钢纤维混凝土桥面铺装的应用研究

1、第15卷第2期1998年6月广东工业大学学报JournalofGuangdongUniversityofTechnologyVol.15No.2June1998钢纤维混凝土桥面铺装的应用研究黄云生1)罗志强2)1)深圳公路局,深圳,5180192)广东工业大学土木系,广州,510090摘要结合桥梁工程实际,证明采用纤维混凝土是解决弯桥桥面铺装层厚度不一且强度不足的有效方法1关键词桥面铺装;钢纤维砼;抗折强度;配合比设计中图资料法分类号U443133;TU5281572广深线某旧桥为三跨48m,宽1718m的预应力混凝土T梁桥,桥面铺装为5cm厚的中粒式沥青混凝土1为了适应国家经济建设和交通发展

2、的需要,必须对该旧桥右侧加宽,并且该桥处于曲线缓和段内1本文主要对该桥桥面铺装应用钢纤维混凝土的课题进行研究11桥面铺装方案该桥位于曲线的缓和段内,旧桥路拱横坡为双向2%,经加宽后渐变为单向012%1旧桥面为5cm厚的中粒式沥青混凝土,新桥面加宽部分原拟采用钢筋混凝土铺装1但是,考虑到为了使桥面铺装层统一,满足材料使用和通车要求,又计划凿去沥青铺装层换用素水泥混凝土铺装1然而,由于该桥受缓和段超高的影响,经实地测量,铺装层最薄处513cm,最厚处达1713cm1很显然,如果采用素水泥混凝土铺装,最薄处铺装层的强度是远远不能满足使用要求1钢纤维混凝土是近年发展的一种筑路新型材料1在素混凝土中掺入

3、一定数量且乱向分布的短钢纤维,使钢纤维与混凝土基本组成一种新型多相的复合材料1它不仅具有普通混凝土的优良特性,显著地改善了混凝土的抗拉性能、抗弯性能、抗冲击性能和抗疲劳性能,具有较好的延性及控制裂缝的能力1对于钢纤维混凝土,以往进行过试验路段研究,有比较完善的实验资料,成熟的施工经验以及良好的工后效应1因此,根据该桥面工程的实际情况,决定选用钢纤维混凝土作为该桥桥面铺装层1下面对钢纤维混凝土的抗折强度、配合比设计和施工等,结合本桥的具体情况予以阐述12钢纤维混凝土抗折强度分析抗折强度是钢纤维混凝土的主要力学指标,是表征材料力学性能的基本参数,也是施工质量控制和检验的主要内容1因此,钢纤维混凝土

4、不论用于路面还是桥面铺装,在设计及验算时,一般以抗折强度为控制指标1目前,在确定此参数时,有两种做法:(1)参考普通混凝土确定抗压强度的方法,计算基体混凝土的配合比1为了求得较高抗折强度的基体混凝土,必然使其抗收稿日期:1997-09-16黄云生男33岁工程师 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.广东工业大学学报第15卷压强度也相应提高,这是不必要的,也是不经济的;(2)凭着经验,比普通混凝土适当提高砂率和水泥用量的方法配制基体混凝土1由此可见,目前还缺乏一种合理而又便于实用的钢纤维混凝土

5、抗折强度确定方法1试验表明:在基体混凝土混合料中掺入一定量的钢纤维后,其抗折强度显著提高,钢纤维混凝土抗折强度的大小与许多因素有关,如钢纤维的类型、体积率、长径比、水泥的抗折强度、水灰比、砂率、集料粒径、钢纤维在基体混凝土中分布状态1试件尺寸、试验的加荷方法、搅拌振捣及养护等1本文仅对其主要影响因素,结合试验作一分析1211钢纤维长径比对抗折强度的影响图1为钢纤维长径比lf/df与钢纤维混凝土抗折强度fft的关系曲线1从图中可以看出1钢纤维直径对钢纤维混凝土抗折强度影响不大,但抗折强度随钢纤维长径比的增大有所提高1当90时,抗折强度随dfdf图1钢纤维长径比与钢纤维砼抗折强度的关系曲线的增大而

