钢纤维聚合物结构混凝土箱梁施工技术

谭海山

摘要：大跨度预应力混凝土连续刚构桥主桥箱梁0#块和1#块的顶板存在较大的负弯矩，跨中附近节段的底板存在较大的正弯矩，这个部位容易产生裂缝。文章结合工程实例，阐述了钢纤维聚合物结构混凝土在箱梁施工中的工艺及质量控制要点，可为类似工程的施工提供参考。

关键词：钢纤维聚合物；混凝土；箱梁施工技术；桥梁工程；质量控制要点 文献标识码：A

中图分类号：U441 文章编号：1009-2374（2017）07-0160-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.076

1 概述

大跨度預应力混凝土连续刚构桥主桥箱梁0#块和1#块的顶板存在较大的负弯矩，跨中附近节段的底板存在较大的正弯矩，是容易产生裂缝的部位。裂缝的产生将会严重影响工程质量，降低桥梁结构的耐久性。为改善连续刚构桥主桥箱梁上述关键部位的抗裂性能及结构耐久性，针对惠大高速公路东江特大桥主桥、广明高速公路富湾特大桥主桥箱梁、惠大高速公路北引桥（35+50+35）m现浇箱梁的结构形式、原设计采用的材料，完成与该桥箱梁结构混凝土相匹配的钢纤维聚合物结构混凝土配合比，总结出钢纤维聚合物结构混凝土在箱梁施工中的工艺，并成功地在富湾特大桥主桥（112+200+200+112）m、东江特大桥（90+150+90）m刚构箱梁0#块和1#块的顶板、跨中合拢段及其前后各两个节段的底板、东江特大桥北引桥（35+50+35）m现浇连续箱梁的施工中采用钢纤维聚合物结构混凝土。工程应用结果表明，采用该新材料的箱梁结构均未出现裂缝，其结构变形控制情况良好。基于预应力连续刚构桥结构开裂的危害性以及钢纤维聚合物结构混凝土施工的可操作性强，便于在桥梁工程中推广应用。

2 适用范围

适用于公路和市政工程大跨度预应力连续刚构桥及其他桥型上部结构的施工。

3 工艺原理

（1）通过在混凝土中掺加钢纤维和乳胶，并经过配合比设计确定各组成部分的掺量，形成钢纤维聚合物结构混凝土，大大提高混凝土的抗折和劈裂抗拉强度，增加混凝土抗裂性；（2）钢纤维聚合物结构混凝土要根据预应力连续刚构桥等现浇桥梁结构的性能要求及施工条件认真进行配合比设计，并为确保钢纤维和聚合物乳胶在新拌混凝土中的均匀度及施工性而制定相应的材料参数和施工操作流程；（3）钢纤维聚合物结构混凝土施工过程中，无论是材料制备、浇筑工艺、浇筑顺序及后期养护，均要严格按照制定的工艺要求进行。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

钢纤维聚合物结构混凝土的施工工艺流程为：配合比设计→材料制备→浇筑前期准备→混凝土浇筑→混凝土养护→下道工序施工。

4.2 操作要点

以东江特大桥主桥（连续刚构桥）箱梁为例说明钢纤维聚合物结构混凝土施工的操作要点。

4.2.1 配合比设计。

第一，原材料。东江特大桥主桥使用的钢纤维聚合物结构混凝土由碎石、砂、水泥、钢纤维、乳胶粉等材料组成，原材料的规格和基本属性如下：（1）水泥：惠州塔牌P·Ⅱ52.5R水泥；（2）砂：横沥东江砂场的中砂，细度模数2.68，属于中砂；（3）碎石：惠东县星展投资有限公司的5～25mm花岗岩碎石；（4）钢纤维：推荐采用上海真强纤维有限公司的端钩形RS06073/35-800钢纤维，长径比为48，抗拉强度大于800MPa，见图1。端勾型钢丝纤维是属于高性能钢纤维，可提高混凝土的抗冲击和抗疲劳的能力，提高混凝土的抗渗能力；（5）乳胶粉：德国瓦克化学公司VINNAPAS RE5010N乳胶粉，是一种遇水可再分散的醋酸乙烯酯/乙烯共聚胶粉；（6）减水剂：JB-ZSC聚羧酸高性能减水剂；（7）水：饮用水。

