無筋橋面混凝土配合比設計及應用

汪銀霞

無筋橋面混凝土配合比設計及應用

汪銀霞

（四川川交路橋有限責任公司，四川 德陽 618300）

在遂西高速公路工程項目中，對簡支梁橋橋面鋪裝整平層采用無鋼筋網片的無筋橋面混凝土進行鋪裝，無鋼筋混凝土性能方面有獨特的優勢，其配合比設計時能否實現橋面鋪裝整平層施工成功的關鍵控制點，必須確保其完全符合橋面無筋混凝土的相關指標，根據橋面鋪裝特點，無鋼筋混凝土配合比設計應確定合理的工作性能、體積穩定性能、耐久性能以及合格的強度等級。無鋼筋混凝土較好的解決了普通混凝土橋面鋪裝病害，具有良好的經濟效益和社會效益。

無筋橋面混凝土；配合比；設計；應用

0 引言

鋼筋網片混凝土橋面鋪裝在工程應用中易發生裂紋等病害，給工程帶來了極大的經濟損失和工程損失；已成橋梁，因橋面鋪裝嚴重破壞，造成質量問題和安全問題，如多處坑凼和鋼筋外露，跳車現象嚴重，重車經過時，能明顯感覺到橋梁的晃動，影響了行車安全、橋梁安全和橋梁耐久性，橋面鋪裝的病害，還特別表現在伸縮縫處，如有的地方混凝土鋪裝層已完全消失，有的地方伸縮縫已彎曲變形，縫內雜物填塞，完全不能發揮伸縮縫的作用等等不同時期病害，對高速公路后期營運管理、養護造成諸多困難和一定的社會影響。[1]為了有效解決此類問題，2014年3月27日四川公路工程勘察設計院簽發了“工程項目修改設計通知單”，遂廣遂西公路簡支梁橋的橋面鋪裝改為采用無筋混凝土施工；引用《橋面鋪裝整平層復合強化技術規程》〔SCDJ/T D65-06-2014〕做指導。

本文結合遂西高速公路簡支梁橋橋面鋪裝工程實例介紹無筋橋面混凝土配合比設計及應用。

1 名詞解釋

無筋橋面混凝土——指應用在簡支梁橋橋面整平層的采用的混雜纖維混凝土，即聚丙烯腈纖維、鋼纖維、復合外加劑與普通砂石材料組成制備的混凝土。

2 材料特性

2.1 聚丙烯腈纖維

（1）聚丙烯腈纖維具有分散性與親水性好、彈性模量與強度更高、延伸率與耐老化性優良、比表面積大、根數多而握裹力強等特點；

（2）聚丙烯腈纖維采用直徑12～15μm，長度為6～12mm，抗拉強度≥800MPa，彈性模量7.0 ～9.0 GPa；

2.2 鋼纖維

鋼纖維長度宜為30～35mm，直徑或等效直徑為0.6～0.9mm，抗拉強度大于600MPa；

2.3 復合外加劑

（1）復合外加劑中獨有的丙烯酸酯SRA系列組分，具有更強的抗絮凝能力及分散保持性，共聚物與混凝土中鈣離子聚合后，混凝土液相的電導率下降，有效延緩混凝土的初期水化，顯著的降低混凝土用水量及水泥用量，內部溫升大幅度降低，降低高水化熱引致的混凝土裂縫發生。[2]

（2）減少混凝土的多余用水和毛細孔通路及孔隙，提高混凝土抗滲性。

（3）通過油性表面活性劑，改善氣-液相及固-液相界面的表面張力，使混凝土內部水

泥漿與骨料的結合更緊密，增大混凝土的抗拉、抗折強度，提高極限拉伸值，混凝土的變形能力與韌性得到提高。[3]

3 配合比設計

3.1 設計思路

經過對聚丙烯腈纖維和鋼纖維特性分析和了解，在配合比設計計算之初按照普通混凝土配合比設計的方法進行計算，確定基準配合比及材料用量；再按照《橋面鋪裝整平層復合強化技術規程》〔SCDJ/T D65-06-2014〕以及設計方進行的相關培訓要求摻加纖維完善配合比設計內容。