6、逐渐下降1这是由于太长或太细的纤维使拌和物的工作度下降,会影响钢纤维在基体混凝土中分散性和均匀性,出现钢纤维结团和弯折,导致抗折强度下降,故212钢纤维体积率对抗折强度的影响以不超过100为宜1df图2表示钢纤维体积率与钢纤维混凝土抗折强度的关系曲线1从图中得知:钢纤维混凝土抗折强度随纤维体积率的增加而增大1当体积率Vf由015%增加至2%时,抗折强度可以增加31%1可是,当Vf2%时,必须采取有效的特殊方法捣搅钢纤维混凝土或在钢纤维混凝土中掺入外加剂,否则会给施工带来不利1213混凝土基体水灰比对钢纤维混凝土抗折强度的影响图3表示混凝土基体水灰比对钢纤维混凝土抗折强度的影响曲线1从图中可以看

7、出:钢纤维混凝土抗折强度随混凝土基体水灰比的增加而降低1因此,在桥面铺装钢纤维混凝土配合比设计时,宜尽可能采用较小的水灰比,可以大大提高钢纤维混凝土的抗折强度1214水泥抗折强度对钢纤维混凝土抗折强度的影响图2钢纤维体积率与钢纤维砼抗折强度的关系曲线试验分别采用水泥标号为525和425号水泥,测图3砼基体水灰比与钢纤维抗折得其28d抗折强度分别为8110MPa和712MPa,连强度的关系曲线同样的水灰比、长径比和体积率的情况下,前者的钢纤维混凝土抗折强度要高于后者1可见,水泥抗折强度对钢纤维混凝土抗折强度是重要影响因素1水泥的抗折强度高,则钢纤维混凝土的抗折强度也高,反之则低1 1995-20

8、05 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第2期黄云生罗志强:钢纤维混凝土桥面铺装的应用研究215钢纤维混凝土抗折强度根据试验结果和上述分析,结合国内外资料,对数据的综合回归分析,可得钢纤维混凝土抗折强度计算公式1:fft=Rt(0112+0131),tVfwdf(1)式中:Rt为水泥实测28d抗折强度1如无实测强度,可以采用水泥抗折标号乘富余系数1113计,MPa;为钢纤维混凝土的灰水比;t为钢纤维对抗折强度的影响系数,园直型、熔抽型和剪w切型钢纤维的0132和01621t值分别为0130、3桥面钢纤维混凝

9、土配合比设计该桥面铺装钢纤维混凝土,要求钢纤维混凝土抗折强度为710MPa,采用剪切型钢纤维,其长径比=60;用425号粤秀牌普通硅酸盐水泥,水泥实测28d抗折强度为7131MPa,其密度df311g/cm3;砂为中粗性河砂,密度2165g/cm3;碎石最大粒径不超过20mm,密度2166g/cm3;饮用水并掺入按3的体积率的FDN-5减水剂1311求钢纤维混凝土的配制抗折强度由于钢纤维混凝土组成材料质量的不均匀性,施工操作的误差,拌制条件的变化及试验方法等因素,会使其强度具有一定的不稳定性和误差1因此,钢纤维的配制抗折强度要高于其设计强度1钢纤维混凝土配制抗折强度计算式如下:=7162MPa

10、,fft配=fft设+Z取强度保证率85%,Z为1104;为钢纤维混凝土抗折强度的均方差,取0161312确定钢纤维体积率和水灰比(2)式中:fft设为钢纤维混凝土设计抗折强度,取710MPa;Z为保证率系数1根据桥面工程要求,根据试验结果分析可知,钢纤维混凝土抗折强度与其主要影响因素,如水灰比、钢纤维类型,长径比、体积率及水泥的抗折强度的关系式为:=(ftf配/Rt-tVflf/df-0131)/0.12=2114,w(3)所以w/c=0147式中:Rt为水泥实测28d抗折强度,取7131MPa;为钢纤维灰水比;t为钢纤维对抗折强度的w影响系数,取0162;Vf为钢纤维体积率,初定钢纤维掺入

11、量1m3中100kg,即体积率为1128%1313确定单位用水量在水灰比保持不变的条件下,单位用水量和钢纤维体积率是控制纤维混凝土混合料和易性的主要因素1用水量的确定应按其混合料达到要求的和易性,便于施工为准1单位用水量计算式为:Gw=722128/(lnT-ln01191-44136Vf)=187kg/m3, 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.(4)广东工业大学学报第15卷式中:T为施工要求工作度,取16s:Vf为钢纤维体积率,取1128%1314确定砂率根据砂的状况,确定砂率S=46

