鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫中應(yīng)用的研究

王應(yīng)良

(安徽省交通航務(wù)工程有限公司 安徽 合肥 230000)

一、前言

在公路和城市道路路橋中，橋梁伸縮縫用于調(diào)節(jié)由車輛荷載和橋梁建筑材料所引起的結(jié)構(gòu)間位移，是橋梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。溫度變化、混凝土的徐變與收縮和各種荷載作用下所產(chǎn)生的橋梁撓度，使橋梁伸縮縫承受垂直、水平及旋轉(zhuǎn)變位，在拉力、剪力和扭矩作用下容易發(fā)生破壞。因此，防止橋梁伸縮縫混凝土破壞是一項(xiàng)重要研究課題。鋼纖維的表面具有干凈而粗糙的特點(diǎn)，這就使得粗纖維能夠牢固的結(jié)合混凝土中的水泥漿體。施工中，首先使短鋼纖維呈現(xiàn)亂向分布，繼而投放到普通混凝土當(dāng)中，這樣做起到了有效控制混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展、預(yù)防宏觀裂縫的形成的作用，同時(shí)使得混凝土的抗疲勞性、抗彎性等性能得到了顯著提升，使混凝土具有較好的延性。如果將這種混凝土用在橋梁的伸縮縫方面，可以大幅延長橋梁伸縮縫的使用壽命。本文結(jié)合實(shí)際工程，對鋼纖維混凝土在橋梁伸縮縫的應(yīng)用進(jìn)行了探討，分析了其配合比設(shè)計(jì)，物理力學(xué)性能和施工工藝，為工程應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)參考。

二、鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)計(jì)算

(一)鋼纖維摻量與單位體積用量確定

為了研究鋼纖維摻量對本批次試驗(yàn)混凝土力學(xué)性能的影響，分別設(shè)置了鋼纖維體積率ρf為0.73%和1.0%情況下的鋼纖維混凝土配合比，以找到經(jīng)濟(jì)高效的鋼纖維體積率參數(shù)。

各鋼纖維體積率參數(shù)對應(yīng)的單位體積用量為：

F1=0.73%×7800kg/m3=57kg/m3

F2=1.0%×7800kg/m3=78kg/m3

(二)水灰比和單位體積水與水泥用量的確定

根據(jù)強(qiáng)度等級要求，本批次試驗(yàn)水灰比W/C設(shè)置為0.4。綜合材料性能、ρf、W/C和坍落度等因素，確定本批次試驗(yàn)的單位體積水用量W=220kg。單位體積水泥用量根據(jù)已知水灰比確定，所以水泥用量C=550kg。

(三)砂率與單位體積砂石用量的確定

砂率決定了骨料的總表面積大小，對混凝土的和易性有很大影響。本批次試驗(yàn)采用碎石為粗骨料，為保證其流動(dòng)性滿足要求，采用砂率βS為37%。

按鋼纖維體積率ρf大小分為三組，第一組不摻加鋼纖維，作為對照組，以探究鋼纖維混凝土與普通混凝土的力學(xué)性能差異。

由公式(1)、(2)、(3)確定砂石用量：

VS+G=1000-[W/ρW+C/ρC+Fi/ρF]

(1)

S=VS+G×βS×ρS

(2)

G=VS+G×(1-βS)×ρS

(3)

試中：VS+G表示砂石的總體積、S表示砂的質(zhì)量、G表示石的質(zhì)量，ρW、ρC、ρF和ρS分別表示水、水泥、鋼纖維和砂石的密度。

得到每立方米混凝土材料用量如表1所示：

表1 每立方米混凝土材料用量表/kg

三、鋼纖維混凝土力學(xué)性能研究

(一)抗壓性能研究

本批次試驗(yàn)制備了100mm×100mm×100mm的非標(biāo)準(zhǔn)混凝土試件，將測得的抗壓強(qiáng)度乘換算系數(shù)0.9得到其標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度。

立方體試件的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式為：

(4)

