纖維混凝土在橋面鋪裝中的應用

黃 柱， 胡雷挺

0 引 言

橋面鋪裝也稱行車道鋪裝，為橋梁主體結構的保護面層，是車輛輪壓直接作用的部分；其功能在于防止車輪直接磨耗橋梁主體梁板結構，保護主梁免受雨水侵蝕，對車輛輪壓集中荷載起到一定的擴散作用，并提供相應的行車舒適度。因此，用于橋面鋪裝的材料要有一定的強度、耐磨性，并不易開裂［1］。

普通水泥混凝土造價低，耐磨性好，在早期的橋面鋪裝中應用較多。但是，近年來，隨著我國經濟的高速發展，物流運輸不斷擴張，大型集裝箱載重車日益增多，普通水泥混凝土易碎、易裂造成養護維修工作量加大，已逐漸不能適應交通運輸的需求。因此，提高橋面鋪裝層的抗裂性、耐磨性，減少其養護維修工作量成為當務之急。在這樣的前提下，纖維混凝土應運而生，以其良好的抗拉、抗彎、抗沖擊和抗裂性能，廣泛應用于橋面鋪裝層中。文中將重點研究纖維混凝土在橋面鋪裝中的具體應用。

1 國內外有關纖維混凝土的研究

纖維混凝土以普通混凝土為基材，摻入各種短切纖維材料而制成。常用的短切纖維材料有兩大類，一類為低彈性模量纖維，如尼龍纖維、聚乙烯纖維和聚丙烯纖維等；另一類為高彈性模量纖維，如鋼纖維、碳纖維和玻璃纖維等［2］。

有關纖維混凝土的研究始于20世紀初，其中以鋼纖維在混凝土中的應用與研究為最早。1910年，美國人Porter建議將短鋼纖維摻入水泥和混凝土中，以增強其抗拉力。1911年，美國的Graham正式將鋼纖維加入到普通鋼筋混凝土中，并驗證了其具有一定的優越性。此后，英國、法國、德國、日本等國家都相繼開展了相關研究。20世紀70年代，在鋼纖維混凝土快速發展的同時，有關尼龍纖維混凝土、聚丙烯纖維混凝土和碳纖維混凝土等的研究也逐步加速；我國也于該時期引入纖維混凝土技術，許多高校和科研單位開始進行相關研究。1986年，中國土木工程學會纖維水泥與纖維混凝土委員會在大連召開了第一屆全國纖維水泥與纖維混凝土學術會議。此后，每兩年舉行一次學術會議，總結討論纖維混凝土的應用與研究成果［3］。

2 纖維混凝土在橋面鋪裝中的應用

研究表明，纖維材料的加入可以有效減少混凝土的收縮裂縫，增強混凝土的韌性，提高混凝土的抗拉強度，改善混凝土的抗滲性、抗凍性、抗沖擊和抗疲勞荷載作用等性能［4］。因此，經常將纖維混凝土用于承受重復荷載作用的橋面鋪裝層，增強橋面鋪裝層的抗裂性、耐久性，提高其行車舒適度，增強橋面鋪裝的抗折強度，降低鋪裝層厚度，減輕結構自重，改善結構的受力性能。

1987年，北京馬草河橋采用鋼纖維混凝土橋面鋪裝，其設計荷載等級為汽-20，掛-100；單跨橋長15m，設兩道縱縫，橫向未設縫；三幅路寬6m＋16m＋6m；橋面鋪裝厚10cm，橋面面積420m2；鋼纖維總用量3.5t，其單位體積用量100kg／m3。1988年，北京北四環安慧立交橋采用鋼纖維混凝土橋面鋪裝，其設計荷載等級為汽-20，掛-100；橋長200m，上、下兩幅度12.25m中間設縱縫，橫向15m設縫；橋面鋪裝厚9cm，橋面面積4 900m2；鋼纖維總用量49t，其單位體積用量100kg／m3［5］。2001年，投資3.2億元的湖北巴東長江公路大橋正式動工。該橋全長900.5m，橋面寬19m，雙向四車道，車行道寬16m，兩側各設1.5m人行道；橋面鋪裝層采用100mm厚C40聚丙烯纖維防水混凝土澆筑［6］。利用纖維混凝土制作橋面鋪裝層，在實踐應用中已非常頻繁。纖維混凝土橋面鋪裝施工工藝流程如圖1所示［7］。

圖1 纖維混凝土橋面鋪裝施工工藝流程

纖維混凝土橋面鋪裝前要制定出詳細的施工計劃，在保證安全的前提下，選擇施工干擾最小的場地；做好纖維混凝土的運輸方案，必須在運輸過程中產生分層離析現象，保證混凝土良好的施工性能；注意施工過程中的氣候影響，并備好各種施工機具。

纖維混凝土在投料、攪拌、運輸、澆筑各施工環節中，均必須保證纖維材料分布的均勻性，這是制備纖維混凝土必須特別注意的問題。只有保證纖維分布的均勻性，才能使其起到對混凝土增強、阻裂和增加韌性的各種良好作用。而投料之前纖維材料已經結團、纖維投料速度過快、纖維摻量過大、攪拌效率不足等原因均會造成纖維分布的不均勻。故必須根據情況選擇合適的纖維混凝土加工機具，如纖維材料分散機和強制式攪拌機等，以保證纖維混凝土拌合料的均勻性和其它相關質量等［8］。

