淺談路橋施工中鋼纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)

魯強

摘 要:隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展,路橋已經(jīng)成為了各個城市交通的主要動脈,路橋的建設(shè)也越來越受到人們的關(guān)注。混凝土的自身收縮、受力開裂等混凝土的缺陷越來越引起技術(shù)人員的高度重視,作為目前路橋施工中的重要材料,其施工技術(shù)應(yīng)用直接影響路橋的質(zhì)量以及后期的使用安全性、可靠性,本文筆者主要針對混凝土中摻加鋼纖維材料技術(shù),增強混凝土抗裂性在路橋施工中的應(yīng)用作簡單的介紹。

關(guān)鍵詞:路橋施工技術(shù)鋼纖維混凝土應(yīng)用

中圖分類號:TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-198X(2012)06(b)-0099-02

伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展,我國的交通事業(yè)也在發(fā)生著迅猛的變化,路橋作為交通的大動脈,它的建設(shè)質(zhì)量直接影響交通的通行能力?；炷潦锹窐蚴┕ぶ械闹饕牧?而傳統(tǒng)的混凝土自身水化熱大、需水量大及體積大等特點,具有熱脹冷縮的特性,所以容易產(chǎn)生裂縫,裂縫是路橋使用過程中最常見、也是危害最大的損害之一,在科技發(fā)達(dá)、人們對于路橋的建設(shè)要求越來越高的今天,怎么才能有效的解決混凝土的裂縫技術(shù)問題成了人們關(guān)注的熱點問題,接下來本文筆者就對目前應(yīng)用比較廣泛、效果比較良好的鋼纖維混凝土作簡單的介紹。

1 普通混凝土技術(shù)在橋梁施工中存在的問題

1.1 橋梁裂縫問題

橋梁裂縫是目前橋梁建設(shè)中面臨的主要問題,裂縫產(chǎn)生的原因多種多樣,大致可以分為以下幾種情況:

(1)由于荷載引起的裂縫。在行車荷載或者其他外力荷載的作用下,混凝土承受的應(yīng)力超過了其強度等級就會出現(xiàn)裂縫,所以混凝土的強度對于橋梁的質(zhì)量是非常重要的。

(2)溫度應(yīng)力引起的裂縫?；炷辆哂袩崦浝淇s性質(zhì),其溫度線膨脹系數(shù)一般為(1.0～1.5)×10-5/℃?；炷羶?nèi)外溫差過大,當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土的極限拉應(yīng)力時,就會產(chǎn)生裂紋。

(3)塑性收縮。新澆混凝土表面暴露于空氣中,由于風(fēng)干和蒸發(fā)作用使水分脫離混凝土表面進(jìn)入空氣中,水分從構(gòu)件內(nèi)部遷移到表面的速率小于表面水分損失,表面就會干燥,而此時新澆混凝土的抗拉能力幾乎為零,容易出現(xiàn)塑性收縮裂縫。

(4)原材料及配合比。砂、碎石含泥量超標(biāo)、級配不良,外加劑、摻合料選用不合理,配合比設(shè)計不當(dāng),例如水膠比、水泥用量過大、砂率不當(dāng)?shù)?都會導(dǎo)致混凝土收縮增大,從而增加裂縫發(fā)生的機率。

1.2 蜂窩麻面問題

混凝土出現(xiàn)蜂窩麻面的主要原因是配合比選擇不當(dāng),或者混凝土的和易性比較差導(dǎo)致的,在攪拌過程中,大量的氣泡無法及時排出,就會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的表面出現(xiàn)蜂窩麻面。

綜上所述,可以認(rèn)為,混凝土裂縫是絕對的,無裂縫是相對的。選擇一種高性能的混凝土是非常有必要的,目前,鋼纖維混凝土就是比較好的一種選擇。

2 鋼纖維混凝土在道路和橋梁的應(yīng)用范圍

鋼纖維混凝土在道路和橋梁方面,主要廣泛應(yīng)用于路面、橋梁、機場跑道等工程中,包括新建及修補工程。鋼纖維混凝土較普通混凝土有較好的韌性,抗沖擊性、抗疲勞性。它可使面層厚度減少,伸縮縫間距加長,使用性能提高,維修費用減低,壽命延長。

2.1 橋面鋪裝

采用鋼纖維混凝土鋪裝橋面不僅可以橋梁提升抗折強度、耐久性、舒適性以及橋面的抗裂性,還可以使橋面厚度變薄,減輕橋梁的自重,從根本上改善了橋梁的受力。此外,在施工設(shè)計的時候,還可以使用鋼纖維混凝土與橡膠瀝青混凝土作橋梁的雙層橋面,以達(dá)到更佳的效果。

