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鋼纖維混凝土及其在橋面鋪裝中的應(yīng)用論文
1 鋼纖維混凝土概述
鋼纖維混凝土（ Steel Fiber Reinforced Concrent. 簡(jiǎn)稱SFRC）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。鋼纖維混凝土中的鋼纖維呈三維亂向分布，沿每個(gè)方向都有增強(qiáng)和增韌的作用，尤其對(duì)復(fù)雜應(yīng)力區(qū)增強(qiáng)非常有效，可使混凝土物理力學(xué)性能產(chǎn)生質(zhì)的變化，大大提高混凝土抗裂性能和抗沖擊性能，使原本脆性的混凝土材料呈現(xiàn)很高的延性和韌性，以及優(yōu)良的抗凍、耐磨性能，特別適用于要求連續(xù)、快速澆注混凝土的較大工程。
橋梁的混凝土橋面鋪裝層由于重型車輛的使用、交通量的增加，損壞非常嚴(yán)重，維修周期越來越短，這不僅妨礙了交通安全，也給維修工作帶來不便。若改用SFRC 鋪裝橋面層，則可使面層厚度減薄，伸縮縫間距加大，從而改善橋面的使用性能，降低維修費(fèi)用，延長使用壽命。
SFRC 應(yīng)用于橋面鋪裝層，一般有兩種：一種為部分粘結(jié)式的鋪裝層；一種為SFRC 增強(qiáng)鋼筋網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)混凝土鋪裝層，亦稱為復(fù)合式鋪裝層。
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。
鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)表現(xiàn)在當(dāng)混凝土基體剛剛出現(xiàn)微裂縫時(shí)，鋼纖維混凝土并未立即破壞，而是隨著裂縫的穩(wěn)定擴(kuò)展，承載力繼續(xù)上升，直到裂縫寬度增大到一個(gè)臨界值時(shí)，鋼纖維逐漸拔動(dòng)或拔出，鋼纖維混凝土才由于發(fā)生突然性的裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展而破壞。為防止鋼纖維混凝土因鋼纖維被拉斷而失去強(qiáng)度，鋼纖維的抗拉強(qiáng)度不低于380kPa，鋼纖維表面不得有油污和其他妨礙鋼纖維與水泥漿粘結(jié)的雜質(zhì)。鋼纖維內(nèi)含有的鐵屑及雜質(zhì)總量不得超過1%.鋼纖維混凝土的水泥用量較一般混凝土高出10%左右。細(xì)集料砂的粒徑為0.15~5mm，粗集料碎石最大粒徑不宜大于20mm 或鋼纖維長度的2/ 3.為保證鋼纖維拌和物的和易性，混凝土的砂率一般不低于50%，必要時(shí)摻入減水劑或超塑化劑以降低水灰比。
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)步驟與普通混凝土大體相同，所配置的鋼纖維混凝土要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)滿足抗拉、抗壓、抗折強(qiáng)度要求。通過對(duì)鋼纖維混凝土的力學(xué)基本性能的研究發(fā)現(xiàn)鋼纖維的加入對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度提高不大，但抗壓韌性有很大改善。鋼纖維混凝土當(dāng)水灰比及集料最大粒徑變化不大時(shí)，鋼纖維含量特征參數(shù)影響鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度。鋼纖維混凝土極限荷載往往高于初裂荷載，初裂荷載與極限荷載的比值一般在0.8~1.0 之間，并且初裂荷載、極限荷載及韌性均隨鋼纖維混凝土含量的增大而增大。在相同鋼纖維含量情況下，鋼纖維混凝土強(qiáng)度隨鋼纖維的強(qiáng)度增大而增大。隨鋼纖維直徑增大而減小。鋼纖維混凝土抗剪強(qiáng)度隨水灰比的減小而增大，隨鋼纖維體積率的增大而增大。
3 鋼纖維混凝土在橋面工程中的應(yīng)用