第二，浇筑工艺。钢纤维聚合物结构混凝土的浇筑工艺及步骤如下：（1）将粗集料、细集料、钢纤维投入搅拌机，干拌120s；（2）加入水泥、乳胶粉再干拌10～20s；（3）加水与减水剂湿拌90～120s；（4）浇筑钢纤维聚合物结构混凝土拌合料；（5）利用振捣棒进行振捣致密实；（6）抹平浇筑好的钢纤维聚合物结构混凝土表面，防止钢纤维外露；（7）按常规混凝土的养护方法及时养护。

第三，配合比，经过多次配合比设计，最终确定钢纤维聚合物结构混凝土的配合比和材料用量如下：配合比：砂率38.0%，水灰比0.321，大石60%，小石40%，砂石总重1833kg，外加剂1.2%，塌落度160～170mm；每方C55钢纤维混凝土材料用量：水泥467kg，砂697kg，大石682kg，小石454kg，钢纤维45.53kg，乳胶6.071kg，水150kg，外加剂5.604kg。

此外，惠大高速公路F-01合同段东江特大桥主桥预应力连续刚构现浇箱梁拟采用的C55普通混凝土配合比如下：配合比：砂率36.0%，水灰比0.300，大石60%，小石40%，砂石总重1843kg，外加剂1.1%，塌落度180mm；每方C55普通混凝土材料用量：水泥467kg，砂663kg，大石708kg，小石472kg，水140kg，外加剂5.137kg。

第四，基本力学性能。在确定钢纤维聚合物结构混凝土的配合比后，按照国家相关规定和试验规程，本项目组对上述钢纤维聚合物结构混凝土及C55混凝土分别实施抗压、劈裂抗拉、弹性模量、抗折测定等实验，实验结果分别如下：（1）抗压强度。C55钢纤维聚合物结构混凝土：3d龄期，65.9MPa，7d龄期，68.2MPa，28d龄期，70.1MPa；C55普通混凝土：3d龄期，64.9MPa，7d龄期，66.8MPa，28d龄期，69MPa；（2）劈裂抗拉强度。C55钢纤维聚合物结构混凝土：7d龄期，5.79MPa，28d龄期，6.53MPa；C55普通混凝土：7d龄期，3.1MPa，28d龄期，4.1MPa；（3）弹性模量。C55钢纤维聚合物结构混凝土：7d龄期，42.5GPa，28d龄期，44.5GPa；C55普通混凝土：7d龄期，39.1GPa，28d龄期，42.8GPa；（4）抗折强度。C55钢纤维聚合物结构混凝土：7d龄期，7.1MPa，28d龄期，8.68MPa；C55普通混凝土：7d龄期，4.49MPa，28d龄期，5.36MPa；（5）结论。经上述实验验证，按照本项目所述配合比设计的钢纤维聚合物结构混凝土的抗压强度和弹性模量比C55混凝土的略高，抗折和劈裂抗拉强度高50%以上。而且施工的和易性较好，达到该新材料的设计和施工要求，可以应用于惠大高速东江特大桥主桥连续刚构箱梁的现场施工。

4.2.2 材料制备。钢纤维聚合物结构混凝土采用工地搅拌站或商品混凝土搅拌站进行拌制均可。其制备工艺及步骤如下：

第一，按照配合比设计的要求进行备料，严格控制各组成材料的质量和数量。

第二，将钢纤维倒出后，用人工将其分散，如有锈蚀结团的应剔除。

第三，在粗集料和细集料混合的搅拌斗中用人工加入钢纤维，其中钢纤维重量根据搅拌斗中粗细集料重量和配合比计算得出，并用电子称进行准确计量，将粗细集料和钢纤维干拌120s，并检查其是否搅拌均匀（见图2）。人工投料时，钢纤维采用网筛分时、分批、均匀地撒在粗细骨料上。搅拌均匀后将粗细集料和钢纤维混合料堆放于干净场地上（见图3），待钢纤维聚合物混凝土浇筑时再进行湿拌。

