钢纤维混凝土及其在桥面铺装中的应用

【摘要】钢纤维混凝土作为一种新型复合材料, 在桥梁的桥面铺装中有重要意义。介绍了钢纤维混凝土的特性、配合比设计及其在桥面铺装中的应用, 并且阐述了在施工中应该特别注意的事项。

【关键词】钢纤维; 钢纤维混凝土; 配合比设计; 桥面铺装; 施工

【中图分类号】U443.33 【文献标识码】A

【文章编号】1008- 5696- ( 2006) 05- 0021- 02

1 钢纤维混凝土概述

　　钢纤维混凝土（ Steel Fiber Reinforced Concrent. 简称SFRC）是一种由水泥、粗细集料和随机分布的短钢纤维组合而成的复合材料。钢纤维混凝土中的钢纤维呈三维乱向分布，沿每个方向都有增强和增韧的作用，尤其对复杂应力区增强非常有效，可使混凝土物理力学性能产生质的变化，大大提高混凝土抗裂性能和抗冲击性能，使原本脆性的混凝土材料呈现很高的延性和韧性，以及优良的抗冻、耐磨性能，特别适用于要求连续、快速浇注混凝土的较大工程。

　　桥梁的混凝土桥面铺装层由于重型车辆的使用、交通量的增加，损坏非常严重，维修周期越来越短，这不仅妨碍了交通安全，也给维修工作带来不便。若改用SFRC 铺装桥面层，则可使面层厚度减薄，伸缩缝间距加大，从而改善桥面的使用性能，降低维修费用，延长使用寿命。

　　SFRC 应用于桥面铺装层，一般有两种：一种为部分粘结式的铺装层；一种为SFRC 增强钢筋网或钢丝网混凝土铺装层，亦称为复合式铺装层。

　　钢纤维的品种及性能是影响钢纤维混凝土质量的主要因素，钢纤维主要有以下几种：①切断钢纤维。②剪切钢纤维。③熔抽钢纤维。

　　钢纤维对混凝土的增强表现在当混凝土基体刚刚出现微裂缝时，钢纤维混凝土并未立即破坏，而是随着裂缝的稳定扩展，承载力继续上升，直到裂缝宽度增大到一个临界值时，钢纤维逐渐拔动或拔出，钢纤维混凝土才由于发生突然性的裂缝失稳扩展而破坏。为防止钢纤维混凝土因钢纤维被拉断而失去强度，钢纤维的抗拉强度不低于380kPa，钢纤维表面不得有油污和其他妨碍钢纤维与水泥浆粘结的杂质。钢纤维内含有的铁屑及杂质总量不得超过1%。钢纤维混凝土的水泥用量较一般混凝土高出10%左右。细集料砂的粒径为0.15~5mm,粗集料碎石最大粒径不宜大于20mm 或钢纤维长度的2/ 3。为保证钢纤维拌和物的和易性，混凝土的砂率一般不低于50%，必要时掺入减水剂或超塑化剂以降低水灰比。

2 钢纤维混凝土的配合比设计

　　钢纤维混凝土配合比的设计步骤与普通混凝土大体相同，所配置的钢纤维混凝土要进行实验，同时满足抗拉、抗压、抗折强度要求。通过对钢纤维混凝土的力学基本性能的研究发现钢纤维的加入对混凝土的抗压强度提高不大，但抗压韧性有很大改善。钢纤维混凝土当水灰比及集料最大粒径变化不大时，钢纤维含量特征参数影响钢纤维混凝土的抗拉强度。钢纤维混凝土极限荷载往往高于初裂荷载，初裂荷载与极限荷载的比值一般在0.8~1.0 之间,并且初裂荷载、极限荷载及韧性均随钢纤维混凝土含量的增大而增大。在相同钢纤维含量情况下，钢纤维混凝土强度随钢纤维的强度增大而增大。随钢纤维直径增大而减小。钢纤维混凝土抗剪强度随水灰比的减小而增大，随钢纤维体积率的增大而增大。

