钢纤维混凝土在桥面铺装的应用与性能分析

摘要:
以南宁市富宁立交跨线桥为例，对钢纤维混凝土在桥面铺装的应用，从机理性能、原材料的选用、配合比的设计原则及步骤、施工工艺进行阐述，并提出施工要求。

关键词:
钢纤维混凝土设计施工增强性能[ 中图分类号]U443.33[ 文献标识码]B1. 项目概况富宁立交K0+026.497 跨线是南宁市较早采用钢纤维混凝土进行桥面铺装的大型桥梁。该桥主桥上构采用3×25m 先简支后连续的预应力混凝土空心板桥，下构为钢筋混凝土圆柱桥墩，桩基础、桩柱埋置式桥台，桥梁全长81.0m，.. 总宽41.0m，2×12.75m( 机动车道）+3 ×1.0m +2 ×3.5m +2 ×2.0m +2×.. 0.25m 。桥面铺装241.8m3 ，.. 为厚8cm 的钢筋混凝土，采用C40号混凝土，为防止桥面铺装过早地出现裂纹影响结构使用，钢纤维用量按砼的体积百分率计，采用1%～1.2%，.. 取得了良好的效果。2. 钢纤维混凝土的技术指标普通混凝土抗压强度等级C40 钢纤维混凝土的抗折强度5.0MPa 钢纤维混凝土的抗压强度50MPa 坍落度45mm

3. 原材料

3.1 钢纤维的选择

通过筛选，选用80 年代国际开始发展起来的铣削钢纤维，作为该项目桥面铺装混凝土的增强材料，具体采用上海哈瑞克斯金属制品有限公司生产的抗拉强度≥700MPa 的Ami04-32-600 型铣削型钢纤维，该钢纤维在混凝土中的横纵截面均有锯齿形边，加上两端有带勾的锚尾，其与砂浆的粘结力成倍增加。

3.2 其它材料的选择

水泥, 广西正大“狮座”42.5R普通硅酸盐水泥; 碎石，5～32mm 石灰岩，级配良好; 砂，五塘砂，级配良好，细度模数

2.84; 减水剂，

YF-Ⅱ型缓凝高效减水剂，掺量1.7%; 膨胀剂，低掺、低碱高效膨胀剂。

4. 钢纤维混凝土配合比设计

钢纤维混凝土的拌合料是由水泥、水、粗细骨料、钢纤维及必要时掺入化学外加剂或掺加剂，按一定比例配制而成，拌合料各组成材料的正确选择，对钢纤维混凝土的物理力学性能和施工有重要的影响。桥面铺装层钢纤维混凝土配合比设计，应主要满足设计弯拉强度与施工的和易性，弯拉强度随纤维增加而增加，但和易性随纤维增加而降低，因为混凝土掺入钢纤维后，由于内部摩擦力增大,其流动性显著降低，为此，应适当增加用水量。按照《钢纤维混凝土试验方法》.. 进行试配，并考虑以下原则:

为提高弯拉强度，钢纤维长径比应尽量大，但为了和易性，长径比又应尽量小。该工程选用钢纤维长径比为35～40，合适的长径比为35～50。

含砂率:与粗集料粒径及Vf 有关，钢纤维混凝土含砂率随Vf 增大而增大，随粗集料粒径增大而减小。该工程取值为45%。Vf为钢纤维的体积率。

水灰比: W /C=0.38，一般为0.35～0.40范围。

用水量:在考虑钢纤维混凝土和易性时，不能象普通混凝土一样只考虑坍落度，因为钢纤维混凝土在振捣前后工作能相差很大。

水泥用量:在钢纤维混凝土中，水泥用量要比普通混凝土大，每立方米混凝土水泥用量大于400kg。富宁立交跨线桥桥面铺装采用人工摊铺的特点和施工方案，对水灰比、砂率、水泥用量、钢纤维的掺量、坍落度等各主要控制指标要求进行试验室试配后，配合比按重交通量水泥混凝土路面设计，设计抗拉强度5.0MPa，每立方米混凝土各种材料用量见表1。

混凝土配合比

根据表1所示，该工程每立方米混凝土材料用水量185kg，钢纤维体积率Vf为0.75%，测得混合物工作度在8～12s，符和易性

要求。

5.钢纤维混凝土桥面铺装施工

5.1 架立钢筋安装

用风钻按施工图要求尺寸的间距进行钻孔，进行架立钢筋的安装，并用水泥浆锚固。5.2 凿毛、清洗与测量放样对已完成桥面整体化层铺装的桥面进行标高的联测，对局部存在有水泥浮浆的地方人工凿除，用高压水冲洗桥面，保证桥面无混凝土浮浆、浮尘等杂物。对桥面进行板块划分，按分块图测出各控制点的模板安装控制标高。

