鋼纖維聚合物結構混凝土箱梁施工技術

譚海山

摘要：大跨度預應力混凝土連續剛構橋主橋箱梁0#塊和1#塊的頂板存在較大的負彎矩，跨中附近節段的底板存在較大的正彎矩，這個部位容易產生裂縫。文章結合工程實例，闡述了鋼纖維聚合物結構混凝土在箱梁施工中的工藝及質量控制要點，可為類似工程的施工提供參考。

關鍵詞：鋼纖維聚合物；混凝土；箱梁施工技術；橋梁工程；質量控制要點 文獻標識碼：A

中圖分類號：U441 文章編號：1009-2374（2017）07-0160-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.07.076

1 概述

大跨度預應力混凝土連續剛構橋主橋箱梁0#塊和1#塊的頂板存在較大的負彎矩，跨中附近節段的底板存在較大的正彎矩，是容易產生裂縫的部位。裂縫的產生將會嚴重影響工程質量，降低橋梁結構的耐久性。為改善連續剛構橋主橋箱梁上述關鍵部位的抗裂性能及結構耐久性，針對惠大高速公路東江特大橋主橋、廣明高速公路富灣特大橋主橋箱梁、惠大高速公路北引橋（35+50+35）m現澆箱梁的結構形式、原設計采用的材料，完成與該橋箱梁結構混凝土相匹配的鋼纖維聚合物結構混凝土配合比，總結出鋼纖維聚合物結構混凝土在箱梁施工中的工藝，并成功地在富灣特大橋主橋（112+200+200+112）m、東江特大橋（90+150+90）m剛構箱梁0#塊和1#塊的頂板、跨中合攏段及其前后各兩個節段的底板、東江特大橋北引橋（35+50+35）m現澆連續箱梁的施工中采用鋼纖維聚合物結構混凝土。工程應用結果表明，采用該新材料的箱梁結構均未出現裂縫，其結構變形控制情況良好。基于預應力連續剛構橋結構開裂的危害性以及鋼纖維聚合物結構混凝土施工的可操作性強，便于在橋梁工程中推廣應用。

2 適用范圍

適用于公路和市政工程大跨度預應力連續剛構橋及其他橋型上部結構的施工。

3 工藝原理

（1）通過在混凝土中摻加鋼纖維和乳膠，并經過配合比設計確定各組成部分的摻量，形成鋼纖維聚合物結構混凝土，大大提高混凝土的抗折和劈裂抗拉強度，增加混凝土抗裂性；（2）鋼纖維聚合物結構混凝土要根據預應力連續剛構橋等現澆橋梁結構的性能要求及施工條件認真進行配合比設計，并為確保鋼纖維和聚合物乳膠在新拌混凝土中的均勻度及施工性而制定相應的材料參數和施工操作流程；（3）鋼纖維聚合物結構混凝土施工過程中，無論是材料制備、澆筑工藝、澆筑順序及后期養護，均要嚴格按照制定的工藝要求進行。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

鋼纖維聚合物結構混凝土的施工工藝流程為：配合比設計→材料制備→澆筑前期準備→混凝土澆筑→混凝土養護→下道工序施工。

4.2 操作要點

以東江特大橋主橋（連續剛構橋）箱梁為例說明鋼纖維聚合物結構混凝土施工的操作要點。

4.2.1 配合比設計。

第一，原材料。東江特大橋主橋使用的鋼纖維聚合物結構混凝土由碎石、砂、水泥、鋼纖維、乳膠粉等材料組成，原材料的規格和基本屬性如下：（1）水泥：惠州塔牌P·Ⅱ52.5R水泥；（2）砂：橫瀝東江砂場的中砂，細度模數2.68，屬于中砂；（3）碎石：惠東縣星展投資有限公司的5～25mm花崗巖碎石；（4）鋼纖維：推薦采用上海真強纖維有限公司的端鉤形RS06073/35-800鋼纖維，長徑比為48，抗拉強度大于800MPa，見圖1。端勾型鋼絲纖維是屬于高性能鋼纖維，可提高混凝土的抗沖擊和抗疲勞的能力，提高混凝土的抗滲能力；（5）乳膠粉：德國瓦克化學公司VINNAPAS RE5010N乳膠粉，是一種遇水可再分散的醋酸乙烯酯/乙烯共聚膠粉；（6）減水劑：JB-ZSC聚羧酸高性能減水劑；（7）水：飲用水。