其中fc為標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度，F(xiàn)為試件的破壞荷載，A為試件的受壓面積。

(二)抗拉性能研究

本批次試驗(yàn)采用劈裂試驗(yàn)測其抗拉強(qiáng)度，計(jì)算公式為：

(5)

其中ft為劈裂抗拉強(qiáng)度，P為試件的破壞荷載，A為試件的受壓面積。

(三)抗折性能研究

試件的抗折強(qiáng)度計(jì)算公式為：

(6)

其中ff為抗折強(qiáng)度，F(xiàn)為試件破壞荷載，l為兩端支座的距離，b為混凝土試件截面寬度，h為混凝土試件截面高度。

得到的混凝土力學(xué)性能如表2所示：

表2 不同鋼纖維摻量下的混凝土力學(xué)性能

根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以得出結(jié)論：鋼纖維混凝土與相同配合比的普通混凝土相比，其抗壓強(qiáng)度提高了2～20%，抗折強(qiáng)度提高了20～50%，劈裂抗拉強(qiáng)度提高了20～40%。鋼纖維摻量為0.7%的鋼纖維混凝土的物理力學(xué)性能完全可以滿足城市及道路工程技術(shù)指標(biāo)。

四、鋼纖維混凝土應(yīng)用于橋梁伸縮縫的施工工藝設(shè)計(jì)

(一)施工工藝流程設(shè)計(jì)

圖1 施工工藝流程

(二)混凝土澆注方案設(shè)計(jì)

混凝土澆筑之前的準(zhǔn)備工作一定要做好，首先要有專人負(fù)責(zé)檢查模板是否牢固，確保無漏洞，而且檢查工作要細(xì)致，并且多做幾次，這樣就能有效避免因作業(yè)而產(chǎn)生漏漿等現(xiàn)象。

保證鋼纖維分布的均勻性以及結(jié)構(gòu)的連續(xù)性是鋼纖維混凝土澆筑工作開展的一個(gè)重要前提，澆筑開始后，連續(xù)澆筑區(qū)域內(nèi)施工時(shí)，不得有停頓或中止，澆筑過程需要一氣呵成，切忌中途加水。

將適量的水噴灑在縫區(qū)部分，澆筑宜按照以下順序開展，首先是澆筑異型鋼下面的混凝土，然后用振搗棒按照操作要求進(jìn)行振搗，待振搗密實(shí)之后，刮平整混凝土的上表面即可。

(三)混凝土質(zhì)量控制措施設(shè)計(jì)

要想把控好混凝土的質(zhì)量，澆筑過程必須要嚴(yán)格把控。首先，振搗的時(shí)候要能夠做到振搗密實(shí)，異型鋼的底部要保證是實(shí)的。其次，對于兩側(cè)的混凝的的澆灌，務(wù)必做到及時(shí)、連續(xù)，杜絕出現(xiàn)混凝土分層現(xiàn)象。另外，要注意在施工中不要把混凝土撒的到處都是。

澆筑完成后，要對初凝的混凝土做覆膜和灑水處理，要做好混凝土覆蓋物的保濕工作，杜絕干燥。在混凝土養(yǎng)護(hù)期間，對周圍的交通要適當(dāng)進(jìn)行管控，防止行人踩踏或是車輛碾壓混凝土。

五、總結(jié)

鋼纖維混凝土與相同配合比的普通混凝土相比，其抗壓強(qiáng)度提高了2～20%，抗折強(qiáng)度提高了20～50%，劈裂抗拉強(qiáng)度提高了20～40%。鋼纖維摻量為0.7%的混凝土的物理力學(xué)性能完全可以滿足城市及道路工程技術(shù)指標(biāo)，相比較鋼纖維摻量為1%的混凝土，其力學(xué)性能提升的幅度不是很大。因此，0.7%的摻量更符合經(jīng)濟(jì)和便捷的要求。采用鋼纖維混凝土施工時(shí)特別要注意拌和時(shí)間，以保證鋼纖維分布的均勻性和連續(xù)性。