钢纤维混凝土在市政桥梁桥面铺装施工中的应用

　　1.钢纤维混凝土性能特点及优势分析
　　钢纤维混凝土（简称SFRC）是在普通混凝土中掺入适量的短钢纤维混合而成的一种新型复合材料。由于钢纤维的掺入，在混凝土基体中随机分布的短钢纤维阻碍混凝土内部微裂缝的扩展，同时阻滞宏观裂缝的发生和发展。在受荷（拉、弯）初期，水泥基料与纤维共同承受外力，当混凝土开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。经国内外大量的研究和试验表明，在混凝土中掺入适量钢纤维，其抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、抗疲劳、抗冲击韧性、耐久性等物理和力学性能有显著的提高（见表1）。



　　在桥梁上部结构中，主梁是承受车辆活载和结构自重的主体，而桥面铺装的主要作用是分布车轮集中荷载，保护主梁不受车辆轮胎直接磨损，防止主梁遭受雨水的侵蚀。因此对于桥面铺装而言，结构应尽可能轻薄，减少主梁的负重。但是桥面铺装层直接承受车轮荷载的冲击，桥面铺装部分或全部参与了主梁结构的变形，一方面可分散荷载并参与桥面板的受力，另一方面起联结各主梁共同受力的作用；既是桥面保护层又是桥面结构共同受力层，所以桥面铺装层应具有足够的强度和良好的整体性，并具有足够的抗裂、抗冲击、耐磨性能。钢纤维混凝土克服了普通混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、性脆等缺点，具有比沥青混凝土更为优良的抗裂性、耐磨耐疲劳、高韧性等性能，非常使用于以承受车轮荷载疲劳和冲击作用为主的桥面结构。因此钢纤维混凝土在桥面工程应用可以明显减薄厚度。
　　2.工程实例
　　广西某大桥桥面原设计为8cm 沥青混凝土。由于主跨梁顶面未设置调平层，梁面平整度难以控制，不利于保证沥青混凝土层的施工质量。此外箱梁顶的竖向预应力筋顶端处在沥青混凝土层内，既影响沥青混凝土的摊铺，又不利于锚头防腐。因此将这座大桥桥面铺装变更为钢筋纤维增强钢网混凝土CF40。
　　3.钢纤维混凝土桥面铺装施工工艺
　　3.1 施工工艺流程
　　施工前，经咨询有关专家，结合试验情况，经研究，将操作不断完善和定型，最后形成了配合比设计→清凿桥面浮浆→精确放样→安装模板→浇筑钢纤维混凝土→人工粗平→平板振动器振实→齿开振动粗平→滚筒滚压提浆→4m 纵向刮尺刮平→3m 横向刮平精平→抹面收浆→4m 直尺检查平整度→养生切缝→拆模刻槽→灌缝等16 道工序的施工工艺流程。
　　3.2 主要材料的技术要求
　　3.2.1 钢纤维
　　钢纤维混凝土的破坏主要是钢纤维的拔出而不是拉断，因此钢纤维的增强主要取决于钢纤维混凝土基体界面的粘结强度。提高粘结强度除与基体的性能有关外，就钢纤维本身来说，应该从钢纤维的表面和形状来改善它与基体的粘结性能。为了提高钢纤维的粘结迁都，本工程采用0.6×30-800 哑铃型钢纤维（钢纤维的两端异形化成弯钩或大头形），以提高其锚固力和抗拔力。纤维长30mm，抗拉强度800Mpa。用量按体积1%掺入。
　　3.2.2 水泥和砂
　　水泥选用425 号普通硅酸盐水泥。砂采用中粗砂，砂的级配应符合要求。
　　3.2.3 碎石
　　钢纤维混凝土所用石料粒径，不宜大于钢纤维长度的2/3，一般为5～20mm，最大粒径不宜大于20mm，如果石料粒径过大，削弱了钢纤维的增强作用，并易于集中于大石料周围，不便于钢纤维的分散。为确保混凝土的和易性，本工程选用5～20mm 碎石。碎石的级配应符合要求。
3.3 关键工序的施工工艺及施工要点
　　3.3.1 铺装层下的梁面或平层的处理
　　根据大桥的具体情况，采取了3 种处理方式：第一，T 梁引桥部分浇筑整体层时，插入型d10mm 剪力钢筋，间距为75cm×75cm，分别伸入整体层6m 和铺装层5m。剪力筋作成型，一方面是增加在铺装层内的锚固长度，另一方面考虑施工车辆需要行走，必须将部分剪力筋弯倒，同时不留出尖角以免损伤轮胎。采用这种处理方式时，混凝土表面应进行拉毛，并清除浮浆。第二，在变更设计下达前，部分区段已浇筑了整体化层。处理方法是将混凝土面凿花，彻底清除浮浆，并按75cm×75cm 的间距在混凝土面钻孔，插入d12mm 钢筋棒，用环氧树脂固结。第三，主桥箱梁顶面没有调层，由于梁顶预应力筋较多，不便钻孔插埋钢筋，只能采取“地毯式”凿毛的方法，彻底凿出新鲜混凝土面。
　　3.3.2 标高带及钢筋网的设置
