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鋼纖維混凝土及其在橋面鋪裝中的應用

09-03 12:59:53  瀏覽次數:195次  欄目:交通工程
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  1 鋼纖維混凝土概述

  鋼纖維混凝土( Steel Fiber Reinforced Concrent. 簡稱SFRC)是一種由水泥、粗細集料和隨機分布的短鋼纖維組合而成的復合材料。鋼纖維混凝土中的鋼纖維呈三維亂向分布,沿每個方向都有增強和增韌的作用,尤其對復雜應力區增強非常有效,可使混凝土物理力學性能產生質的變化,大大提高混凝土抗裂性能和抗沖擊性能,使原本脆性的混凝土材料呈現很高的延性和韌性,以及優良的抗凍、耐磨性能,特別適用于要求連續、快速澆注混凝土的較大工程。

  橋梁的混凝土橋面鋪裝層由于重型車輛的使用、交通量的增加,損壞非常嚴重,維修周期越來越短,這不僅妨礙了交通安全,也給維修工作帶來不便。若改用SFRC 鋪裝橋面層,則可使面層厚度減薄,伸縮縫間距加大,從而改善橋面的使用性能,降低維修費用,延長使用壽命。

  SFRC 應用于橋面鋪裝層,一般有兩種:一種為部分粘結式的鋪裝層;一種為SFRC 增強鋼筋網或鋼絲網混凝土鋪裝層,亦稱為復合式鋪裝層。

  鋼纖維的品種及性能是影響鋼纖維混凝土質量的主要因素,鋼纖維主要有以下幾種:①切斷鋼纖維。②剪切鋼纖維。③熔抽鋼纖維。

  鋼纖維對混凝土的增強表現在當混凝土基體剛剛出現微裂縫時,鋼纖維混凝土并未立即破壞,而是隨著裂縫的穩定擴展,承載力繼續上升,直到裂縫寬度增大到一個臨界值時,鋼纖維逐漸拔動或拔出,鋼纖維混凝土才由于發生突然性的裂縫失穩擴展而破壞。為防止鋼纖維混凝土因鋼纖維被拉斷而失去強度,鋼纖維的抗拉強度不低于380kPa,鋼纖維表面不得有油污和其他妨礙鋼纖維與水泥漿粘結的雜質。鋼纖維內含有的鐵屑及雜質總量不得超過1%.鋼纖維混凝土的水泥用量較一般混凝土高出10%左右。細集料砂的粒徑為0.15~5mm,粗集料碎石最大粒徑不宜大于20mm 或鋼纖維長度的2/ 3.為保證鋼纖維拌和物的和易性,混凝土的砂率一般不低于50%,必要時摻入減水劑或超塑化劑以降低水灰比。

  2 鋼纖維混凝土的配合比設計

  鋼纖維混凝土配合比的設計步驟與普通混凝土大體相同,所配置的鋼纖維混凝土要進行實驗,同時滿足抗拉、抗壓、抗折強度要求。通過對鋼纖維混凝土的力學基本性能的研究發現鋼纖維的加入對混凝土的抗壓強度提高不大,但抗壓韌性有很大改善。鋼纖維混凝土當水灰比及集料最大粒徑變化不大時,鋼纖維含量特征參數影響鋼纖維混凝土的抗拉強度。鋼纖維混凝土極限荷載往往高于初裂荷載,初裂荷載與極限荷載的比值一般在0.8~1.0 之間,并且初裂荷載、極限荷載及韌性均隨鋼纖維混凝土含量的增大而增大。在相同鋼纖維含量情況下,鋼纖維混凝土強度隨鋼纖維的強度增大而增大。隨鋼纖維直徑增大而減小。鋼纖維混凝土抗剪強度隨水灰比的減小而增大,隨鋼纖維體積率的增大而增大。

  3 鋼纖維混凝土在橋面工程中的應用

  橋面鋪裝也稱行車道鋪裝,是鋪筑在橋面板上的防護層,是橋梁結構的重要組成部分。作用是保護屬于主梁整體部分的行車道板不受車輛輪胎的直接磨耗,防止主梁遭受雨水的侵蝕,并能使車輛輪重的集中荷載起一定的分布作用。由于橋面天然敞露而受到大氣影響十分敏感,根據以往實踐經驗,建橋時因對橋面鋪裝重視不足而導致日后修補和維護的弊病不少,因此,如何合理改進橋面的構造和施工,愈來愈引起人們的注意。而且,橋面鋪裝質量的好壞和使用耐久性將直接影響到汽車的行駛質量和使用耐久性。

  鋼纖維混凝土因其具有良好的抗裂性、抗彎曲性、耐沖擊性、耐疲勞性的特點,在橋面鋪裝中使用較一般水泥混凝土具有以下幾點優勢:

  第一,減薄鋪裝厚度。鋼纖維混凝土在相同荷載條件下鋪裝厚度可減少30%~50%,這樣既減少了工程量又降低了橋梁恒載。

  第二,加強橋面鋪裝與伸縮縫的連接強度。橋面伸縮縫是整個橋面的薄弱環節,在車輛的行駛過程中,由剛性橋面過度到柔性伸縮縫再到剛性橋面,不可避免地產生強烈的震動,震動釋放出的巨大能量對伸縮縫與混凝土連接結構極具破壞性。鋼纖維混凝土因其較強的耐沖擊性保證其與伸縮縫連接鋼筋牢固粘結,使伸縮縫發生的變形、位移、或翹曲都較小,大大提高了伸縮縫的使用壽命。

