钢纤维混凝土在桥面改建中的应用

1、概述

南平水东大桥桥面改建采用钢纤维混凝土，大桥修建于1959年，为拱桥结构，大桥全长301.58m，桥面宽8+2×3m，以下结合南平水东大桥桥面改建对钢纤维混凝土的应用加以分析总结。



2 钢纤维混凝土的特点

钢纤维混凝土是一种由水泥、粗集料、细集料和随机分布的短纤维掺配而成一种新型高强复合材料。钢纤维混凝土中随机分布的短钢纤维主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展并阻滞宏观裂缝的发生和发展，提高整个复合材料的抗裂性。同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结力，因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的纤维体上，使钢纤维混凝土作为一个均匀整体抵抗外力作用，显著提高了混凝土原有的抗拉、抗弯和断裂延伸率，特别是提高了混凝土的抗冲击性和耐久性。



3 钢纤维混凝土材料

钢纤维按不同的加工生产方法可分为：切断钢纤维、剪切钢纤维和熔断钢纤维三种。纤维长度又分为不同规格，长度宜为20~50mm，等效直径为0.3~0.8mm，长径比在40~100范围内，抗拉强度不低于600MPa。在我国路面工程应用上钢纤维混凝土中钢纤维的体积率多为0.8%~1.0%，水泥采用32.5～42.5#普通硅酸盐水泥，粗骨料最大粒径为钢纤维长度的2/3，最大粒径不宜大于20mm，细集料采用中粗砂，平均粒径0.35~0.45mm。



4 桥面改建设计方案

4.1 桥面结构设计

水东桥原设计双向二车道，桥面行车道宽8m，为混凝土铺装层。从现场实际调查看，桥面出现破碎、断裂、沉陷、邻板错台现象，局部经沥青碎石修补，面板破损率80%以上。新改建方案是在保证桥面车辆单向通行的前提下，所采取的半幅施工方法，先凿除旧桥面层，对基层进行补强调平，再浇筑面层。桥面铺装结构设计为：面层12cm厚C40钢纤维混凝土+基层10cm厚C15素混凝土，面板尺寸8m×4m，缩缝间距8m，桥头两端与旧水泥路连接处设2条胀缝。



4.2 钢纤维混凝土配合比设计

钢纤维混凝土配合比设计应主要满足设计抗折强度与施工的和易性，抗折强度随着钢纤维量的增大而增大，但混凝土的和易性却随之降低，为此必须适当增大含砂率。影响配合比的主要因素是钢纤维掺入量、砂率、水灰比，参照《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》和《普通混凝土配合比设计规程》，经过试配对比试验，C40钢纤维混凝土配合比确定为：水泥:砂:碎石:水:钢纤维1:1.912:2.388:0.45:0.186，每m3混凝土水泥用量420kg，钢纤维体积率1%，即掺入量78kg，钢纤维混凝土配合比详见表1。



表1 钢纤维混凝土配合比

钢纤维选用江苏产Q235剪切型低碳钢纤维，纤维长度32mm，水泥为平生产的武夷牌42.5#普通硅酸盐水泥。



5 施工工艺

5.1 基层处理

在钢纤维混凝土浇筑前，先用机械凿除半幅混凝土旧桥面层，再人工配合清除旧基层，最后用高压水枪冲洗粉渣；对桥面中轴线和人行道路缘测定路面标高点，控制基层（调平层）标高。基层用C15素混凝土摊铺，铺筑厚度控制在预留面板厚度12cm处。



5.2 钢纤维混凝土搅拌及运输

钢纤维混凝土的拌和应严格控制纤维分布均匀，以不结团为原则,对钢纤维混凝土进行试拌、确定最佳拌和时间。用滚筒式搅拌机拌和，其每斗搅拌量不大于搅拌机定额量的70%，采用先干后湿的拌和工艺，按照二次投料三次拌和程序，先将碎石和钢纤维干拌60s，使钢纤维分散，其次将砂和水泥加入再干拌45s后，直接注水再湿拌90s。各种材料用量必须严格计量，保证混凝土的配比准确。控制拌和时间，总拌和时间不超过6min，否则将引起钢纤维结团。在混凝土运输过程中，通常采用手扶拖拉机，要求运距不宜过长，保证混凝土不发生离析现象。
5.3 钢纤维混凝土的浇筑、养生

针对桥面铺装半幅施工的特点，对桥面的左半幅先行浇筑，保证右半幅车辆通行，最后进行右半幅浇筑。钢纤维混凝土的摊铺和振捣是施工的重要环节，直接影响钢纤维混凝土的整体性和致密性，施工过程中采用人工摊铺、机械振捣相结合的方法，其操作步骤如下：

（1） 钢纤维混凝土经人工摊铺整平，沿钢模两侧用插入式振捣器振捣，其余部位均采用平板振捣器振捣，时间不宜过长，应振至混凝土混合料泛浆，不明显下降，不冒气泡，表面均匀为度。

（2） 混凝土振平采用振动梁振捣拖平，辅以人工找平，再用钢滚筒来回滚压，进一步推浆整平，其表面不得裸露钢纤维。

（3） 待混凝土表面无泌水时进行抹平，拉毛时选用滚筒压纹器，可以避免带出钢纤维。

（4） 当钢纤维混凝土强度达25%~30%时，进行切缝，切缝深度3cm，缩缝间距8m。

（5） 钢纤维混凝土早期强度高，终凝后应及时采取湿法养护，麻袋覆盖洒水养护，养生期12~14d，待强度测试达设计要求时开放交通。



6 施工质量控制

施工前对各种原材料进行质量检验。在施工过程中，应检查钢纤维混凝土的配合比是否符合设计要求，尤其是对钢纤维混凝土搅拌时的投料顺序、拌和时间，以及钢纤维混凝土浇筑过程中摊铺和振捣质量进行有效控制，确保钢纤维在混凝土中分布均匀，达到良好的力学性能。按施工规范要求对每一工作日浇筑的混凝土制作抗压和抗折试件。与普通混凝土一样，钢纤维混凝土也应加强早期养护。