3 钢纤维混凝土在桥面工程中的应用

　　桥面铺装也称行车道铺装，是铺筑在桥面板上的防护层，是桥梁结构的重要组成部分。作用是保护属于主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎的直接磨耗，防止主梁遭受雨水的侵蚀，并能使车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。由于桥面天然敞露而受到大气影响十分敏感，根据以往实践经验，建桥时因对桥面铺装重视不足而导致日后修补和维护的弊病不少，因此，如何合理改进桥面的构造和施工，愈来愈引起人们的注意。而且，桥面铺装质量的好坏和使用耐久性将直接影响到汽车的行驶质量和使用耐久性。

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　　钢纤维混凝土因其具有良好的抗裂性、抗弯曲性、耐冲击性、耐疲劳性的特点，在桥面铺装中使用较一般水泥混凝土具有以下几点优势：

　　第一，减薄铺装厚度。钢纤维混凝土在相同荷载条件下铺装厚度可减少30%~50%，这样既减少了工程量又降低了桥梁恒载。

　　第二，加强桥面铺装与伸缩缝的连接强度。桥面伸缩缝是整个桥面的薄弱环节，在车辆的行驶过程中，由刚性桥面过度到柔性伸缩缝再到刚性桥面，不可避免地产生强烈的震动，震动释放出的巨大能量对伸缩缝与混凝土连接结构极具破坏性。钢纤维混凝土因其较强的耐冲击性保证其与伸缩缝连接钢筋牢固粘结，使伸缩缝发生的变形、位移、或翘曲都较小，大大提高了伸缩缝的使用寿命。

　　第三，延长了桥面的使用寿命。在重交通荷载作用下，钢纤维混凝土桥面开列要比普通混凝土缓慢得多，其桥面裂缝宽度小，不连续开列后延性仍很好，混凝土剥落、坑槽现象很少。这都有利于桥面和桥梁的使用寿命，改善了车辆的行驶条件。

4 钢纤维混凝土桥面铺装施工及养护

4.1 钢纤维的分散

　　由于钢纤维一般用箱装或袋装，体积较密实，在投入搅拌机拌和前，用钢叉将其中的成团钢纤维打散开，或应用机械方法加以分散，否则会引起钢纤维的结团现象，影响施工质量。在拌和料中加入的钢纤维应分散均匀，才能在混凝土中起到增强作用，如果加入的钢纤维分散不均匀，将使混凝土缺少钢纤维或钢纤维结团，不仅没有增强作用，还会引起局部强度削弱。

　　钢纤维混凝土混合料按设计配合比规定材料用量进行配制。为了使钢纤维在混凝土中分布均匀、不结团，必须控制好投料顺序、搅拌方法和时间，这是有别于普通混凝土的关键工艺，也是保证施工质量的重要环节。

　　必须使用强制式搅拌机，宜采用先干拌后湿拌的方法，根据搅拌机容量和施工配合比确定一次搅拌量，为避免超载，一次搅拌量不宜大于搅拌机额定搅拌量的80%。正式浇筑前进行试拌，鉴定拌和质量合格后，才正式开工。

4.2 投料顺序

　　投料顺序为：碎石→钢纤维干拌1min→砂→水泥→钢纤维干拌lmin。在投入钢纤维时用网筛均匀撒入料斗中，不要成堆倒入。

4.3 拌和方法

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　　先干拌后湿拌。上料干拌，观察钢纤维是否成团，干拌时间应在1min 以上,但不宜超过2min，如有成团现象时，在转盘投料时要调整钢纤维分散程度，可分次投入钢纤维，直到不成团为止，然后确定投料时间及方式；干拌之后要加水减水剂水溶液湿拌，湿拌时间为1.5min 左右。严格控制拌和时间，拌和时间总计6min 左右。搅拌好的SFRC 应该是钢纤维均匀分散在整个混凝土拌和物中，无粘团和集结现象。拌合时间要比普通混凝土长1min，严格控制混凝土坍落度，钢纤维混凝土拌合均匀是控制质量的关键。

