橋梁拼寬工程中補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土的應(yīng)用研究

賈衛(wèi)東，王曉強(qiáng)，邢世玲，王寶義

(1. 中交二公局東盟工程有限公司，西安 710119； 2. 南京工業(yè)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，南京 211816)

在混凝土橋梁拼寬改造工程中，一般先對(duì)拼寬部分的新建橋梁進(jìn)行施工，再在橋面板部分現(xiàn)澆縱向拼縫，從而將新舊橋連接成整體。新舊橋通過(guò)縱向拼縫連成整體后，與普通橋梁的受力差異主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面[1-10]：①新舊橋面板和橋面拼縫混凝土之間存在收縮徐變差異，會(huì)使拼接部位產(chǎn)生裂縫；②新舊橋之間存在沉降差異，新橋通過(guò)拼縫部位對(duì)舊橋產(chǎn)生豎向的拉拽，在拼縫附近的主梁翼緣板局部會(huì)產(chǎn)生較大的橫向內(nèi)力和應(yīng)力。為了改善新舊橋縱向拼接部位易出現(xiàn)縱向裂縫的問(wèn)題，補(bǔ)償收縮混凝土和鋼纖維混凝土等高性能混凝土材料被廣泛應(yīng)用于橋梁拼寬的拼縫[11]部位。

摻入適量膨脹劑制成的補(bǔ)償收縮混凝土在硬化過(guò)程中，混凝土內(nèi)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力[12]，與普通混凝土相比具有更好的抗裂性能。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，在普通混凝土中摻入1%～2%的鋼纖維所制成的鋼纖維混凝土，可大幅度提升混凝土的抗彎拉性能[13-16]。

為了進(jìn)一步提升混凝土的抗裂性能，有學(xué)者對(duì)膨脹劑和鋼纖維材料的復(fù)合使用進(jìn)行研究，得到補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土。相關(guān)研究結(jié)果表明[17-19]，補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土的抗壓、抗?jié)B、抗彎拉和抗收縮性能與普通混凝土相比有顯著提升。補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土是一種適用于新舊橋梁拼縫部位的高性能混凝土，但目前尚無(wú)專門的規(guī)范指導(dǎo)該新型材料的實(shí)踐應(yīng)用，可供參考的案例也較少。本項(xiàng)目依托京滬高速公路新沂至淮安段改擴(kuò)建工程，在文獻(xiàn)調(diào)研和工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁拼寬工程中新舊橋縱向拼縫處理時(shí)的混凝土技術(shù)要求和施工工藝進(jìn)行歸納和總結(jié)。

1 拼縫材料的技術(shù)要求及材料配合比參考

1.1 拼縫材料的技術(shù)要求

在不中斷交通的情況下，用于橋梁拼寬工程中拼接部位的混凝土應(yīng)滿足的基本特點(diǎn)[20]為：①快硬早強(qiáng)；②相對(duì)緩凝；③低收縮、微膨脹；④韌性較強(qiáng)；⑤使用方便、價(jià)格相對(duì)便宜且便于推廣。

羅成立等[18]通過(guò)試驗(yàn)，對(duì)常規(guī)混凝土和補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土進(jìn)行比較分析，試驗(yàn)結(jié)果顯示：補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土的7 d和28 d抗壓強(qiáng)度較常規(guī)混凝土提升了24%和28%，抗折強(qiáng)度提升了75%和80%；常規(guī)混凝土Cl-滲透評(píng)價(jià)結(jié)果為“中”，補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土Cl-滲透評(píng)價(jià)結(jié)果為“極低”；混凝土收縮試驗(yàn)中常規(guī)混凝土的裂縫最大寬度為0.1 mm，補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土的裂縫最大寬度為0.01 mm；常規(guī)混凝土的單位面積裂縫開(kāi)裂數(shù)目為139條/m2，補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土為7條/m2；常規(guī)混凝土的抗裂等級(jí)為Ⅳ級(jí)，補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土的抗裂等級(jí)為Ⅰ級(jí)。補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土因具有優(yōu)越的抗折、抗?jié)B和抗裂性能，適合在新舊橋拼縫工程中加以推廣。

京滬高速公路新沂至淮安段改擴(kuò)建工程中部分新舊橋拼寬的拼縫材料采用C50補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土，技術(shù)指標(biāo)要求如表1所示。