第四，钢纤维聚合物混凝土浇筑之前，将粗细集料和钢纤维的混合料掺入搅拌斗中，并加入水泥、乳胶粉再干拌30～60s，并检查其是否搅拌均匀。

第五，加水与减水剂湿拌90～120s。

第六，拌合均匀后，即可出料。

4.2.3 浇筑前期准备。由于东江特大桥主桥的箱梁不是全截面，仅是顶板或底板采用钢纤维聚合物结构混凝土，而且浇筑的混凝土方量较大，浇筑难度相对较大，浇筑施工时间相对较长。因此浇筑过程中要特别注意分层浇筑施工时的覆盖，避免形成冷缝。分期浇筑混凝土时，新旧、不同混凝土的结合面一定要进行凿毛洗净，确保新老混凝土、不同混凝土的结合强度。另外，模板在浇筑前要进行湿润处理。

4.2.4 混凝土浇筑。

第一，浇筑工艺。使用钢纤维聚合物结构混凝土的箱梁节段，都要分次浇筑。浇筑时，当拌合料的塌落度小于180时，建议采用运输车将装有鋼纤维聚合物结构混凝土拌合料的吊篮运送至起吊点，采用吊机将吊篮吊至浇筑节段进行浇筑（见图4）。如果浇筑高度较高，需按一定的厚度、顺序和方向分层浇筑，则浇筑层厚度控制在30cm左右。

采用插入式振动器，移动间距在超过振动器作用半径1.5倍，与侧模保持在5～10cm，插入下层混凝土5～10cm。每一处振动完毕后，边振动边缓慢提出振动棒。对每一部位的振动，必须振动到该部位混凝土密实，其标准是混凝土停止下沉，不再冒出气泡，表面呈平坦、泛浆为准，且不宜过振。捣振时辅以人工找平。混凝土浇筑期间，由专人检查支架、模板和预埋件的稳固情况，如有松动，应及时纠正。

混凝土整平、并用铁滚筒将竖起的钢纤维和位于表面的石子压下去，进一步整平表面。待表面无泌水时，用抹刀抹平。修正后混凝土表面不得裸露出钢纤维，也不应有泛浆。

第二，混凝土浇筑顺序。与钢纤维聚合物结构混凝土有关的箱梁节段的浇筑顺序为：底板→腹板→横隔板（若有）→顶板。对于0#块和1#块，浇筑钢纤维聚合物结构混凝土顶板时，顶板应由0#块向两边l#块对称、平衡地浇筑（见图5）。

第三，注意事项。浇筑施工时，应尽量缩短箱梁的底板、腹板与顶板混凝土浇注的时间差，以减少混凝土之间的温差约束力。

4.2.5 混凝土养护。影响钢纤维聚合物结构混凝土性能的因素，除水泥和石子的种类和性能、钢纤维和乳胶的种类和掺量外，养护是非常重要的一个施工环节。钢纤维聚合物结构混凝土的养护期比较短，而且乳胶掺量越小，所需在水中的养护时间越长。当乳胶掺量达到一定值时，就无需在水中养护，只需在空气中干养即可。

钢纤维聚合物结构混凝土的养护宜在初凝之后马上进行，本次施工的养护只需3～7天，所以这3～7天的养护极其重要。养护时，可采用淋水养护或养护剂养护。建议采用淋水养护。

参考文献

[1] 危小灵，马科.钢箱梁-预应力砼悬臂梁组合结构施工技术[J].现代交通技术，2015，（4）.

[2] 姜永昌.南水北调跨渠预应力组合钢箱梁安装施工质量控制[J].交通世界（运输·车辆），2015，（6）.

（责任编辑：小 燕）