谈钢纤维混凝土技术在桥梁施工中的应用

2014-07-17李锐

山西建筑 2014年13期

李锐

(山西交通科学研究院，山西太原 030006)

0 引言

20世纪60年代以来，由于我国的经济需求，全国各地的桥梁及道路工程的发展速度也越来越快，对于工程材料的质量及经济实惠要求自然也变得越高。目前的建筑材料有木材、水泥和钢材等，而钢纤维混凝土这种新型建筑材料是一种符合材料，属于水泥类的，具有水泥承载能力强、耐久性、抗弯、抗拉的优点，另外还具有经济性好、环保、抗腐蚀性等特点。钢纤维混凝土材料主要是在钢纤维中均匀地加入适量的混凝土形成的一种优质复合型材料。这种结合使本来脆弱的混凝土变得韧性，钢纤维限制了混凝土的裂缝分散，从而改善了混凝土抗拉、抗剪、抗压、抗裂等特性，并且这种优越性在提高桥梁工程质量方面发挥着不可取代的作用。

1 钢纤维混凝土技术

1.1 钢纤维混凝土技术的流程及其注意事项

钢纤维混凝土的施工，按其施工方法来分有浇筑钢纤维混凝土、喷射钢纤维混凝土和灌浆钢纤维混凝土［1］。钢纤维混凝土技术决定着桥梁工程质量的优劣，因此，要确保钢纤维混凝土技术成为首要问题。钢纤维混凝土技术最重要的一个环节是均匀混合钢纤维与混凝土，应该在搅拌之前让钢纤维充分扩散，即使用分散机(分散力保持在20 kg/rain～60 kg/rain之间，功率保持在750 W～1 000 W之间)，促使基体中的钢纤维均匀分散，避免其形成团块状。在选择钢纤维材料时，应该选择容易分散的材质，经过振动筛处理后才进行搅拌。钢纤维和混凝土先干拌1 min，同时注意投料的顺序先投入砂，最后投入水泥，接着湿拌2 min，即在混合料中加入水和适量的外加剂。钢纤维混凝土搅拌机，一般最好使用强制式搅拌机和双锥反转出料搅拌机［2］。降低搅拌机的功率可以避免其超负荷使用，延长其寿命。

为了促进钢纤维混凝土充分混匀，需经过浇筑和振捣两个过程。为了确保桥梁施工过程中浇筑的连续性，应该隐藏浇筑接头，保持投料的相压低于20 cm，高于15 cm。振捣经常采用的是平板振动器，可以避免出现集束效应(在振捣的时候工作着的振动棒附近聚集着钢纤维)，促进钢纤维的扩散及二维分布。另外，振动棒使用的时候钢纤维应该纵向排便于传递承受力，才能保证处于角落的混凝土不稀疏。从美观及安全方面考虑，振捣后的钢纤维混凝土应该使用机械使之平整。在钢纤维混凝土成型时，由于其含沙量大、分布不均匀，应该采用机械、干燥工艺、压纹工艺等方法处理使之变得平整，避免漏振钢纤维或者纤维突触。对桥梁施工尽可能不要设置接缝，条件允许可以封路进行施工，运用整幅式的方法;条件不允许一定要设置接缝时，在设计强度超过一半即可缩小接缝。在运输的过程当中，首选泵送，若无法使用泵送，可以尽量扩大材料的出口、缩小运输的距离。这是因为重力作用会使钢纤维在运输过程中逐渐下沉，造成钢纤维分布不均匀，导致混合材料质量下降，后果将不堪设想。

1.2 钢纤维混凝土技术的特点

改革开放以来，钢纤维混凝土技术在桥梁建设迅猛发展的压力下，也在跟随其步伐逐渐提高。钢纤维混凝土技术充分混合了混凝土和钢纤维这两种材料，使其均匀分散，共同发挥这两种材料的重要作用及加强了各自单独的作用，并且明显改善了抗压、抗裂、脆性、抗拉等的强度。比普通的混凝土技术更加适用于桥梁施工。

总而言之，钢纤维混凝土的特点如下:

1)由于钢纤维混凝土具有极大的抗压和抗疲劳的性能，既可以提高桥梁质量及其使用寿命，又可以明显改善单独使用混凝土时的收缩率和提高其弹性。充分混合钢纤维和混凝土，比单独使用的抗压和抗疲劳能力更加优越。