表1 技術(shù)指標(biāo)要求

1.2 材料配合比參考

材料配合比參考取值如表2所示，具體工程中應(yīng)根據(jù)技術(shù)指標(biāo)通過(guò)試驗(yàn)確定最終施工時(shí)的材料配合比。

表2 材料配合比參考取值 (kg/m3)

在京滬高速公路新沂至淮安段改擴(kuò)建工程JHK-XY1標(biāo)段中，通過(guò)試驗(yàn)最終材料配合比取值如表3所示，主要指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果為：初始要坍落度為185 mm；抗?jié)B性能等級(jí)>P9；7 d抗彎強(qiáng)度為6.77 MPa；28 d 抗彎強(qiáng)度為7.71 MPa；7 d抗壓強(qiáng)度為54.9 MPa；28 d抗壓強(qiáng)度為63.8 MPa。

表3 通過(guò)試驗(yàn)最終材料配合比取值 (kg/m3)

2 施工工藝

新舊橋拼寬工程的總體施工流程一般為：舊橋護(hù)欄和翼緣板切除→舊橋外邊板植筋→新橋施工(包含橋面鋪裝)→拼縫鋼筋骨架安裝→拼縫混凝土澆筑。新橋橋面鋪裝層混凝土與拼縫的補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土分兩次澆注，通常要求新橋鋪裝層混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，方可進(jìn)行拼縫中補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土的施工，兩者要求有3～5個(gè)月的齡期差。新橋架設(shè)一般6個(gè)月后再進(jìn)行新舊橋之間的拼縫連接，這可有效降低不同齡期混凝土收縮徐變產(chǎn)生的附加內(nèi)力。新舊橋拼縫施工工藝流程如圖1所示。

3 施工過(guò)程中相關(guān)技術(shù)要求和注意事項(xiàng)

3.1 施工準(zhǔn)備工作

(1) 拼縫混凝土澆筑前，應(yīng)將新橋和舊橋界面拼接部位的混凝土鑿毛，鑿毛面凹凸不平處應(yīng)不小于6 mm，鑿毛后表面浮灰和浮渣須清理干凈。

(2) 濕接縫澆筑前用噴霧器將濕接縫鋼筋網(wǎng)、模板以及新舊混凝土界面充分潤(rùn)濕，但不得積水。

(3) 拼縫混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。為確?；炷翝仓┕つ苓B續(xù)進(jìn)行，混凝土澆筑前應(yīng)合理組織施工機(jī)械設(shè)備，機(jī)械數(shù)量和機(jī)械性能狀況應(yīng)符合澆筑條件的要求。

(4) 檢查核對(duì)補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土干混料是否符合要求、配合比及計(jì)量是否準(zhǔn)確，加料誤差應(yīng)不超過(guò)±1%。

3.2 拼縫鋼筋安裝

按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行新舊橋拼寬處鋼筋綁扎。新舊橋連接處鋼筋與植筋須焊接處理，焊縫長(zhǎng)度為10d(d為鋼筋直徑)。

3.3 模板安裝

模板一般采用竹膠板，模板安裝前對(duì)表面進(jìn)行清理，均勻涂刷一層脫模劑，模板拼縫處設(shè)置泡沫止?jié){條，確?；炷翝仓r(shí)不漏漿，避免漏漿對(duì)主梁和蓋梁造成污染。

京滬高速公路新沂至淮安段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目共有10座拼寬橋梁，橋跨結(jié)構(gòu)分別包含預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)組合箱梁結(jié)構(gòu)兩種。針對(duì)橋下支立模板受限的情況，本項(xiàng)目中濕接縫模板安裝采用吊桿加鋼管橫梁的組合形式進(jìn)行固定。吊桿穿過(guò)PVC(聚氯乙烯)管，通過(guò)螺栓與蝶形扣件緊固在鋼管橫梁上。鋼管通過(guò)方木墊放在箱梁頂板上，每塊模板沿橋梁縱向設(shè)置不少于4道吊桿支撐。中橫梁模板采用方木背撐、鋼管支撐及對(duì)拉拉桿組合的形式進(jìn)行固定，保證模板表面平整、支撐穩(wěn)固。