橋面鋪裝也稱行車道鋪裝，是鋪筑在橋面板上的防護(hù)層，是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分。作用是保護(hù)屬于主梁整體部分的行車道板不受車輛輪胎的直接磨耗，防止主梁遭受雨水的侵蝕，并能使車輛輪重的集中荷載起一定的分布作用。由于橋面天然敞露而受到大氣影響十分敏感，根據(jù)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建橋時(shí)因?qū)蛎驿佈b重視不足而導(dǎo)致日后修補(bǔ)和維護(hù)的弊病不少，因此，如何合理改進(jìn)橋面的構(gòu)造和施工，愈來愈引起人們的注意。而且，橋面鋪裝質(zhì)量的好壞和使用耐久性將直接影響到汽車的行駛質(zhì)量和使用耐久性。
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)，在橋面鋪裝中使用較一般水泥混凝土具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
第一，減薄鋪裝厚度。鋼纖維混凝土在相同荷載條件下鋪裝厚度可減少30%~50%，這樣既減少了工程量又降低了橋梁恒載。
第二，加強(qiáng)橋面鋪裝與伸縮縫的連接強(qiáng)度。橋面伸縮縫是整個(gè)橋面的薄弱環(huán)節(jié)，在車輛的行駛過程中，由剛性橋面過度到柔性伸縮縫再到剛性橋面，不可避免地產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)，震動(dòng)釋放出的巨大能量對(duì)伸縮縫與混凝土連接結(jié)構(gòu)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。
第三，延長了橋面的使用壽命。在重交通荷載作用下，鋼纖維混凝土橋面開列要比普通混凝土緩慢得多，其橋面裂縫寬度小，不連續(xù)開列后延性仍很好，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 鋼纖維混凝土橋面鋪裝施工及養(yǎng)護(hù)
4.1 鋼纖維的分散
由于鋼纖維一般用箱裝或袋裝，體積較密實(shí)，在投入攪拌機(jī)拌和前，用鋼叉將其中的成團(tuán)鋼纖維打散開，或應(yīng)用機(jī)械方法加以分散，否則會(huì)引起鋼纖維的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，影響施工質(zhì)量。在拌和料中加入的鋼纖維應(yīng)分散均勻，才能在混凝土中起到增強(qiáng)作用，如果加入的鋼纖維分散不均勻，將使混凝土缺少鋼纖維或鋼纖維結(jié)團(tuán)，不僅沒有增強(qiáng)作用，還會(huì)引起局部強(qiáng)度削弱。
鋼纖維混凝土混合料按設(shè)計(jì)配合比規(guī)定材料用量進(jìn)行配制。為了使鋼纖維在混凝土中分布均勻、不結(jié)團(tuán)，必須控制好投料順序、攪拌方法和時(shí)間，這是有別于普通混凝土的關(guān)鍵工藝，也是保證施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。
必須使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，宜采用先干拌后濕拌的方法，根據(jù)攪拌機(jī)容量和施工配合比確定一次攪拌量，為避免超載，一次攪拌量不宜大于攪拌機(jī)額定攪拌量的80%.正式澆筑前進(jìn)行試拌，鑒定拌和質(zhì)量合格后，才正式開工。
4.2 投料順序
投料順序?yàn)椋核槭摾w維干拌1min→砂→水泥→鋼纖維干拌lmin.在投入鋼纖維時(shí)用網(wǎng)篩均勻撒入料斗中，不要成堆倒入。
4.3 拌和方法
先干拌后濕拌。上料干拌，觀察鋼纖維是否成團(tuán)，干拌時(shí)間應(yīng)在1min 以上，但不宜超過2min，如有成團(tuán)現(xiàn)象時(shí)，在轉(zhuǎn)盤投料時(shí)要調(diào)整鋼纖維分散程度，可分次投入鋼纖維，直到不成團(tuán)為止，然后確定投料時(shí)間及方式；干拌之后要加水減水劑水溶液濕拌，濕拌時(shí)間為1.5min 左右。嚴(yán)格控制拌和時(shí)間，拌和時(shí)間總計(jì)6min 左右。攪拌好的SFRC 應(yīng)該是鋼纖維均勻分散在整個(gè)混凝土拌和物中，無粘團(tuán)和集結(jié)現(xiàn)象。拌合時(shí)間要比普通混凝土長1min，嚴(yán)格控制混凝土坍落度，鋼纖維混凝土拌合均勻是控制質(zhì)量的關(guān)鍵。
4.4 運(yùn)輸
