玄武巖纖維在橋面鋪裝混凝土維修中的應用

【摘要】玄武巖纖維是一種新型的纖維材料，因其有較高的環(huán)保價值和經(jīng)濟價值正在被快速推廣使用。本文主要通過玄武巖纖維在橋面鋪裝混凝土維修中的應用特點和優(yōu)勢進行分析和總結(jié)，提出了玄武巖纖維在橋面鋪裝混凝土中的一些施工方法和措施。

【關(guān)鍵詞】玄武巖纖維；橋面鋪裝；維修；應用

1、前言

近年來，隨著我國新材料技術(shù)的不斷進步，玄武巖纖維技術(shù)也取得了飛躍式發(fā)展，各種成果不斷運用。同時我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也飛速發(fā)展，道路的里程數(shù)和橋梁的數(shù)量呈現(xiàn)級數(shù)級增長。隨著時間的推移，由于設(shè)計理念的不同和超負荷使用等因素的影響早期建成的橋梁相繼進入病害高發(fā)期。作為橋梁最直接受力部位的橋面鋪裝出現(xiàn)網(wǎng)裂、縱向裂縫、脫皮等病害，直接影響橋梁的使用性能和耐久性。這些病害的發(fā)生主要還是橋面鋪裝混凝土性能不能滿足相關(guān)性能要求造成的。玄武巖纖維的運用能有效的改善橋面鋪裝砼的性能，是一種良好的增強材料。本文將結(jié)合工程實例對玄武巖纖維在橋面鋪裝維修應用進行一些探討。

2、工程背景

某橋位于平原地區(qū)某市，是東北方向進入主城區(qū)的主要通道，交通流量大。該橋建于上世紀九十年代，橋梁全長70米，采用20+30+20的布跨形式，梁板采用1.24米的低高寬比的寬幅梁板。經(jīng)專業(yè)檢測公司檢測評定，該橋技術(shù)狀況為D級——不合格狀態(tài)，應進行大中修。橋面鋪裝的主要病害是全橋網(wǎng)裂，墩頂橫向貫穿開裂。病害原因分析：①橋梁位于城市交通要道，由于城區(qū)限行，眾多貨運車輛繞經(jīng)此路，交通流量大，超限超載車輛多。 ②橋梁采用寬幅梁板高寬比小且橋梁跨度大，在使用時產(chǎn)生較大撓度，超出橋面混凝土抗彎拉強度。

另外，由于該橋處于城市交通要道，不能全封閉施工，只能采用邊通車邊施工的施工方案，因此也增加了施工難度。

為了更好的達到橋梁維修加固的目的，進一步提升橋梁使用性能。設(shè)計時充分分析和考量了目前主要使用的纖維混凝土的不同優(yōu)缺點。

（1）鋼纖維混凝土其技術(shù)特點是較早運用于工程實踐中，材料韌性和抗拉性能較好。當裂縫產(chǎn)生時鋼材的高模量和高抗拉強度防止了裂縫的進一步發(fā)展。但是由于鋼纖維自身密度大（密度約為7.8g，m3，是混凝土的3倍），所以摻量不能太多，所以造成分布數(shù)量有限，對微裂縫的約束有限，對防滲、抗裂的效果不是很明顯；同時由于自重大，施工時不易分散，不能均勻分布，容易結(jié)團；混凝土振搗是鋼纖維極易下沉造成離析現(xiàn)象，這往往也是理論研究和實際效果差異大的原因；施工時鋼纖維容易外露，增加施工難度。橋面鋪裝混凝土中的鋼纖維更容易銹蝕，影響橋面美觀。

（2）玻璃纖維在混凝土路面中有應用，但是玻璃纖維暴露于大氣中一段時間后期強度和韌性折減較大，隨著時間推移其高強度、高韌性的特點衰減較明顯。因此在耐久性上存在不足，這與橋梁的使用壽命不相符。

（3）合成纖維具有代表性的是聚酯類、聚丙烯類、芳烴類纖維，其優(yōu)點是比表面積大，纖維數(shù)量多，對混凝土的微裂縫阻止效應明顯。但其缺點也很明顯，抗拉強度較低，較短的抗老化耐堿周期，和玻璃纖維類似。

（4）碳纖維是一種高性能纖維，具有抗彎拉強度高，彈性模量高，化學性質(zhì)穩(wěn)定，與混凝土粘結(jié)良好的有點。目前在橋梁梁板加固中直接采用碳纖維布、纖維板粘貼的加固方式較常見。但是碳纖維混凝土加工比較困難，制作工藝和碳纖維品種的不同組合所獲得的碳纖維混凝土性能差異較大，對施工質(zhì)量控制要求較嚴，施工難度大。碳纖維的許多性能還處在研究中，新性能特點還有待研究發(fā)現(xiàn)。同時碳纖維價格昂貴，工程成本大，經(jīng)濟效益較低。

（5）玄武巖纖維具有優(yōu)異的力學性能，抗彎拉強度是金屬的2～2.5倍。工作性能優(yōu)良，在100℃一250℃下可提高拉伸強度30%，而玻璃纖維卻下降23%；在70℃熱水作用下一般玻璃纖維不到200小時便會失去強度，而玄武巖纖維的強度保持1200小時。它具備穩(wěn)定的化學性能，耐酸堿能力、材料穩(wěn)定性、使用壽命和環(huán)境協(xié)調(diào)性都表現(xiàn)出色。相容性優(yōu)良，施工質(zhì)量控制較簡單，工藝不復雜，拌和后的混凝土工作性能與常規(guī)混凝土相近，對未有相同施工經(jīng)驗的施工單位經(jīng)過簡單技術(shù)交底后亦能很快施工。玄武巖纖維價格適中，具有較高的性價比。