2.2 橋梁上部承受荷載部位

在路橋的主梁或應(yīng)力比較集中的地方使用鋼纖維混凝土進(jìn)行鋪設(shè),可以更好的改善結(jié)構(gòu)的受力性能,防止橋梁發(fā)生結(jié)構(gòu)變形,降低橋梁上部材料的使用量,減輕橋梁自重,相應(yīng)的也可以減少橋梁下部墩臺的數(shù)量,節(jié)約成本,提高經(jīng)濟效益,同時還有助于橋梁向大跨度結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展。

2.3 加固橋梁墩臺等局部結(jié)構(gòu)

在行車荷載的長期作用下,橋梁的墩臺和橋面面板會產(chǎn)生裂縫以及表層剝落等問題,為了滿足整體性及抗震性的要求,可以把5～20cm的鋼纖維混凝土通過噴射機噴射到橋梁的裂縫或者表層剝落的地方。

2.4 加強鋼筋混凝土樁

如果使用鋼纖維混凝土加固橋梁局部樁尖或者樁頂,可以降低錘擊次數(shù),增強穿透力,提高打擊速度。因為樁頂在打入之前容易出現(xiàn)裂縫,為了增強樁的穿透能力,使其入土速度快,節(jié)省施工時間,在樁頂與樁尖部位通常使用鋼纖維混凝土材料。

3 鋼纖維混凝土的基本特點及性能

3.1 鋼纖維混凝土簡介

所謂鋼纖維混凝土把就是把少量亂向分布的鋼纖維加入到普通的混凝土當(dāng)中混合形成的一種新的復(fù)合材料。加入的鋼纖維呈亂向分布,可以有效抑制混凝土內(nèi)部出現(xiàn)裂縫,或者抑制裂縫的擴展,在一定程度上提升了混凝土的各項性能,具有比較好的延展性。

3.2 鋼纖維混凝土的性能

鋼纖維的主要性能包括抗拉強度與黏結(jié)強度。試驗表明,由于普通鋼纖維混凝土主要是因鋼纖維拔出而破壞,并不是因鋼纖維拉斷而破壞,因此鋼纖維的抗拉強度一般能滿足使用要求,而其與混凝土基體界面的黏結(jié)強度是鋼纖維混凝土性能的主要因素。黏結(jié)強度除與基體的性能有關(guān)外,就鋼纖維本身而言,與鋼纖維的外形和截面形狀有關(guān)。

通過對鋼纖維的作用機理和鋼纖維混凝土基本性能的大量研究和試驗,歸納出以下主要性能:

(1)強度和重量的比值增大。這是鋼纖維混凝土具有優(yōu)越經(jīng)濟性的重要指標(biāo)，也是它具有廣闊應(yīng)用前景的重要保證?？估瓘姸群鸵灾骼瓚?yīng)力控制的抗剪、抗彎、抗扭強度明顯提高。當(dāng)纖維摻量在1%～2%范圍內(nèi)，抗拉強度提高25%～50%，抗彎強度提高30%～80%，用直接雙面試驗所測定的抗彎強度提高50%～100%?？箟簭姸忍岣叻容^小，一般在0～25%。

(2)變形性能明顯改善。鋼纖維對混凝土抗壓彈性模量影響不顯著,受拉彈性模量隨纖維摻量的增加約提高0～20%。鋼纖維混凝土的韌性比素混凝土大大提高。在纖維摻量為0.8%～2.0%時,抗壓韌性可提高2～7倍,彎曲沖擊韌性可提高2～4倍,板式試驗落錘法擊碎試驗所測得的沖擊韌性可提高50到100倍甚至更高的抗沖擊性能。

(3)有效阻止或抑制溫度應(yīng)力開裂,抗疲勞性能有較大改善。由于鋼纖維對混凝土的阻裂作用,使得鋼纖維混凝土比素混凝土具有更好的軟化性能和抗疲勞性能。例如摻有2%的鋼纖維混凝土抗壓疲勞壽命達(dá)到2×10次時,應(yīng)力水平可達(dá)到0.92,而普通混凝土的應(yīng)力水平為0.56。

(4)有效降低混凝土的收縮和徐變。鋼纖維混凝土的收縮值隨摻量的增加而有所降低。例如,摻量為1.5%(長徑比為50)的鋼纖維混凝土較普通混凝土的收縮值降低7%～9%。持續(xù)荷載下鋼纖維混凝土的受壓徐變比相同條件的普通混凝土降低10%～30%。

(5)有較好的抗磨損能力。通過對C-50、C-75纖維混凝土和普通無纖維混凝土的抗磨損試驗表明,纖維混凝土增強抗磨損能力105%。使用C-50纖維增加的粗糙度,使得混凝土在同樣外露表面磨損試驗條件下,抗磨損能力增加1倍。C-75有纖維的混凝土試樣對比無纖維的混凝土試樣,其抗磨損能力增加52%,而其試件磨損損失量少34.4%。C-50纖維混凝土試樣,水泥用量雖少,但所顯示比C-75對比試樣的抗磨損能力增加20%,而其材料磨損損失量減少17.2%。