　　模板用角钢，阴角朝上安装，滚筒和角钢保持接触，便于控制高程。角钢底用水泥砂浆填塞，一方面增强模板刚度，一方面防止漏浆。角钢每隔1.5m 设一个测点，测量精度±1mm。为了增强防裂效果，钢纤维混凝土铺装层内设置了直径d10mm，间距15cm×15cm 的钢筋网。钢筋网距混凝土顶面3cm，以便于切缝。钢筋网用架立筋支撑，并焊牢。网下保证3cm 的净空。架立筋的密度不少于4 根/m2。
　　3.3.3 钢纤维混凝土搅拌和运输
　　要使钢纤维在混凝土中充分发挥作用，必须尽可能使其在混凝土基体中均匀分布。搅拌对保证钢纤维的均匀分布起着关键作用。施工中主要采取了以下措施：
　　⑴使用强制式拌和机搅拌，每次搅拌量不大于搅拌机额定搅拌量的80%。
　　⑵钢纤维混凝土上搅拌的投料次序和方法应以搅拌过程中钢纤维不产生结团和搅拌均匀为原则通过现场搅拌分析比较，确定搅拌方式。经现场反复试验，采用二次投料三次搅拌法。投料方式具体为：先将碎石和钢纤维于拌1min；再加入中砂、水泥、高效缓凝减水剂，于拌0.5min，最后加水湿拌1.5min。注意钢纤维下料一定要抖散分开，把钢纤维均匀洒布于干料之上，如未分散应在料斗上用工具进一步耙散，如成团的钢纤维进入拌和机内就不易搅散。搅拌过程，赶拌工序一定要做充分，否则钢纤维容易结团。
　　⑶采用电子计量系统计量，保证投料准确。
　　⑷有锈蚀、易结块的钢纤维不得使用。
　　⑸用混凝土拌和车运输，避免运输过程中钢纤维振动下沉，影响其均匀性。
　　⑹在混凝土中加放适量高效缓凝减水剂，改善拌合料的和易性，保证运输和施工操作需要。
　　3.3.4 摊铺与振捣
　　钢纤维混凝土浇筑是桥面铺装的最重要环节，集中体现着技术管理水平和工程质量的好坏，主要施工方法
　　和措施是：
　　⑴冲洗待浇的地面，对铺装层厚度较薄的地方，用浓水泥浆扫浆。扫浆后立即浇筑混凝土。
　　⑵用搅拌运输车直接将混凝土运至桥面，卸料前快速转动1～2min，将熟料拌和均匀，卸料后不宜用振动梁推浆，要用拉板及铁铲将混凝土初步整平。每个施工点配备5 个铲浆人员，4 台振动棒。摊铺的混凝土应设计比标高高0.5cm，以备平整与收浆。
　　⑶模板边用振棒轻振，其他地方用平板振器横向平行振实，平板每次重叠1/2，注意不可过振，避免钢纤维下沉积聚在底部，从而影响钢纤维混凝土的受力性能。
　　⑷用特制与浇筑宽度一致的齿形振动梁，一方面进行初步整平，一方面将处于表面的钢纤维压低，避免钢
　　纤维裸露表面。
　　⑸用直径15～20cm 的钢管滚筒压数遍，进行滚平提浆。
　　⑹用4～6m 长的铝金方尺作纵向刮尺，贴紧模板顺桥向刮平表面。
　　⑺将3m 长的铝金方尺作纵向刮尺，横桥向精确平表面，每一次刮平范围均要与上一次重叠1/2，如有过多浮浆，应将其推出弃掉。
　　⑻将金属抹刀装上长手柄，由专业工人抹面收浆。抹面应在表面无泌水时进行，目的是将表面抹平，而不
　　是抹光。
　　⑼为确保平整度，抹面之后用4m 铝金直尺纵横反复量测，前后两尺之间重叠1/3，平整度超过3mm 的地方，立即用混凝土填补抹平，保证达到规范要求。
　　⑽横向施工缝一般设在伸缩缝处，中间尽量连续施工，以避免接缝不顺。如果中间有中断，则在第二段浇筑前将第一段接头处凿除0.5～1m，以保证接头平顺。
　　⑾每个工点准备50m 遮阳雨棚，突降暴雨时可在防雨棚施工。个别施工单位对此项工作不注意，由于突下暴雨造成钢纤维混凝土面遭受冲刷，发生骨料暴露表面的质量事故，虽然可以返工重来，但也造成了不必要的经济损失。
　　3.3.5 切缝
　　纵向不切缝，横向缩缝从墩顶起每10m 一条，并和防撞栏缩缝对齐。切缝时间必须恰到好处，过早会因锯片振动，使碎石和钢纤维与水泥黏结松动，形成不可愈合的早期损坏；过迟则易造成混凝土先行收缩开裂。一般以混凝土强度为8～15MPa 时为宜。施工中以“温度”来较为准确地控制切缝时间，即：h=250t 式中:h 为混凝土浇筑完成时至切缝时的适时间（小时），t 为混凝土初凝时的气温（℃）。缩缝深度为2cm。切缝完成后用聚氨酯焦油灌缝。
　　4.结语
　　通过本工程实例和大量应用实践表明，钢纤维增强钢筋网混凝土桥面铺装能显著提高混凝土抗拉抗剪等性能，大大提高桥面的抗裂性、耐磨久性，延长桥梁的使用寿命，减少维修次数，对后期营运、养护有利，而其造价并不比改性沥青混凝土的桥面高。因此，从长远来看，具有良好的经济效益。只要有一套科学的施工方法并认真操作，钢纤维混凝土桥面的平整度完全达到较高水平，大大提高行车舒适性。