第二，澆筑工藝。鋼纖維聚合物結構混凝土的澆筑工藝及步驟如下：（1）將粗集料、細集料、鋼纖維投入攪拌機，干拌120s；（2）加入水泥、乳膠粉再干拌10～20s；（3）加水與減水劑濕拌90～120s；（4）澆筑鋼纖維聚合物結構混凝土拌合料；（5）利用振搗棒進行振搗致密實；（6）抹平澆筑好的鋼纖維聚合物結構混凝土表面，防止鋼纖維外露；（7）按常規混凝土的養護方法及時養護。

第三，配合比，經過多次配合比設計，最終確定鋼纖維聚合物結構混凝土的配合比和材料用量如下：配合比：砂率38.0%，水灰比0.321，大石60%，小石40%，砂石總重1833kg，外加劑1.2%，塌落度160～170mm；每方C55鋼纖維混凝土材料用量：水泥467kg，砂697kg，大石682kg，小石454kg，鋼纖維45.53kg，乳膠6.071kg，水150kg，外加劑5.604kg。

此外，惠大高速公路F-01合同段東江特大橋主橋預應力連續剛構現澆箱梁擬采用的C55普通混凝土配合比如下：配合比：砂率36.0%，水灰比0.300，大石60%，小石40%，砂石總重1843kg，外加劑1.1%，塌落度180mm；每方C55普通混凝土材料用量：水泥467kg，砂663kg，大石708kg，小石472kg，水140kg，外加劑5.137kg。

第四，基本力學性能。在確定鋼纖維聚合物結構混凝土的配合比后，按照國家相關規定和試驗規程，本項目組對上述鋼纖維聚合物結構混凝土及C55混凝土分別實施抗壓、劈裂抗拉、彈性模量、抗折測定等實驗，實驗結果分別如下：（1）抗壓強度。C55鋼纖維聚合物結構混凝土：3d齡期，65.9MPa，7d齡期，68.2MPa，28d齡期，70.1MPa；C55普通混凝土：3d齡期，64.9MPa，7d齡期，66.8MPa，28d齡期，69MPa；（2）劈裂抗拉強度。C55鋼纖維聚合物結構混凝土：7d齡期，5.79MPa，28d齡期，6.53MPa；C55普通混凝土：7d齡期，3.1MPa，28d齡期，4.1MPa；（3）彈性模量。C55鋼纖維聚合物結構混凝土：7d齡期，42.5GPa，28d齡期，44.5GPa；C55普通混凝土：7d齡期，39.1GPa，28d齡期，42.8GPa；（4）抗折強度。C55鋼纖維聚合物結構混凝土：7d齡期，7.1MPa，28d齡期，8.68MPa；C55普通混凝土：7d齡期，4.49MPa，28d齡期，5.36MPa；（5）結論。經上述實驗驗證，按照本項目所述配合比設計的鋼纖維聚合物結構混凝土的抗壓強度和彈性模量比C55混凝土的略高，抗折和劈裂抗拉強度高50%以上。而且施工的和易性較好，達到該新材料的設計和施工要求，可以應用于惠大高速東江特大橋主橋連續剛構箱梁的現場施工。

4.2.2 材料制備。鋼纖維聚合物結構混凝土采用工地攪拌站或商品混凝土攪拌站進行拌制均可。其制備工藝及步驟如下：

第一，按照配合比設計的要求進行備料，嚴格控制各組成材料的質量和數量。

第二，將鋼纖維倒出后，用人工將其分散，如有銹蝕結團的應剔除。

第三，在粗集料和細集料混合的攪拌斗中用人工加入鋼纖維，其中鋼纖維重量根據攪拌斗中粗細集料重量和配合比計算得出，并用電子稱進行準確計量，將粗細集料和鋼纖維干拌120s，并檢查其是否攪拌均勻（見圖2）。人工投料時，鋼纖維采用網篩分時、分批、均勻地撒在粗細骨料上。攪拌均勻后將粗細集料和鋼纖維混合料堆放于干凈場地上（見圖3），待鋼纖維聚合物混凝土澆筑時再進行濕拌。