模板安裝好后墊放混凝土保護(hù)層墊塊，確保模板拼縫無(wú)錯(cuò)臺(tái)、成品無(wú)漏筋。模板安裝允許偏差如表4所示。

表4 模板安裝允許偏差 (mm)

3.4 補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土拌制

一般采用機(jī)械攪拌制作補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土，為防止鋼纖維產(chǎn)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，投料攪拌順序和攪拌時(shí)間為：①將粗骨料和鋼纖維投入拌和機(jī)攪拌一定時(shí)間(建議30 s)，使鋼纖維分散在石子中，不產(chǎn)生結(jié)團(tuán)；②將砂及水泥等細(xì)集料投入拌和機(jī)干攪拌30 s；③在旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī)中加水，讓機(jī)器再攪拌 180 s 左右。第一批攪拌材料應(yīng)用于檢測(cè)流動(dòng)性及攪拌效果。

拼縫混凝土養(yǎng)生時(shí)間過(guò)短易造成結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生收縮裂紋。坍落度過(guò)大易造成混凝土離析，影響接縫強(qiáng)度；坍落度過(guò)小會(huì)影響混凝土的流動(dòng)性和和易性，影響施工質(zhì)量。綜合考慮天氣因素和道路運(yùn)輸情況，經(jīng)多次試驗(yàn)得出坍落度為180～200 mm時(shí)，混凝土的工作性能較好。

3.5 新舊混凝土界面處理

澆筑混凝土前應(yīng)充分潤(rùn)濕舊混凝土表面，以保證混凝土的黏結(jié)效果。若在工程設(shè)計(jì)中有涂刷界面膠的要求，應(yīng)保持舊混凝土基面潔凈干燥。

3.6 拼縫混凝土澆筑

案例工程采用C50補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土，混凝土均采用拌和站集中拌和，混凝土罐車運(yùn)輸自卸入模，人工進(jìn)行插入式振搗。澆筑時(shí)對(duì)濕接頭進(jìn)行分層斜坡式澆筑振搗，然后沿橋梁縱向?qū)γ康罎窠涌p進(jìn)行澆筑振搗，振搗完成以混凝土表面泛漿、停止下沉且不再冒泡為準(zhǔn)，避免欠振或過(guò)振，造成混凝土振搗不密實(shí)或不均勻。振搗過(guò)程中應(yīng)避免振搗棒碰撞模板和鋼筋，防止模板拼縫漏漿或綁扎鋼筋的扎絲脫落。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)防止混凝土分層離析，混凝土運(yùn)至澆筑地點(diǎn)后應(yīng)立即澆筑入模。混凝土由料斗和漏斗內(nèi)卸出并進(jìn)行澆筑，混凝土高度不得超過(guò)2 m，否則應(yīng)采用串筒、斜槽和溜槽等方式下料。澆筑過(guò)程中應(yīng)及時(shí)檢查振搗質(zhì)量，防止過(guò)振或漏振。

3.7 混凝土養(yǎng)護(hù)

補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土澆筑完成后應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)，采用蓄水性能良好的材料覆蓋表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 d。充分的灑水養(yǎng)護(hù)是保障補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土發(fā)揮其膨脹性能的關(guān)鍵技術(shù)措施，須予以足夠重視。

新澆筑的混凝土既沒(méi)有足夠的強(qiáng)度，也未建立起有效的膨脹應(yīng)力，不能抵御振動(dòng)、沖擊等產(chǎn)生的破壞，為防止裂縫出現(xiàn)，在澆筑時(shí)應(yīng)中斷現(xiàn)場(chǎng)交通36 h以上，確?；炷翉?qiáng)度不低于40 MPa后方可恢復(fù)交通。

4 結(jié)語(yǔ)

受新舊橋沉降差異和收縮徐變差異的影響，橋梁拼寬時(shí)新舊橋連接部位的新舊混凝土界面時(shí)常會(huì)出現(xiàn)裂縫，采用補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土進(jìn)行新舊橋連接，能有效保障連接成功，并確保拼縫的長(zhǎng)期緊固作用。目前補(bǔ)償收縮鋼纖維混凝土在橋梁工程中應(yīng)用并不多，相關(guān)研究較少，在橋梁拼寬工程中開(kāi)展相關(guān)施工工藝和技術(shù)研究，研究成果可為類似工程項(xiàng)目提供指導(dǎo)。