鋼纖維混凝土坍落度較小，不宜采用混凝土攪拌車運(yùn)輸，可采用自卸汽車運(yùn)輸，作業(yè)時(shí)要嚴(yán)格控制運(yùn)輸時(shí)間。由于鋼纖維混凝土中加入減水劑，必須盡量加快施工速度。必須符合鋼纖維混凝土拌和料運(yùn)輸、鋪筑完畢的允許最長時(shí)間。拌和料從攪拌機(jī)卸出到澆筑不宜超過30min.運(yùn)輸過程中應(yīng)避免拌合物離析，已產(chǎn)生離析的，應(yīng)作二次拌和后方可灌筑。
4.5 澆筑
在橋梁伸縮縫之間為一個(gè)連續(xù)施工區(qū)段，在連續(xù)施工區(qū)段內(nèi)的鋼纖維混凝土必須連續(xù)澆筑。稠度相同的鋼纖維混凝土看起來比普通混凝土干澀，但經(jīng)振搗后仍表現(xiàn)為較好和易性，因而嚴(yán)禁在澆筑時(shí)往拌和料中加水。而且澆筑過程在一定規(guī)定連續(xù)的區(qū)域內(nèi)不得中斷。
第一，攤鋪。用機(jī)翻車運(yùn)輸至指定地點(diǎn)，用人工將SFRC拌和料大致鋪整平，攤鋪系數(shù)按1.2~1.3 控制，鋼纖維混凝土松鋪系數(shù)較普通混凝土的要大，在攤鋪時(shí)可通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，無論機(jī)械或人工布料，均應(yīng)保證鋼纖維混凝土能均勻攤鋪在橋面上。人工布料時(shí)應(yīng)用鐵鍬反扣法將鋼筋孔隙先填滿，再鋪平其他部分。嚴(yán)禁拋擲和摟耙，防止混凝土拌和物離析。在攤鋪過程中如有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，及時(shí)用人工撕開抖散或剔除，以免發(fā)生蜂窩。
第二，振搗壓實(shí)。鋼纖維混凝土拌和料振搗密實(shí)，要比普通水泥混凝土拌和料振搗密實(shí)所消耗能量大，振搗時(shí)間長，但也不能過振，振搗時(shí)間過長，也會(huì)引起鋼纖維下沉，使其結(jié)構(gòu)上層與下層鋼纖維分布密度不均勻。必須用大功率平板振動(dòng)器振搗密實(shí)使鋼纖維呈二維平面分布，這樣在平面內(nèi)鋼纖維硅受力才均勻。先用插入式振動(dòng)器沿模板邊沿振搗，最后用梁式振動(dòng)器振搗整平，嚴(yán)禁使用插入式振搗器在混凝土內(nèi)部插搗，以確保鋼纖維在混凝土中的均勻分布。在振動(dòng)梁施工過程中，應(yīng)對(duì)混凝土不足處或多余處及時(shí)處理，如發(fā)現(xiàn)有鋼纖維團(tuán)出現(xiàn)，要及時(shí)將團(tuán)狀物打撒并均勻撒于混凝土中。用表面帶凸棱的金屬圓滾筒將豎起鋼纖維及浮在面上的鋼纖維和石子壓下去，然后用金屬圓滾筒將表面滾壓平整。
第三，刮板整平表面。滾壓平整后，用3mm 以上刮尺或刮板進(jìn)行縱橫向精平表面，施工時(shí)要及時(shí)將刮起的鋼纖維壓入混凝土中，以確保混凝土中鋼纖維不外漏表面。鋪裝表面可為糙面，這樣有利瀝青層連結(jié)，不需抹壓太光。
4.6 切縫
橋面鋪裝由于縱向分幅施工不設(shè)縱向施工縫，橫向在每個(gè)墩頂部設(shè)一道橫向假縫，其它以15~20m 間距設(shè)橫向假縫，并與防撞欄的假縫對(duì)齊，縫寬3~5mm，縫深2.5cm，切縫時(shí)間由氣溫和SFRC 強(qiáng)度確定：一般強(qiáng)度控制在8~15MPa 為宜。切縫完成后用聚氨脂焦油灌縫。
4.7 抗滑處理
由于普通混凝土橋面施工常用的壓槽法和拉槽法難以達(dá)到高速公路抗滑構(gòu)造深度要求，且易將鋼纖維帶出，我們采用刻槽法施工，具體做法是在鋼纖維混凝土初硬后（ 強(qiáng)度8~15MPa）用刻槽機(jī)橫向刻槽，槽距25mm，槽寬3mm，槽深3mm.不得使用粗麻袋、刷子和掃帚制作細(xì)觀抗滑構(gòu)造。
4.8 養(yǎng)護(hù)
由于鋼纖維混凝土早期強(qiáng)度較高，故應(yīng)加強(qiáng)早期濕潤養(yǎng)護(hù)，為確保與瀝青結(jié)合面的清潔，采用自來水養(yǎng)護(hù)，不覆蓋草袋、砂等覆蓋物，為防止氣溫過高，水分蒸發(fā)過快，采用塑料薄膜覆蓋濕養(yǎng)。待測(cè)試強(qiáng)度分別達(dá)到普通混凝土相應(yīng)強(qiáng)度（ 即4.5MPa 和30MPa） 且不小于7d 時(shí)方可安排施工車輛在橋面行駛。
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