第四，鋼纖維聚合物混凝土澆筑之前，將粗細集料和鋼纖維的混合料摻入攪拌斗中，并加入水泥、乳膠粉再干拌30～60s，并檢查其是否攪拌均勻。

第五，加水與減水劑濕拌90～120s。

第六，拌合均勻后，即可出料。

4.2.3 澆筑前期準備。由于東江特大橋主橋的箱梁不是全截面，僅是頂板或底板采用鋼纖維聚合物結構混凝土，而且澆筑的混凝土方量較大，澆筑難度相對較大，澆筑施工時間相對較長。因此澆筑過程中要特別注意分層澆筑施工時的覆蓋，避免形成冷縫。分期澆筑混凝土時，新舊、不同混凝土的結合面一定要進行鑿毛洗凈，確保新老混凝土、不同混凝土的結合強度。另外，模板在澆筑前要進行濕潤處理。

4.2.4 混凝土澆筑。

第一，澆筑工藝。使用鋼纖維聚合物結構混凝土的箱梁節段，都要分次澆筑。澆筑時，當拌合料的塌落度小于180時，建議采用運輸車將裝有鋼纖維聚合物結構混凝土拌合料的吊籃運送至起吊點，采用吊機將吊籃吊至澆筑節段進行澆筑（見圖4）。如果澆筑高度較高，需按一定的厚度、順序和方向分層澆筑，則澆筑層厚度控制在30cm左右。

采用插入式振動器，移動間距在超過振動器作用半徑1.5倍，與側模保持在5～10cm，插入下層混凝土5～10cm。每一處振動完畢后，邊振動邊緩慢提出振動棒。對每一部位的振動，必須振動到該部位混凝土密實，其標準是混凝土停止下沉，不再冒出氣泡，表面呈平坦、泛漿為準，且不宜過振。搗振時輔以人工找平。混凝土澆筑期間，由專人檢查支架、模板和預埋件的穩固情況，如有松動，應及時糾正。

混凝土整平、并用鐵滾筒將豎起的鋼纖維和位于表面的石子壓下去，進一步整平表面。待表面無泌水時，用抹刀抹平。修正后混凝土表面不得裸露出鋼纖維，也不應有泛漿。

第二，混凝土澆筑順序。與鋼纖維聚合物結構混凝土有關的箱梁節段的澆筑順序為：底板→腹板→橫隔板（若有）→頂板。對于0#塊和1#塊，澆筑鋼纖維聚合物結構混凝土頂板時，頂板應由0#塊向兩邊l#塊對稱、平衡地澆筑（見圖5）。

第三，注意事項。澆筑施工時，應盡量縮短箱梁的底板、腹板與頂板混凝土澆注的時間差，以減少混凝土之間的溫差約束力。

4.2.5 混凝土養護。影響鋼纖維聚合物結構混凝土性能的因素，除水泥和石子的種類和性能、鋼纖維和乳膠的種類和摻量外，養護是非常重要的一個施工環節。鋼纖維聚合物結構混凝土的養護期比較短，而且乳膠摻量越小，所需在水中的養護時間越長。當乳膠摻量達到一定值時，就無需在水中養護，只需在空氣中干養即可。

鋼纖維聚合物結構混凝土的養護宜在初凝之后馬上進行，本次施工的養護只需3～7天，所以這3～7天的養護極其重要。養護時，可采用淋水養護或養護劑養護。建議采用淋水養護。

參考文獻

[1] 危小靈，馬科.鋼箱梁-預應力砼懸臂梁組合結構施工技術[J].現代交通技術，2015，（4）.

[2] 姜永昌.南水北調跨渠預應力組合鋼箱梁安裝施工質量控制[J].交通世界（運輸·車輛），2015，（6）.

（責任編輯：小 燕）