通過對以上各種纖維特性的比較，結(jié)合工程實際情況，選用玄武巖纖維。

3、玄武巖纖維的性能特點在混凝土中的應用分析

短切玄武巖纖維是用連續(xù)玄武巖纖維原絲短切而成的產(chǎn)品，是增強水泥混凝土的優(yōu)良材料。玄武巖纖維是名副其實的“多能”纖維。它既耐酸又耐堿、既耐低溫叉耐高溫（269～650℃），拉伸強度超過大絲束碳纖維，斷裂延伸率比小絲束碳纖維好；短切玄武巖纖維具有三維分子維數(shù)，與一維聚合物纖維相比具有較高的抗壓縮強度、剪切強度。更重要的是短切玄武巖纖維具有很好的相容性，它與水泥混凝土混合時很容易分散，熱膨脹系數(shù)與混凝土接近。新拌的玄武巖纖維混凝土的體積穩(wěn)定、和易性好、耐久性好，具有優(yōu)越的耐溫性、防滲抗裂性和抗沖擊性。

短切玄武巖纖維混凝土主要是將適量的玄武巖纖維添加到混凝土中，以提高混凝土的韌性和拉伸強度，同時保留混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強度，從而起到提高混凝土工作性能，延長工程使用壽命的作用。

短切玄武巖纖維在水泥混凝土中應用，是繼玻璃纖維、芳綸纖維、鋼纖維、碳纖維等增強材料之后的又一種新型材料，其在混凝土加固補強中的作用表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）可以充分利用其表面積和數(shù)量優(yōu)勢，通過對微裂縫的有效約束，使其不連通。同時克服合成纖維密度小，抗拉強度低、彈性模量低的缺點，使混凝土有更強的抗彎拉性能。

（2）短切玄武巖纖維具有和鋼纖維一樣的高模量和抗拉強度優(yōu)勢，它還避免了鋼纖維在拌和過程中容易結(jié)團，分散性差的缺點，提高了水泥混凝土的工作性能。

（3）短切玄武巖纖維在水泥混凝土中的分布是不規(guī)則的，具有多向性。因此，混凝土的收縮應力得到了有效的分解，減少了收縮裂縫的產(chǎn)生。

（4）短切玄武巖纖維安定性較好，是一種“惰性”材料，具有十分優(yōu)越的耐腐蝕、耐高溫、抗沖擊性能。它能適應水泥混凝土在拌和、澆筑、凝結(jié)和使用各階段的不同環(huán)境，提高混凝土的耐久性。

4、施工應用

4.1材料的選用

工程選用BCS3-12型短切玄武巖纖維，其主要性能技術(shù)指標如下：

碎石、砂、水泥等其它原材料按普通混凝土配合比設(shè)計要求選用。

4.2配合比設(shè)計

由于短切玄武巖纖維本身不與其他混凝土成分及外加劑發(fā)生反應，因此纖維的摻量亦不會改變原混凝土的配合比，本次玄武巖纖維摻量3kg，m3，配合比表如下：

4.3施工質(zhì)量控制

4.3.1投料順序及方法

在短切玄武巖纖維混凝土拌和過程中，需要考慮短切玄武巖纖維的加料順序。一般與骨料同時添加進行預干拌，然后再加水進行濕拌。采用人工投料的方式施工。

4.3.2坍落度調(diào)整

由于纖維的增稠作用使混凝土拌合料的稠度略有增大，對坍落度稍有影響。如果坍落度不能滿足施工要求，可使用調(diào)整外加劑摻量的方法提高坍落度，不應增加用水量來解決該問題。

4.3.3養(yǎng)護和成型

摻加玄武巖纖維的混凝土成型和養(yǎng)護無特殊要求，可按正常混凝土振實和養(yǎng)護。只是在混凝土表面收光的時間控制上略比普通混凝土提早0.5～1個小時。

4.3.4施工效果

施工過程中進行了混凝土抗壓試件和抗折試件的制作，同時分別進行了實驗室標準養(yǎng)護和施工現(xiàn)場的同條件養(yǎng)護。試驗結(jié)果符合相關(guān)研究成果，7天早期強度較常規(guī)混凝土低20%左右，28天強度則要高5%左右。施工時采取邊通車邊施工的方案，過往車輛對施工區(qū)域的震動影響很大，混凝土凝結(jié)和強度形成過程中產(chǎn)生裂縫的可能性很大，經(jīng)過養(yǎng)護完成后橋面刻紋前的仔細排查，未發(fā)現(xiàn)裂縫的產(chǎn)生。

5、措施建議

1）由于加入玄武巖纖維后泌水速度降低，故應進行二次振搗。收面作業(yè)工作時間要合理安排，持續(xù)時間不能過長。

2）合理增加投料后干拌時間，宜在普通混凝土拌和時間的基礎(chǔ)上增加15秒時間。

3）纖維的投料盡量采用機械智能控制，這樣既提高生產(chǎn)效率，又提高混凝土的拌和質(zhì)量。

結(jié)語：

隨著國家的城鎮(zhèn)化進程加快，使用中的橋梁數(shù)量不斷增加。今后大量的橋梁進入維修保養(yǎng)高峰期。短切玄武巖在水泥混凝土中的良好性能不斷通過工程實踐得到驗證。它獨特的力學性能，良好的穩(wěn)定性和較低的施工成本，必將使其成為一種被廣泛利用的混凝土增強材料。短切玄武巖纖維混凝土具有較高的經(jīng)濟和社會效益。