淺談鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫錨固端中的應用

摘 要：鋼纖維混凝土是當前一種高性能的復合材料，其具有良好的材料性能。用鋼纖維混凝土作為錨固橋梁伸縮縫混凝土，能明顯提升基體的抗彎、抗拉強度和延伸率，尤其是提升了基體的抗沖擊性能和耐久性能，能夠優化橋梁結構工作性能，增加橋梁結構工作年限。本文結合柳州市某主車道大橋為例，對鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫錨固端中的應用進行了分析總結。

關鍵詞：鋼纖維混凝土；橋梁；伸縮縫；錨固端；應用

中圖分類號：U444 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0190-02

1 概 述

鋼纖維混凝土是一種由水泥、粗集料、細集料和亂向分布的機制纖維摻配而成的一種高性能復合材料。鋼纖維在混凝土中能制約基體裂縫的擴張，使得基體抗拉、抗彎、抗剪強度有較大改善，讓本是脆性材料的混凝土成為具有一定的塑性。同時，因為鋼纖維與混凝土接觸面之間存在較大的界面粘結力，從而能將外荷載傳遞到具有抗拉強度大、延伸率高的鋼纖維體上，使得鋼纖維和混凝土成為一個受力勻稱的整體，共同抵抗外荷載作用，明顯提升了基體的抗彎、抗拉強度和延伸率，尤其是提升了基體的抗沖擊性能和耐久性能。

柳州市某主車道大橋為跨越大沖溝而設置的橋梁，建成于2016年10月，橋梁全長128m，橋面寬12m。上部構造采用4m×30m預應力混凝土小箱梁，采用先簡支后連續結構，梁高1.6m。下部結構采用樁柱式橋墩，橋臺采用樁柱式橋臺，樁基礎按嵌巖樁設計。橋面鋪裝為：橋面調平層采用8cm厚C50混凝土，橋面鋪裝層為10cm厚瀝青混凝土，即4cm厚細粒式改性瀝青混凝土（AC-13C）+6cm厚中粒式普通瀝青混凝土（AC-16C）。在0號橋臺、4號橋臺處分別設置一道MF160型伸縮縫。應用鋼纖維混凝土在該橋梁伸縮縫錨固端中，能增強該處結構的抗沖擊性能和耐久性能，防止橋梁伸縮縫的沖擊破壞，確保其結構的完整性。

本文對鋼纖維混凝土在該橋伸縮縫錨固端中的應用加以分析總結。

2 橋梁伸縮縫設計方案

2.1 橋梁伸縮縫結構設計

柳州市某主車道大橋設計雙向兩車道，橋面行車道寬8m。橋面鋪裝結構設計為：橋面調平層采用8cm厚C50混凝土，橋面鋪裝層為10cm厚瀝青混凝土。瀝青混凝土結構為：4cm厚細粒式改性瀝青混凝土（AC-13C）+6cm厚中粒式普通瀝青混凝土（AC-16C）。在0號橋臺、4號橋臺處分別設置一道MF160型伸縮縫，設計用C50鋼纖維混凝土錨固伸縮縫左右兩端。

2.2 鋼纖維混凝土配合比設計

鋼纖維是用冷軋帶鋼剪切、切斷細鋼絲法、鋼錠銑削或鋼水快速冷凝法加工成長徑比（纖維長度與其直徑的比值，當纖維截面為非圓形時，采用換算等效截面圓面積的直徑）為40～100的機制纖維。鋼纖維長度宜為20～50mm，等效直徑為0.3～0.8mm，長徑比在40～100范圍內，抗拉強度不低于600MPa。在我國橋梁工程應用中，鋼纖維混凝土中鋼纖維的體積率多為0.5～1.0%，水泥采用32.5～42.5#普通硅酸鹽水泥，粗骨料最大粒徑為鋼纖維長度的2/3，最大粒徑不宜大于20mm，細集料采用中粗砂，平均粒徑0.35～0.45mm。

2.2.1 水 泥

通常采用32.5～42.5#普通硅酸鹽水泥。由于鋼纖維混凝土應用于橋梁伸縮縫錨固端中，處于復雜的工況。因而鋼纖維混凝土中應選擇強度高、干縮性小、抗磨性高和抗凍性好的水泥。

2.2.2 集 料

粗骨料，最大粒徑不宜大于20mm，以10～20mm為宜，應采用石質堅硬、清潔、不含風化顆粒、表面粗糙，近立方體顆粒的碎石。

細集料應采用質地堅硬、耐久、潔凈的天然砂、機制砂或混合砂，粒徑小于5mm。

2.2.3 水和外摻劑

水采用無污染的自然水或自來水，混凝土拌和用水量約為130～180kg/m3，為確保混凝土具有一定的強度和密實度，水灰比宜為0.4～0.55，當水灰比低時，混凝土的和易性會變差，可適量摻入減水劑或塑化劑。

