 鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫中的應(yīng)用

橋面鋼纖維混凝土在施工過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)要求確定伸縮縫的形式與位置。從工程的實(shí)際情況出發(fā)，從頂部開(kāi)始進(jìn)行施工，保持兩條伸縮縫間距合適。在這種情況下，應(yīng)使伸縮縫與護(hù)欄呈平行狀布置。在切縫澆筑過(guò)程中，還必須結(jié)合鋼纖維混凝土的溫度、澆筑施工后的凝固時(shí)間等。另外，切縫結(jié)構(gòu)的尺寸也必須進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保其符合工程的實(shí)際情況，然后才可以進(jìn)行灌縫作業(yè)，以達(dá)到工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

鋼纖維混凝土具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗裂性。在道路閉塞的條件下，仍能使用水泥攤鋪機(jī)制形成整幅式，不要求設(shè)置縱縫。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度的100%時(shí)，便可用切鋸機(jī)切縫。如果由于梁板混凝土的熱脹擠壓，造成了錨固長(zhǎng)度區(qū)內(nèi)混凝土伸縮縫的損壞，必須及時(shí)更換受損的伸縮縫裝置，增大舒卷率以適應(yīng)橋跨結(jié)構(gòu)的變形要求，并應(yīng)用鋼纖維混凝土的接縫澆筑技術(shù)達(dá)到良好的效果。

9 施工案例

荔玉高速土建21 標(biāo)為荔玉高速項(xiàng)目東榮連接線(xiàn)，起止里程為L(zhǎng)K0+000—LK23+019.183，全長(zhǎng)23km。主要結(jié)構(gòu)物包括分、主線(xiàn)大橋6 座，中橋3 座，圓管涵洞74 座，蓋板涵洞27 座；路基挖方279 萬(wàn)方，填方107萬(wàn)方，預(yù)制30mT 梁125 片，25m 箱梁81 片；樁基共126根。該工程橋梁伸縮縫的原料之一為鋼纖維混凝土，經(jīng)過(guò)工程試驗(yàn)，鋼纖維混凝土具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗裂性，何比重相當(dāng)?shù)囊话慊炷料啾?，鋼纖維混凝土不僅硬度更大、沖擊特性更好，而且抗彎性能和抗壓性能更優(yōu)秀。鋼纖維混凝土還具有超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性能力，可有效應(yīng)對(duì)較大溫差，以避免內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展或加劇。所以，鋼纖維混凝土材料在現(xiàn)代路面、橋梁建設(shè)中將有非常廣闊的使用前景。

10 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在橋面伸縮縫施工過(guò)程中，混凝土的質(zhì)量對(duì)負(fù)載結(jié)構(gòu)的力度和強(qiáng)度構(gòu)造有直接影響。一般混凝土的功能不夠，容易產(chǎn)生裂縫，造成橋面倒塌、路面沉降等狀況。但是，鋼纖維混凝土具有很好的抗壓特性、抗剪特性、抗疲勞特性及承載能力，適合廣泛應(yīng)用。同時(shí)，橋面伸縮縫在應(yīng)用鋼纖維混凝土技術(shù)時(shí)還需要逐步完善，從而增強(qiáng)橋面整體的堅(jiān)固性能。