  第三,延長了橋面的使用壽命。在重交通荷載作用下,鋼纖維混凝土橋面開列要比普通混凝土緩慢得多,其橋面裂縫寬度小,不連續開列后延性仍很好,混凝土剝落、坑槽現象很少。這都有利于橋面和橋梁的使用壽命,改善了車輛的行駛條件。

  4 鋼纖維混凝土橋面鋪裝施工及養護

  4.1 鋼纖維的分散

  由于鋼纖維一般用箱裝或袋裝,體積較密實,在投入攪拌機拌和前,用鋼叉將其中的成團鋼纖維打散開,或應用機械方法加以分散,否則會引起鋼纖維的結團現象,影響施工質量。在拌和料中加入的鋼纖維應分散均勻,才能在混凝土中起到增強作用,如果加入的鋼纖維分散不均勻,將使混凝土缺少鋼纖維或鋼纖維結團,不僅沒有增強作用,還會引起局部強度削弱。

  鋼纖維混凝土混合料按設計配合比規定材料用量進行配制。為了使鋼纖維在混凝土中分布均勻、不結團,必須控制好投料順序、攪拌方法和時間,這是有別于普通混凝土的關鍵工藝,也是保證施工質量的重要環節。

  必須使用強制式攪拌機,宜采用先干拌后濕拌的方法,根據攪拌機容量和施工配合比確定一次攪拌量,為避免超載,一次攪拌量不宜大于攪拌機額定攪拌量的80%.正式澆筑前進行試拌,鑒定拌和質量合格后,才正式開工。

  4.2 投料順序

  投料順序為:碎石→鋼纖維干拌1min→砂→水泥→鋼纖維干拌lmin.在投入鋼纖維時用網篩均勻撒入料斗中,不要成堆倒入。

  4.3 拌和方法

  先干拌后濕拌。上料干拌,觀察鋼纖維是否成團,干拌時間應在1min 以上,但不宜超過2min,如有成團現象時,在轉盤投料時要調整鋼纖維分散程度,可分次投入鋼纖維,直到不成團為止,然后確定投料時間及方式;干拌之后要加水減水劑水溶液濕拌,濕拌時間為1.5min 左右。嚴格控制拌和時間,拌和時間總計6min 左右。攪拌好的SFRC 應該是鋼纖維均勻分散在整個混凝土拌和物中,無粘團和集結現象。拌合時間要比普通混凝土長1min,嚴格控制混凝土坍落度,鋼纖維混凝土拌合均勻是控制質量的關鍵。

  4.4 運輸

  鋼纖維混凝土坍落度較小,不宜采用混凝土攪拌車運輸,可采用自卸汽車運輸,作業時要嚴格控制運輸時間。由于鋼纖維混凝土中加入減水劑,必須盡量加快施工速度。必須符合鋼纖維混凝土拌和料運輸、鋪筑完畢的允許最長時間。拌和料從攪拌機卸出到澆筑不宜超過30min.運輸過程中應避免拌合物離析,已產生離析的,應作二次拌和后方可灌筑。

  4.5 澆筑

  在橋梁伸縮縫之間為一個連續施工區段,在連續施工區段內的鋼纖維混凝土必須連續澆筑。稠度相同的鋼纖維混凝土看起來比普通混凝土干澀,但經振搗后仍表現為較好和易性,因而嚴禁在澆筑時往拌和料中加水。而且澆筑過程在一定規定連續的區域內不得中斷。

  第一,攤鋪。用機翻車運輸至指定地點,用人工將SFRC拌和料大致鋪整平,攤鋪系數按1.2~1.3 控制,鋼纖維混凝土松鋪系數較普通混凝土的要大,在攤鋪時可通過現場試驗確定,無論機械或人工布料,均應保證鋼纖維混凝土能均勻攤鋪在橋面上。人工布料時應用鐵鍬反扣法將鋼筋孔隙先填滿,再鋪平其他部分。嚴禁拋擲和摟耙,防止混凝土拌和物離析。在攤鋪過程中如有結團現象,及時用人工撕開抖散或剔除,以免發生蜂窩。

  第二,振搗壓實。鋼纖維混凝土拌和料振搗密實,要比普通水泥混凝土拌和料振搗密實所消耗能量大,振搗時間長,但也不能過振,振搗時間過長,也會引起鋼纖維下沉,使其結構上層與下層鋼纖維分布密度不均勻。必須用大功率平板振動器振搗密實使鋼纖維呈二維平面分布,這樣在平面內鋼纖維硅受力才均勻。先用插入式振動器沿模板邊沿振搗,最后用梁式振動器振搗整平,嚴禁使用插入式振搗器在混凝土內部插搗,以確保鋼纖維在混凝土中的均勻分布。在振動梁施工過程中,應對混凝土不足處或多余處及時處理,如發現有鋼纖維團出現,要及時將團狀物打撒并均勻撒于混凝土中。用表面帶凸棱的金屬圓滾筒將豎起鋼纖維及浮在面上的鋼纖維和石子壓下去,然后用金屬圓滾筒將表面滾壓平整。

  第三,刮板整平表面。滾壓平整后,用3mm 以上刮尺或刮板進行縱橫向精平表面,施工時要及時將刮起的鋼纖維壓入混凝土中,以確;炷林袖摾w維不外漏表面。鋪裝表面可為糙面,這樣有利瀝青層連結,不需抹壓太光。

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