鋼纖維混凝土在橋面改建中的幾種應(yīng)用
鋼纖維混凝土是一種由水泥、粗集料、細(xì)集料和隨機(jī)分布的短纖維摻配而成一種新型的高強(qiáng)的復(fù)合型材料。鋼纖維混凝土中隨機(jī)分布的短鋼纖維主要的作用是阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展并阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和進(jìn)一步的發(fā)展,從而大大提高整個(gè)復(fù)合材料的抗裂性。同時(shí)由于混凝土與鋼纖維接觸界面之間有很大的界面粘結(jié)力,因此可將外力傳到抗拉強(qiáng)度大、延伸率高的纖維體上,使鋼纖維混凝土作為一個(gè)均勻的整體起到抵抗外力作用,顯著提高了混凝土原有的抗拉性能、抗彎性能和斷裂延伸率,特別是提高了混凝土的抗沖擊性和耐久性。
鋼纖維按照不同的加工和生產(chǎn)方法可分為以下幾種:切斷鋼纖維、剪切鋼纖維和熔斷鋼纖維三種。按照纖維的長(zhǎng)度又可分為不同規(guī)格,長(zhǎng)度宜為20-50mm,等效直徑為0.3-0.8mm,長(zhǎng)徑比在40-100范圍內(nèi),抗拉強(qiáng)度不低于600MPa。在我國(guó)路面工程應(yīng)用上鋼纖維混凝土中鋼纖維的體積率多為0.8%~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(zhǎng)度的2/3,最大粒徑不宜大于20mm,細(xì)集料采用中粗砂,平均粒徑0.35-0.45mm。
以水東橋原設(shè)計(jì)雙向二車道,橋面行車道寬8m,為混凝土鋪裝層。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查來(lái)看,橋面出現(xiàn)了破碎、斷裂、沉陷、鄰板錯(cuò)臺(tái)等現(xiàn)象,局部經(jīng)瀝青碎石修補(bǔ),面板破損率高達(dá)80%以上。新改建方案是在保證橋面車輛單向通行的前提下,所采取的半幅施工方法,首先鑿除舊橋面層,對(duì)基層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)調(diào)平,再澆筑面層。橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為:面層300px厚C40鋼纖維混凝土+基層250px厚C15素混凝土,面板尺寸8m?m,縮縫間距8m,橋頭兩端與舊水泥路連接處設(shè)2條脹縫。
鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)主要滿足設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度與施工的和易性,抗折強(qiáng)度隨著鋼纖維數(shù)量的增大而增大,但混凝土的和易性卻隨之降低,為此必須適當(dāng)增大含砂率。影響配合比的主要因素是鋼纖維摻入量、砂率、水灰比,參照《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》和《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》,經(jīng)過(guò)試配對(duì)比試驗(yàn),C40鋼纖維混凝土配合比確定為以下比例:水泥:砂:碎石:水:鋼纖維1:1.912:2.388:0.45:0.186,每m3混凝土水泥用量420kg,鋼纖維體積率1%,即摻入量78kg。
在鋼纖維混凝土澆筑前,首先要用機(jī)械鑿除半幅混凝土舊橋面層,再人工配合清除舊基層,最后還要使用高壓水槍沖洗粉渣;對(duì)橋面中軸線和人行道路緣測(cè)定路面標(biāo)高點(diǎn),控制基層(調(diào)平層)標(biāo)高。基層用C15素混凝土攤鋪,鋪筑厚度控制在預(yù)留面板厚度為300px處。
鋼纖維混凝土的拌和應(yīng)嚴(yán)格控制纖維分布均勻,以不結(jié)團(tuán)為原則,對(duì)鋼纖維混凝土進(jìn)行試拌、確定最佳拌和時(shí)間。使用滾筒式攪拌機(jī)拌和,其每斗攪拌量不大于攪拌機(jī)定額量的70%,采用先干后濕的拌和工藝,按照二次投料三次拌和程序,先將碎石和鋼纖維干拌60s,使鋼纖維分散,其次將砂和水泥加入再干拌45s后,直接注水再濕拌90s。各種材料用量必須嚴(yán)格計(jì)量,保證混凝土的配比準(zhǔn)確。控制拌和時(shí)間,總拌和時(shí)間不超過(guò)6min,否則將引起鋼纖維結(jié)團(tuán)。在混凝土運(yùn)輸過(guò)程中,通常采用手扶拖拉機(jī),要求運(yùn)距不宜過(guò)長(zhǎng),保證混凝土不發(fā)生離析現(xiàn)象。