(6)顯著提高了物理耐久性和化學(xué)耐久性。試驗表明,摻有1.5%的鋼纖維混凝土經(jīng)150次凍融循環(huán),其抗壓和抗彎強度下降20%,而其他條件相同的普通混凝土卻下降60%以上,經(jīng)過200次凍融循環(huán),鋼纖維混凝土試件仍保持完好。摻量為1%、強度等級為CF35的鋼纖維混凝土的耐磨損失比普通混凝土降低30%。摻有2%的鋼纖維高強混凝土抗侵蝕能力較其他條件相同的高強混凝土提高1.4倍。

鋼纖維混凝土在空氣、污水和海水中都呈現(xiàn)良好的耐腐蝕性,暴露在污水和海水中5年后的試件碳化深度小于5mm,只有表層的鋼纖維產(chǎn)生銹斑,內(nèi)部鋼纖維未銹蝕,不像普通鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕后,銹蝕層體積膨脹而將混凝土脹裂。

3.3 鋼纖維混凝土基本理論

(1)混合定律。所謂混合定律就是把鋼纖維混凝土看做是為鋼纖維和混凝土基體共同組成的復(fù)合材料,構(gòu)成的復(fù)合材料在各方面的性能相當(dāng)于是基體性能及纖維性能的和,所以鋼纖維混凝土的性能比普通混凝土的性能要高很多。

(2)纖維間距理論。在纖維間距理論中認(rèn)為,鋼纖維混凝土在各項性能上的加強效果和混凝土基體當(dāng)中摻入的纖維之間的平均距離有關(guān),這個理論研究得出了纖維間距影響混凝土裂縫尖端應(yīng)力集中的關(guān)系。

4 鋼纖維混凝土施工技術(shù)

4.1 配合比

鋼纖維混凝土中,鋼纖維摻量和長徑比、水泥強度等級對其抗彎強度和抗拉強度影響最大,砂率和用水量對和易性影響較大,因此應(yīng)首先采用以抗拉強度、水灰比和水泥標(biāo)號的關(guān)系來確定水灰比,然后用抗折強度或抗拉強度要求,在初步確定水灰比和體積率后,再根據(jù)和易性要求來確定砂率和用水量,根據(jù)試驗結(jié)果對水灰比和體積率做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,最終確定施工配合比。

4.2 拌和

對鋼纖維混凝土易采用機械拌合。當(dāng)鋼纖維體積率高,拌合稠度較大時,攪拌機一次拌合量不易大于其額定拌合量的80%。

各種材料的重量計量準(zhǔn)確,稱量偏差在允許范圍內(nèi)。

攪拌的投料次序和方法以攪拌過程中鋼纖維不結(jié)團,不產(chǎn)生彎曲或折斷,不因拌合機超負(fù)荷而停止運轉(zhuǎn),出料口不堵塞為原則。

鋼纖維混凝土的攪拌時間應(yīng)通過現(xiàn)場攪拌試驗確定,采用先干拌后濕拌的的拌合試驗時,干拌時間不易小于1.5分鐘。

4.3 運輸

由于混凝土的自收縮性,為防止混凝土收縮產(chǎn)出鋼纖維提前受拉,因此應(yīng)盡可能減少運輸時間。

4.4 澆搗

鋼纖維混凝土的澆搗過程和普通混凝土沒有區(qū)別,澆搗操作在混凝土施工中是一個非常重要的環(huán)節(jié),對混凝土的致密性和整體性有直接影響。在澆搗的工序中,也別需要注意的是,鋼纖維混凝土比普通混凝土的流動性差,所以邊角位置容易出現(xiàn)蜂窩,為了防止蜂窩的出現(xiàn),可以使用搗棒搗實。

4.5 養(yǎng)生

施工后應(yīng)及時灑水覆蓋,確保表層鋼纖維混凝土強度性能。

5 結(jié)語

鋼纖維混凝土是一種新型的混凝土材料,其應(yīng)用在生產(chǎn)和施工中還需要進(jìn)一步的規(guī)范和完善,鋼纖維的長度、長徑比、表面形狀以及摻入的數(shù)量都會隨著施工情況的不同而有所改變,這給施工部門帶來很多困難,所以我們需要進(jìn)一步研究,對其使用條件加以分類總結(jié)。鋼纖維混凝土的造價也比較高,在施工中的應(yīng)用還具有一定的局限,這些都是需要思考的問題。希望在不久的將來,就會有一套完整的針對鋼纖維混凝土的使用規(guī)范。對鋼纖維混凝土的使用做具體的規(guī)定,讓其得到最佳利用。

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