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钢纤维混凝土在桥面铺装 中 主要物理力学性能研究 方晓燕， 田韫智， 费建刚 ( 黄 淮学 院， 河 南 驻马 店 4 6 3 0 0 0 ) 0 前言 由于近年来我国经济的高速发展， 致使交通流量偏大和超 载现象严重 ， 桥面铺装过早破坏屡见不鲜 ， 纯粹使用普通混凝 土或者沥青混凝土桥面铺装已经渐渐不能满足要求。因此， 研 究并推广使用新的铺装层材料显得十分必要， 由于钢纤维混凝 土具有优良的抗冲击、 抗磨损、 抗疲劳等特性 ， 同时具有高温抗 车辙、 低温抗裂的能力。 因此， 钢纤维混凝土在桥面铺装中的应 用将会越来越普遍。 1 工程案例概 况 白河特大桥是上海至武威国家重点公路泌阳至南阳高速 公路上的一座特大型预应力混凝土连续箱梁桥。 该桥桥梁全长 1 5 6 0 2 m， 桥面总宽度为 3 4 5 m。为了改善桥面的混凝土性能， 提高桥面铺装的耐久性 ，全线所有铺装层 采用 了 1 0 c m厚 C F 5 0钢纤维钢筋陬 钢) 混凝土。 本文结合河南信南高速公路白 河特大桥桥面铺装工程 ， 并按照有关规程 ， 利用 4 2 5 R普通水 泥试配制的 C F 5 0钢纤维混凝 土 ，对钢纤维混凝土各项物理性 能进行研究， 旨在确定最佳钢纤维类型和掺量。 2 原材料的选取 钢纤维： 采用剪切波纹型和钢锭铣削型钢纤维， 长径比 分别是 5 0 、 4 0 。 水泥： 采用的是郑州市洞林水泥厂的4 2 5 R普通硅酸盐 水泥。 细集料 ： 选用河砂， M x =2 6 8 ， 含泥量为 1 O ，表观密 度为 2 6 O ， 容重 1 5 2 0 k g m 。 粗 集料 ：采 用最 大粒 径 不大 于 2 0 ra m 的花 岗岩 ， l O mm 一 2 0 m m占6 5 ， 5 mm 1 0 m m占 3 3 。表观密度为 2 7 3 ， 容重 1 5 2 0 k 咖 ， 空隙率 5 2 ， 针片状 9 8 ， 含泥量 0 5 。 拌合水 ： 采用自来水。 外加剂 ： 采用 F D N 一 1 高效减水剂( 以 一萘磺酸盐甲醛 缩合物为主要成份的非引气型高效减水剂) ，在 O 3 1 0 的 掺量范围内减水率为 1 4 2 5 。 3 试验方案及配合 比 3 1试验方案 试件设计时考虑的主要参数包括试件截面尺寸、 钢纤维类 型和钢纤维体积率等， 试件设计参照有关规程中的有关规定进 行。钢纤维试件的尺寸及每组试件个数见表 1 。 试件设计 总表 表 1 试件编号 水灰比 砂率( ) 外加剂掺量( ) 钢纤维体积率( ) 安 筑 囝 0 1 1 5 2 钢纤维体积率 图 1 钢 纤维掺量对混领土抗压强度的影响 目2不加钢纤维的试件 图 3 加入钢纤维的试 件 1 5 I 4 【 _3 1 2 1 1 l 0 0 5 l 1 5 2 2 5 钢纤维体积率 图 4 钢纤维掺量对混领土抗压 强度的影 响 O 0 5 1 】 5 2 钢纤维掺量 图 5 钢纤维掺量对混凝劈裂强度的影响 訇6 不加钢纤维的试 件 图 7 加入钢 纤维 的试件 3 2试 验配合比 试验配合比采用绝对体积法试配， 配合比见表 2所示。 4 试验结果及分析 4 1 试验结果 对不同钢纤维掺量的试件分别进行了2 8 d的抗压试验、 抗 折试验、 劈裂试验和抗剪试验。