2)在混凝土中加入钢纤维后，可以提高其抗拉、抗压、抗弯等性能。这个特点已经过多次试验证实。

3)桥梁的重量如果过大会导致坍塌，那么在相等的条件下钢纤维混凝土正好可以减轻工程材料的质量，进而提高施工的安全性。

4)钢纤维混凝土材料的使用可以节省材料开支，降低预算。正是钢纤维混凝土技术具备以上的优点，因此其得到了建筑工作者的重视和不断的开发。

2 钢纤维混凝土技术在桥梁施工方面的应用

2.1 钢纤维与混凝土在桥梁施工方面的比例

在桥梁设计的时候，极其关键的一个步骤就是结合桥梁的结构设计先计算好钢纤维与混凝土的合理比例。因为这与桥梁的工程质量密切相关，甚至关系到建筑工作者的性命。

2.2 钢纤维混凝土在桥梁施工方面的具体案例

现在，笔者以桥梁施工来举例(见图1，图2)，并探讨钢纤维混凝土的应用。此桥梁设计避免了桥头出现跳车的现象，采用钢纤维混凝土材料填铺搭板，并且把搭板设计在桥台和路基相连的地方。因为桥头在桥台和路基连接的地方，韧性差别太大，会使路基下沉相对较大。设计钢纤维混凝土强度为38，水泥用量为400 kg/m左右，粘稠度为40 ram左右，抗压为6 500 Pa左右。首先是钢纤维的选择，影响钢纤维性能的因素有等效直径、长度、三维形状等。如果等效直径太大，增强作用会降低;如果等效直径太小，搅拌时纤维很容易被折断。如果太长，在桥梁施工时会降低工作效率;如果太短，增强效果逐渐消失。所以，钢纤维的各参数要满足要求，才能达到最佳效果。在桥梁施工中选用的钢纤维是由杭州杭化纤维有限公司生产的，其直径是0.6 mm，长度为2.8 cm，抗压为380 MPa。这次用的水泥是传统的硅酸盐水泥，掺入粉煤灰作为活性剂，粉煤灰按国家标准GB 1596-79用于水泥和混凝土中的粉煤灰检验;细骨料砂除了各项技术指标符合JGJ 52-92普通混凝土用砂质量标准，尚要求不含氯盐成分，细度模数范围2.3～3.0，我们选用福建青口产的淡水河砂，无贝壳，无氯盐成分，细度模数 3.0，中砂，表观密度 2 680 kg/m2［3］。

我们选定的施工配合比为水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶钢纤维∶水=1∶1.54∶2.77∶0.01∶0.21∶0.4，水泥用量 420 kg/m3，砂率 35.7，坍落度 40 ram，28 d 抗压强度 48.8 MPa，抗折强度 8.5 MPa［4］。

图1 桥梁横隔板构件图

图2 桥梁设计纵面图

钢纤维混凝土施工的过程主要有:选择材料→搅拌→运输→成型→抹平→保养→管理。应用自动化机械来检测材料的质量和数量、搅拌机来混合钢纤维和混凝土、自动化机械来投料，搅拌时间可以适当的增加。

本次工程的运输是采用自动可以卸载的机械，避免混凝土出现分离析出的现象;浇筑遵循一次性、连续性、多处性等原则，即一次性完成，连续、多处浇筑。在桥台和路基的连接点不设置接缝，避免钢纤维堆积形成团块状，增加其流动性。水泥和砂的比例要适宜，进行搅拌、浇筑，采用机械处理使之平整。施工完毕之后，需要对桥梁进行覆膜保养和护理，通过抗压、抗裂等检测实验后方可使用。

2.3 应用措施

1)增强钢纤维混凝土桩。

如果仅仅加强桩的顶部或者尖部，显著提高其穿透能力，从而减少打击的次数，使锤击速度加快，以提高钢纤维混凝土的韧性。但是钢纤维混凝土其他部位可以仍然不加强。如果全部加强钢纤维混凝土，效果反而会变差，这样资源消耗也会比较大，造成不必要的资料浪费。因此，可以考虑局部加强钢纤维混凝土的桩。

2)局部加固桥梁结构。

桥梁的使用寿命往往取决于钢纤维混凝土的性能，钢纤维混凝土在桥梁中起着保护的作用，如果其结构稳定、结实，那么桥梁也比较耐久。这就要求钢纤维混凝土的化学成分要稳定，不易被腐蚀，特别是在一些环境恶劣的地区。另外，钢纤维混凝土材料的厚度也要适宜，如果太厚，桥梁质量太重容易出现坍塌;如果太薄，桥梁容易出现裂缝。

3)合理铺装钢纤维混凝土。

这主要是要求钢筋和混凝土能够合理设计，力量适宜，避免出现桥梁移动的情况。由于钢筋额外延伸的长度缩短，很容易离开混凝土而滑脱，此时可以应用焊接技术使之稳固连接。