3 纖維混凝土在橋面鋪裝施工中的技術要點

市場上纖維材料的品種繁多，但是可以用于橋面鋪裝層的纖維材料必須具有強度高、彈性模量大、延伸率小等性能。如碳纖維材料，抗拉強度高，但由于其與水泥漿之間的粘附性差，所以必須進行表面改性處理之后，才可用于纖維混凝土中。文獻［9］指出，交通運輸部即將發行的《公路水泥混凝土路面施工技術規范》（JTG F30-2012）中指定用于橋面鋪裝層的纖維品種有:鋼纖維、玄武巖纖維、有機合成纖維及其混雜纖維，其中有機合成纖維主要為聚丙烯晴纖維、聚丙烯粗纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯醇纖維等，各種纖維的質量均應符合路用纖維的各項要求。規范中，對于鋼纖維的材質、抗拉強度等級、形狀尺寸及其它技術要求，對于玄武巖纖維的規格尺寸、抗拉強度、彈性模量、斷裂伸長率、密度、含水率和耐堿性等，對于合成纖維的品種、形狀尺寸、分散性和抗拉強度等技術指標均提出了詳細要求。另外，橋面纖維混凝土的配合比、橋面纖維混凝土的設計強度、鋼筋網的安裝規定、坍落度及其損失控制、振搗密實性及其平整度要求及其它施工工藝要求等，均需滿足新規范要求。例如，橋面鋪裝層的纖維混凝土等級不應低于主梁翼緣板，滿足耐久性要求的最低要求應不小于C40級；纖維混凝土橋面鋪裝之前，鋼筋網的焊接、錨固和安裝等均應符合要求；不同的纖維混凝土，需采用專門的運輸和布料設備，施工時，各種設備不得碾壓鋼筋網；禁止將振搗不密實的纖維混凝土進行強制攤鋪；橋面鋪裝纖維混凝土的坍落度要比普通鋼筋混凝土的大20～30mm，并需控制其坍落度損失量和損失速度，以保證其易于攤鋪；纖維混凝土橋面的縱、橫向縮縫，伸縮縫，隔離縫，漲縫等，均應符合施工要求。

由于橋面鋪裝層和橋面板是先后不同時間澆筑的混凝土結構，考慮到新舊混凝土之間的粘結問題，需選擇合適的界面劑來加強二者的結合，保證二者形成整體，共同受力。界面劑的施工可選擇噴灑或涂刷的方式進行。此外，在進行橋面鋪裝層混凝土澆筑工序之前，必須對現行施工完的橋面板進行全面清潔，清除表面松散顆粒，清理施工中留下的機油、雜質，去除橋面板表面微裂縫、水泥浮漿層等；適當增加橋面板表面粗糙度，以保證其與新澆混凝土面層之間保持良好的粘結力；濕潤橋面板，但必須保證其表面無積水現象；適當增加纖維混凝土拌和時間，保證纖維的均勻分散性；并注意橋面鋪裝層澆筑完畢之后的灑水養護等［10］。

4 結 語

采用纖維混凝土制作橋面鋪裝層，可以順應社會的發展，適宜日益增大的汽車載重量和交通運輸量，抵抗重型交通，切實延長橋面鋪裝層的使用年限，減少維護翻修的重復投資，并避免由此造成的交通擁堵等次生問題。加之日益完善的施工標準及規范的制定，為纖維混凝土橋面鋪裝施工提供了技術保證；如果再輔以施工技藝的調整，減少纖維混凝土的施工費用，纖維混凝土橋面鋪裝發展將更為廣闊。

［1］ 李亞東.橋梁工程概論［M］.2版.成都:西南交通大學出版社，2006.

［2］ 陳志源，李啟令.土木工程材料［M］.2版.武漢:武漢理工大學出版社，2003.

［3］ 張紅州.纖維混凝土界面性能及纖維作用機理研究［D］:［碩士學位論文］.廣州:廣東工業大學，2004.

［4］ 楊雯雯.纖維混凝土力學性能及耐久性能試驗研究［D］:［碩士學位論文］.濟南:山東大學，2012.

［5］ 馬林杰.鋼纖維混凝土的特性及在路橋面中的應用［J］.呼倫貝爾學院學報，2007，15（2）:111-112，12.

［6］ 單俊鴻，周明凱，李北星.微膨脹聚丙烯纖維混凝土在巴東長江公路大橋橋面鋪裝中的應用［J］.水利水電技術，2005，36（3）:44-46.

［7］ 單俊鴻.高性能橋面鋪裝混凝土的研究與應用［D］:［碩士學位論文］.武漢:武漢理工大學，2006.

［8］ 王婷.鋼纖維混凝土在橋面鋪裝工程中的應用技術研究［D］:［碩士學位論文］.鄭州:鄭州大學，2005.

［9］ 付智，李紅.纖維混凝土路面與橋面施工技術 《公路水泥混凝土路面施工技術規范》（JTG F30-2012）解讀［J］.混凝土世界，2012，41（11）:20-31.

［10］ 趙鳳杰.柔性纖維混凝土在橋面鋪裝工程中的應用技術研究［D］:［碩士學位論文］.重慶:重慶交通學院，2005.