2.2.4 鋼纖維類型及規格

鋼纖維選用碳鋼纖維，其單絲抗拉強度不宜小于600MPa，其直徑通常為0.4～0.7mm，其長度通常是50～70倍直徑。

2.2.5 配合比設計

針對該工程施工部位，鋼纖維混凝土配合比設計除了滿足橋梁結構上的特殊要求以外，原則上和普通混凝土的相同，配合比設計內容為計算配制強度、確定水灰比、鋼纖維體積率、單位用水量、含砂率、集料、鋼纖維用量。先依照同等級普通混凝土配合比計算材料用量，確定初步配合比；后按初步配合比進行試拌，調整含砂率、單位用水量，確定強度試驗用基準配合比；再調整水灰比和鋼纖維體積率，確定施工配合比。

參照《纖維混凝土結構技術規程》（CECS38：2004）和《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011），經過工程試驗人員多次配比試驗，C50鋼纖維混凝土配合比確定為：水泥：砂：碎石：水：鋼纖維：外加劑=1：1.94：2.68：0.43：0.205：0.03，每立方混凝土水泥用量為380kg，鋼纖維體積為率1%，即摻入量78kg，C50鋼纖維混凝土配合比詳見表1。

3 施工技術

3.1 拌 和

拌和應使混凝土中的鋼纖維分散均勻、不結團，同時還要防止鋼纖維彎曲或折斷。因此，鋼纖維混凝土應使用機械攪拌，通常使用強制式或反錐式攪拌機。為確保混合料攪拌均勻，各材料的投放順序為：水泥、粗集料、細集料、鋼纖維，其中鋼纖維投放分別三次放入攪拌機，先將混合料干拌均勻，再加適量水濕拌，拌和時間通常為2～3min。

3.2 運 料

在運送筑鋼纖維混凝土時，一般采用手推車、自卸汽車運送，應控制運送的距離和時間，防止運輸過程中振動導致筑鋼纖維混凝土離析，運送的最長時間根據試驗得出的水泥初凝時間，同時應保證給施工留有充分的作業時間為限。

3.3 澆 筑

當筑鋼纖維混凝土運送至施工地點后，一般直接倒入伸縮縫澆筑帶槽內，并人工找平。澆筑鋼纖維混凝土時，應確保其分散均勻和整體連續，在劃定連續施工的區間內，不能中斷澆筑，必須連續施工。筑鋼纖維混凝土從出料到澆筑完成累計時間不應超過30min。在施工過程中，不得加水。

3.4 振 搗

鋼纖維混凝土必須采用機械振搗，不得采用人工插搗。振搗機具采用插入式振搗器。振搗方法應保證拌合物的密實及鋼纖維分散均勻。振動以鋼纖維混凝土表面溢出砂漿、骨料不再下沉為準。在振搗過程中，如有多余混合料，要刮除，對于低凹地方應及時補平，然后用金屬圓滾將表面滾壓平整。

3.5 表面處理

為確保車輛通行安全，應防止鋼纖維暴露或垂直伸出外面。在整平時用表面帶凸棱的金屬圓滾，將暴露或垂直伸出的鋼纖維壓入，待鋼纖維混凝土表面無泌水時再用金屬抹刀修平，經修平整的表面不得有暴露或垂直伸出鋼纖維，同時不應有混凝土浮漿。

3.6 養 護

鋼纖維混凝土和普通混凝土一樣，也應及時養護。在混凝土抹面2h后，用手指輕壓沒有痕跡時，即可養護。可采用草簾、麻布覆蓋于其表面，每天應在其表面灑水數次，讓其一直處于潮濕狀態，養護不得少于7d。也可用聚乙烯薄膜粘附鋼纖維混凝土表面，從而阻止其中的水分蒸發，以確保其能正常發生水化反應。

4 施工質量控制

施工前，根據施工規范要求對各種原材料進行抽樣送檢。在施工過程中，應核實鋼纖維混凝土的配合比是否滿足設計要求。特別是對鋼纖維混凝土攪拌、運輸、攤鋪和振搗應按要求嚴格執行，確保鋼纖維在分散均勻、不結團，達到良好的力學性能。應按施工規范要求制作抗壓和抗折試件。同時應做好鋼纖維混凝土的養護工作。

5 結束語

柳州市某主車道大橋自2016年10月通車以來，經過對該橋梁伸縮縫鋼纖維混凝土錨固端的跟蹤觀測，其結構保持完整、無明顯裂紋。這充分體現出鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫錨固端中應用的優越性能，能有效控制裂縫發展，延長結構使用壽命，經濟效果顯著。

參考文獻

[1]鋼纖維混凝土結構設計與施工規程.北京：中國建筑出版社，1992.

[2]鋼纖維混凝土新型路面設計與施工.重慶大學出版社，1995.

收稿日期：2018-8-8

作者簡介：楊 平（1985-），男，侗族，廣西三江人，工程師，本科，主要從事路橋相關工作。