12、%1315确定单位的水泥用量已知水灰比和用水量,可用下式求出水泥用量Gc:Gc=取400kg/m3的水泥用量1316求砂石用量W=40012kg/m3,w(5)按假定容重法计算1试验表明,钢纤维混凝土的容重约为2450kg/m3,则在1m3钢纤维混凝土中砂石总重应为:Gs+Gg=2450-Gw-Gc-Gf=1763kg/m3,砂量:Gs=(Gs+Gg)S=811kg/m3,石量:Gg=(Gs+Gg)-Gs=952kg/m3.式中:S为砂率,取0146;Gw为水的重量,187kg/m3;Gf为钢纤维用量,取100kg/m3,Gc为水泥用量,取400kg/m31由此可得1m3的钢纤维混凝土中材料用

13、量:水泥400kg、水187g、砂811kg,石952kg和钢纤维100kg1其重量配合比为:水泥水砂石=1014721032138,Vf=1128%1通过上述计算所得配合比,还应通过试拌混合料,测定其工作度及经济标准养护28d的试件抗折强度是否符合要求1若不符合,应及时调整有关参数,以满足要求为止1(6)4桥面铺装施工411清除旧桥面沥青铺装层和安装模板为了增强钢纤维混凝土与桥面的粘结性,防止铺装材料由于行车作用产生纵向剪应力而发生纵向位移,在将旧桥面原沥青铺装层凿掉之后,必须在旧桥面上按梅花状凿毛,并在铺装前用水湿润1由于钢纤维混凝土铺装层厚度不一,安装模板时必须精心施工,使铺装层在线形、

14、平整层及超高均能得到充分保证1412混合料准备根据设计的配合比,逐一过称,用显眼的油漆在斗车上标好标志,并且固定斗车和固定人员装料,确保材料投放的准确性1413湿拌拌和按砂石水泥水的次序上料1在混合料拌和过程中,尽量分散加入钢纤维,拌和时间不少于3min,直至出料均匀和不结团为止,否则必须回机重拌1414摊铺振捣钢纤维混凝土在已凿毛并已湿润的桥面上均匀地摊铺钢纤维混凝土,采用平板振捣器平振,前后宜重复 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第2期黄云生罗志强:钢纤维混凝土桥面铺装的应用研究1

15、5cm,时间一般为15s,振动至表面出浆为宜1时间过长容易产生钢纤维边壁效应,使钢纤维下沉至混凝土的底层,质量难以保证1415精心养护由于在旧桥上施工,必须做好各项安全措施,加强防护,严禁车辆在养护期间驶入桥面;振捣钢纤维混凝土之后,必须在其表面上均匀地喷洒养护剂两次,复盖塑料薄膜养护;折除模板之后,在钢纤维混凝土的侧面上均匀地喷洒养护剂15结束语根据对该桥钢纤维混凝土铺装层的长期观测,其表面的耐磨性比普通混凝土好,未出现脱皮、露骨及断裂等不良现象1事实证明了:(1)由于钢纤维混凝土抗拉强度高,不仅解决了桥面铺装厚度不一且强度不足的问题,而且其收缩量小,伸缩间距可以延长,不但增加行车舒适感,也

16、减少板角处的开裂破坏1(2)钢纤维混凝土桥面铺装,不仅可以提高桥面层的抗裂性和耐磨性,而且还可以大大减少剥落性的裂缝和减缓裂缝的发展速度,延长桥面使用寿命,减少维修工作量及节省相当可观的维修费用1目前,虽然由于采用钢纤维混凝土,工程费用有所增加1但是,从总体考虑,行车安全,并减少断道维修时给交通运输带来的损失,对长远的经济利益来说是有利的1参考文献1赵国藩,黄承逵主编1纤维混凝土的研究与应用1大连:大连理工大学出版社,1992134ApplicationandResearehofSteelFiberReinforcedConcreteHuangYunsen1LuoZhiqiang2)1)ShenzhenHighwayAdministration,Shenzhen5180192)Dept.ofCivilEngineering,GDUT,Guangzhou,510090AbstractTheactualpracticebridgeengineeringapprovesthatthesteelfiberreinfor