不同钢纤维类型和体积率对钢 纤维混凝土性能的影响结果见表 3所示。 4 2试验结果分析 4 2 1 抗压试验结果分析 不同钢纤维掺量对混凝土抗压强度的影响结果如图 1 。从 钢纤维混凝土抗压强度比曲线图中可以看出： 随着纤维体积率 的增大， 4种试件的抗压强度都有增加， 但增加的幅度不大， 波 纹型增加幅度要比铣销型大一些。 试验结果表明， 在钢纤维含量特征参数适宜 、 能使混合料 均匀搅拌成型 的情况下 ， 钢纤维混凝土的抗压强度的大小主要 取决于混凝土的基本性能， 钢纤维并不能显著提高混凝土的抗 压强度。 总之， 混凝土基体性能是影响抗压强度的主要因素， 钢 纤维加入对其抗压强度影响不大， 有时会因为纤维的存在使混 凝土的和易性变差， 内部界面微裂缝增多， 抗压强度有所降低。 但是从试验现象来看，钢纤维改变了混凝土抗压破坏的形式， 破坏后碎而不散， 抗压韧性有明显的提高。 4 2 2 抗折试验结果分析 钢纤维改变了混凝土抗折破坏的形式， 抗折强度有明显的 提高。 没有加钢纤维的试件是从中间发生脆断， 劈裂为两半。 而 加有钢纤维的试件， 由于有钢纤维的拉结作用， 破坏后裂而不 断。钢纤维混凝土试件和素混凝土的试件试验后对比如图 2 、 图 3所示 。 不同钢纤维掺量对混凝土抗折强度的影 响结果如图 4 。由 图 4可以看出，随着钢纤维体积率的增加， 4种试件的抗折强 度依次都有增加， 当钢纤维体积率为2 0时的试件的抗折强度 达到最大值。 波纹型钢纤维混凝土抗折强度比要明显高于铣销 型钢纤维混凝土。 4 2 3劈裂强度试验结果分析 不同钢纤维掺量对混凝土劈裂强度的影响结果如图5 。由 图5可以看出，随着钢纤维体积率的增加 ， 4种试件的劈裂强度 依次都有较大的增加， 在钢纤维体积率为 1 5和 2 0时的两种试 件的劈裂强度达到最大值。由试验现象可以看出， 钢纤维改变了 混凝土劈裂破坏的形式， 抗劈裂强度有明显的提高。 没有加钢纤 维的试件是从中间发生脆断，劈裂为两半；而加有钢纤维的试 件， 由于有钢纤维的拉结作用， 破坏后碎而不散， 钢纤维混凝土 试件和素混凝土的试件试验后对比如图6 、 图 7 所示。 4 2 4抗剪强度试验结果分析 不同钢纤维掺量对混凝土抗剪强度的影响结果如图 8 。由 图 8可以看出，随钢纤维体积率的增加， 4种试件的劈拉强度 交 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 8 3 一虽 = ! 一 皋 I 1 d s J 疆 安 徽 建 O 钢纤维掺量 图 8 钢纤维掺量对混凝抗 剪强度 的影响 图 9 无钢纤维的试件 图 1 0 加入钢纤维 的试件 依次都有较大的增加， 在钢纤维体积率为 1 5时的试件的抗剪 强度达到最大值 ， 当钢纤维体积率达到 2 0时， 其抗剪强度又 有稍微减小。 由试 验现象看 出，钢纤维改变了混凝土受剪破坏的形式 ， 抗剪强度有明显的提高。 没有加钢纤维的试件是从刀口处发生 脆断， 劈裂为两半； 而加有钢纤维的试件， 由于有钢纤维的拉结 作用， 破坏后裂而不断。钢纤维混凝土试件和素混凝土的试件 试验后对 比如图 9 、 图 1 O所示 。 5 结论 通过上述试验表明，钢纤维混凝土比普通混凝土力学性 能有较大的提高， 能显著提高混凝土的抗折、 抗剪、 劈裂等性能， 显著的提高了混凝土的的抗冲击、 抗磨损 、 抗疲劳、 耐久性等特 性。