5.3 钢筋网安装

开铺前对桥面所有预埋钢筋、锚固架立钢筋、预埋件进行全面的检查，保证满足设计和规范的要求。钢筋接头在纵缝位置须错开。

5.4 模板安装和板块划分

模板用槽钢，槽钢底用水泥砂浆或砂填塞，防止漏浆，内侧刷脱模剂。标高带靠近人行道立缘石一侧由于无槽钢模板，可弹墨线控制其标高。

5.5 钢纤维混凝土拌和

钢纤维混凝土的搅拌原则是先干拌后湿拌。为防止钢纤维混

路桥天地

凝土在搅拌时纲纤维结团，不宜将水泥与钢纤维直接拌和，应采用“集料+ 钢纤维+ 集料+ 水泥”的投料方法，且在施工时每拌一次的搅拌量不宜大于搅拌机额定搅拌量的80%。采用滚动式搅拌机拌和，在搅拌混凝土过程中必须保证钢纤维均匀分布，应采用钢叉抖料法，即将过磅的钢纤维用钢叉投入拌和机料斗中，一层钢纤维一层砂，使砂起到分散隔离作用。为保证混凝土混合料的搅拌质量，采用先干后湿的拌和工艺。应根据拌和物的粘聚性、均匀性及强度稳定性试拌，确定最佳拌和时间。钢纤维与水泥、粗细骨料和砂先干拌不得少于1min，在拌和时钢纤维分三次加入拌和机中，最后加水湿拌35s，总搅拌时间不超过6min，超搅拌会引起钢纤维结团。一旦发现有钢纤维结团，就必须剔除掉;有锈蚀、易结块的钢纤维不得使用，以防止因此而影响混凝土的质量。采用拖拉机运输至浇筑点。施工时注意预留出拖拉机通道。

5.6 混凝土的摊铺及振捣

由于混凝土坍落度很小，凝结时间快，拌和料从搅拌机出料后，运至铺筑地点摊铺，振捣做面，直至浇筑完毕。严格掌握振捣方法，采用“先插后平”振捣方法，插振时为减少钢纤维向振动棒聚集的集束效应，将振动棒以线路方向插入，快插慢拔，迫使钢纤维呈纵向条状集束，使钢纤维排列有利于板面收缩应力、温度应力及荷载传递。采用平板振动器可将表面竖立的钢纤维和碎石压下，砂浆提上来，有利于提高混凝土表面耐磨度。

5.7 切缝和灌缝

拆除模板后，在混凝土强度达到8～15MPa时切缝，.. 为保证在切缝过程不产生钢纤维被带起，切缝其强度应大于普通混凝土5MPa 左右。灌缝，要求用水清洗干净缝中的尘土后待水干，嵌入直径为15mm 多孔泡沫塑料后用沥青灌缝，要求填料饱满、均匀、厚度一致，其效果达到不缺失、不开裂，以保证该处不渗水。

5.8 硬刻槽

在路面强度达到6～12MPa 后用刻槽机刻制横向抗滑沟槽，采用槽间距25mm 、槽宽2.5mm 、槽深3.5mm 的等间距矩形槽。

5.9 桥面铺装层的养生

薄膜覆盖7d，.. 洒水养生14d 。

6. 钢纤维混凝土桥面铺装性能评价

6.1 抗折强度、抗压强度、劈裂抗拉强度

混凝土的强度试验是将养护到规定28d 龄期的小梁试件.. 按三分点法测定其抗折强度，然后用立方体试件.. 进行抗压强度试验。桥面铺装试验段养护到规定28d 龄期后在板中间部位钻孔取样，试件尺寸直径150mm，.. 厚度与铺装面同为8cm，.. 进行劈裂抗拉强度试验。结果见表2 。

试验结果表明，钢纤维混凝土的强度比同配合比的普通混凝土有所提高，其中抗折强度增长了22.18%，.. 抗压强度增长5.41%，劈裂抗拉强度增长69.56% 。试验结果很明显地显示出，掺入钢纤维能较大幅度地提高混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度，使混凝土的脆性有所降低，但抗压强度增加很少。

6.2 耐磨性能

试验按T0527-1994 的规程进行，制作混凝土试件尺寸为150mm×150mm×70mm 。养护至28d 进行试验，试验首先将试件提前1d从养护室中取出，自然干燥12h，放入60℃.. 的烘箱中继续烘12h;然后将试件放在带有花轮磨头的TMS-04型水泥砂耐磨试验机的水平转盘上，在200N 的负荷下磨削50h，.. 并称量试验前后的质量，按下式计算单位面积的磨耗量。G=[/0.0125]×100 式中:G ——单位表面积磨损量(kg/m2); M0 ——试件的原始质量(kg);M 1 ——试件磨削后的质量(kg); 0.0125 ——试件磨损面积(m2) 。

试验计算结果:

普通混凝土为5.829kg/m2 ; 钢纤维混凝土为4.418kg/m2。可见钢纤维混凝土耐磨性优于普通混凝土，耐磨性能提高了24.21% 。

7. 钢纤维在混凝土中的增强性能机理

钢纤维混凝土中均匀无序乱向分布的短纤维的主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和防止宏观裂缝的发生。因此对于混凝土的抗拉强度和主要由拉应力控制的抗剪、抗弯、抗扭强度有明显的改善作用, 即使在混凝土发生一定裂缝的况下, 仍然对混凝土的承载能力具有很大的贡献, 只有当纤维从混凝土中拔出的时候，抗拉强度才会下降。钢纤维对混凝的抗弯、抗压疲劳性能的改善也比较明显。而钢纤维对混凝土的抗压强度影响不大。通过试验证明，钢纤维混凝土破坏时，都是纤维从混凝土拔出，而不是拉断，因此改善基体与钢纤维的粘结力，成为提高钢纤维混凝土力学性能的主要目标。

8. 结论

在桥面铺装中采用钢纤维混凝土结构，除了具有与普通钢纤维混凝土一样抗裂性强、耐老化、耐冲击、耐疲劳、抗冻抗渗性好等优良性外，还快硬化、超早强、耐磨损，可以提高混凝土的抗拉强度，改善抗冲击力、抗疲劳等性能，且施方便，浇注方法及浇注后外观基本与普通混凝土相同，造价相对合理。从实际效果来看，富宁立交跨线桥于2001 年建成至今，桥面安全通畅，经济效益和社会效益较好。