4.4 运输

　　钢纤维混凝土坍落度较小，不宜采用混凝土搅拌车运输，可采用自卸汽车运输，作业时要严格控制运输时间。由于钢纤维混凝土中加入减水剂，必须尽量加快施工速度。必须符合钢纤维混凝土拌和料运输、铺筑完毕的允许最长时间。拌和料从搅拌机卸出到浇筑不宜超过30min。运输过程中应避免拌合物离析，已产生离析的，应作二次拌和后方可灌筑。

4.5 浇筑

　　在桥梁伸缩缝之间为一个连续施工区段，在连续施工区段内的钢纤维混凝土必须连续浇筑。稠度相同的钢纤维混凝土看起来比普通混凝土干涩，但经振捣后仍表现为较好和易性，因而严禁在浇筑时往拌和料中加水。而且浇筑过程在一定规定连续的区域内不得中断。

　　第一，摊铺。用机翻车运输至指定地点，用人工将SFRC拌和料大致铺整平，摊铺系数按1.2~1.3 控制，钢纤维混凝土松铺系数较普通混凝土的要大，在摊铺时可通过现场试验确定，无论机械或人工布料，均应保证钢纤维混凝土能均匀摊铺在桥面上。人工布料时应用铁锹反扣法将钢筋孔隙先填满，再铺平其他部分。严禁抛掷和搂耙，防止混凝土拌和物离析。在摊铺过程中如有结团现象，及时用人工撕开抖散或剔除，以免发生蜂窝。

　　第二，振捣压实。钢纤维混凝土拌和料振捣密实，要比普通水泥混凝土拌和料振捣密实所消耗能量大，振捣时间长，但也不能过振，振捣时间过长，也会引起钢纤维下沉，使其结构上层与下层钢纤维分布密度不均匀。必须用大功率平板振动器振捣密实使钢纤维呈二维平面分布，这样在平面内钢纤维硅受力才均匀。先用插入式振动器沿模板边沿振捣，最后用梁式振动器振捣整平，严禁使用插入式振捣器在混凝土内部插捣，以确保钢纤维在混凝土中的均匀分布。在振动梁施工过程中，应对混凝土不足处或多余处及时处理，如发现有钢纤维团出现，要及时将团状物打撒并均匀撒于混凝土中。用表面带凸棱的金属圆滚筒将竖起钢纤维及浮在面上的钢纤维和石子压下去，然后用金属圆滚筒将表面滚压平整。

　　第三，刮板整平表面。滚压平整后，用3mm 以上刮尺或刮板进行纵横向精平表面，施工时要及时将刮起的钢纤维压入混凝土中，以确保混凝土中钢纤维不外漏表面。铺装表面可为糙面，这样有利沥青层连结，不需抹压太光。

4.6 切缝

　　桥面铺装由于纵向分幅施工不设纵向施工缝，横向在每个墩顶部设一道横向假缝，其它以15~20m 间距设横向假缝，并与防撞栏的假缝对齐，缝宽3~5mm，缝深2.5cm，切缝时间由气温和SFRC 强度确定：一般强度控制在8~15MPa 为宜。切缝完成后用聚氨脂焦油灌缝。

4.7 抗滑处理

　　由于普通混凝土桥面施工常用的压槽法和拉槽法难以达到高速公路抗滑构造深度要求，且易将钢纤维带出，我们采用刻槽法施工，具体做法是在钢纤维混凝土初硬后（ 强度8~15MPa）用刻槽机横向刻槽，槽距25mm，槽宽3mm，槽深3mm。不得使用粗麻袋、刷子和扫帚制作细观抗滑构造。

4.8 养护

　　由于钢纤维混凝土早期强度较高，故应加强早期湿润养护，为确保与沥青结合面的清洁，采用自来水养护，不覆盖草袋、砂等覆盖物，为防止气温过高，水分蒸发过快，采用塑料薄膜覆盖湿养。待测试强度分别达到普通混凝土相应强度（ 即4.5MPa 和30MPa） 且不小于7d 时方可安排施工车辆在桥面行驶。