加入钢纤维后， 改变了混凝土的破坏形式， 有效地延长铺装 层的使用寿命。因此， 钢纤维混凝土适合在高等级公路桥梁铺装 层中推广应用。 通过试验 ，比较钢纤维混凝土各项物理性能试验的结 果， 同时考虑到经济因素， 确定最佳钢纤维类型为波纹型， 最佳 钢纤维掺量为 1 5 。 参考资料 1 J T G F 3 0 2 0 0 3 。 公路水泥混凝土路面施工技术规范 s 】 北京： 人民 交通 出版社， 2 0 0 3 2 J T G D 4 0 2 0 0 2 ， 公路水泥混凝土路面设计规范【 s 】 北京： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 2 3 高丹盈，刘建秀 钢纤维混凝土基本理论 M 北京： 科学技术文献出 版社， 1 9 9 4 4 赵国藩， 黄承逵钢纤维混凝土的性能和应用【 J 工业建筑， 1 9 8 9 ( 1 5 C E C S 1 3 ：8 9 ， 钢纤维混凝土试验方法【 S b 京： 中国计划出版社， 1 9 9 6 ： ( 上接第 7 2页) 问题及 时处理 。 做好沉桩记录。 3 2 5施工要点 3 2 5 1 锤击沉桩 如遇地层较软， 初打时可能下沉量较大， 宜低锤轻打， 随着 沉桩加深， 沉速减慢， 起锤高度可渐增。在整个打桩过程中， 要 使桩锤 、 桩帽 、 桩身尽量保持在 同一轴线上。 必要 时应将桩锤及 桩架导杆方向按桩身方向调整。 要注重尽量不使管桩受到偏心 锤打， 以免管桩弯扭破坏。 打桩较难下沉时， 要检查落锤有无倾 斜偏心， 要检查桩垫桩帽是否合适， 假如不合适， 需更换或补充 软垫。每根桩宜连续一次打完， 不要中断， 以免难以继续打下。 3 2 5 2接桩施工 接桩采用端板式焊接接头。当下节桩的桩头距水面 1 m左 右时开始进行接桩。先将焊接面清刷干净， 再在下节桩头上安 装导向箍引导就位， 当P H C管桩对好后 ， 对称( 按设计要求 ) 点 焊 4 - 6 点加以固定， 然后拆除导向箍； 焊接层数应大于等于二 层， 内层焊渣必须清理干净后再焊下一层， 要保证焊缝饱满连 续。 焊好的桩接头应自然冷却 3 m i n 8 m i n后方可再次锤击沉桩。 3 2 5 - 3桩头衬垫 桩头衬垫效应对锤击应力也有直接影响。 为延长锤击作用 时间、 降低锤击速度， 并借以降低锤击应力 ， 选用软厚适宜的木 桩垫， 可收到良好效果。 3 2 5 4锤击方式 按“ 重锤轻击”方式施工 P HC管桩有很好的效果。 3 2 5 5打桩施工顺序 一 般施工的打桩顺序为： 先上游后下游， 先里档后外档。 3 2 5 6遇到下列情况应暂停打桩， 查明原因后再按处理方案施工 沉桩过程中桩的贯入度发生突变； 桩头混凝土剥落、 破碎； 桩身忽然倾斜、 跑位； 桩位水平移动过大； 贯入度或锤击数与试验成果明显不符。 4 结语 P HC管桩的应用有更广的适用范围和更好的经济效益 ， 完 全可以代替类似规格的预应力混凝土方桩，同时有利于环保。 从施工角度出发，由于其抗弩眭能良好， P H C管桩具有良好的 贯人性能， 能适应复杂的环境与地理条件； 规格及长度多样化， 设计选用范围广， 容易布桩， 对桩端持力层起伏变化大的地质 条件适应性较强， 有利于设计选型和施工控制； 施工前期准备 时间短 ， 一般能缩短工期 1 - 2个月 ， 从而带来较大的经济效益。 2 8 6 4 2 l A ， 瞩 交通 工程研究与应用 筑