3.2 設計目的和用途

保證砼強度滿足結構設計要求，工作性能滿足施工工藝要求，經濟合理；該砼配合比

用于簡支梁橋橋面整平層。

3.3 技術指標及參數

強度等級：，配制強度：MPa；坍落度要求：

3.4 設計依據

標準代號標準名稱 JGJ 55-2011JTG/T F50-2011《普通混凝土配合比設計規程》《公路橋涵施工技術規范》

3.5 原材料技術規范

項 目 技術標準 水 泥GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》 JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》 骨料JTG E42-2005《公路工程集料試驗規程》 JTG/T F50-2011《公路橋涵施工技術規范》 粉煤灰GBJ 146-90《粉煤灰混凝土應用技術規范》 水JGJ 63-2006《混凝土用水標準》

3.6 所用原材料

水 泥產 地重慶銅梁西南水泥有限公司 品 種金工牌水泥普通硅酸鹽水泥 強度等級P·0 42.5R 密度3000 kg/m3

細骨料產 地遂寧超遠砂石廠 種 類遂寧超遠機制砂 表觀密度2662 kg/m3 粗骨料產 地遂寧超遠砂石廠 種 類卵碎石（4.75～9.5mm,9.5～19mm；19mm~31.5mm；摻配比例為10%：35%:55%） 表觀密度2659 kg/m3 粉煤灰產 地渠縣潤資同發建材有限公司 種 類Ⅱ級 密度2200 kg/m3 水來 源飲用水 外加劑產 地成都嘉新 種 類JX-C聚羧酸高性能減水劑減縮增韌外加劑（摻量為膠凝材料的1.2%）

4 C40混凝土配合比設計計算書

4.1 確定試配強度（fm,0）

根據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011)，混凝土配制強度采用下式確定：

f≥f+1.645

=40+1.645×5.0

=48.2（MPa）

式中：f——混凝土配制強度（MPa）；

f——混凝土設計強度等級值（MPa）；

——混凝土強度標準差（MPa）。施工水平一般取5.0

4.2 計算水膠比（W/B ）

根據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011)，混凝土的水膠比采用下式計算：

W/B = ɑa×fb/( f+ɑa×ɑb×fb)

= 0.49×44.37/(48.2+0.49×0.13×44.37)

= 0.43

式中：W/B——混凝土的水膠比；

ɑa，ɑb——回歸系數；可查表；

fb——膠凝材料28d抗壓強度實測值（MPa），按下式確定：

fb=γf×γs×fce×fc

=0.90×1.16×42.5

=44.37

fce= γc× fceg

γf,γs——粉煤灰和粒化高爐渣粉影響系數,可查表；

γc——水泥28d抗壓強度標準值的富余系數，按表取1.16；

fce——水泥28d膠砂抗壓強度（MPa）；

fceg——水泥強度等級值（MPa）；

該混凝土配合比使用P·0 42.5R水泥和機制砂，計算混凝土的水膠比：W/B =0.43，根據以往經驗采用0.35。

4.3 確定混凝土的用水量（kg/m3）

依據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011)表選定混凝土用水量，其按施工混

凝土坍落度為120～180mm,根據確定的坍落度及材料特性，結合以往經驗用水量取214kg/m3，因其中減水劑的減水率為30％，摻加外加劑后用水量可調整為214×（1-30％）＝150kg/m3

4.4 確定混凝土的膠凝材料、礦物摻合料和水泥用量按下式計算、、（kg/m3）

=150/0.35

=429

=429×11.6%

=50

=429-50

=379

4.5 確定混凝土的砂率

4.6 確定粗、細骨料用量（kg/m3）

1、采用質量法計算混凝土配合比時，粗、細骨料用量

2、根據設計要求：鋼纖維摻量40 kg/m3；聚丙烯腈纖維摻量0.8 kg/m3。根據以上的

4.7 混凝土配合比試配、調整與確定

1、 計算混凝土每立方米材料的用量

編號水膠比（kg/m3）（kg/m3）（kg/m3）（kg/m3）（kg/m3）外加劑（kg/m3）鋼纖維/聚丙烯腈（kg/m3） 010.304425872010801506.0040/0.8 020.353795074811231505.1540/0.8 030.403314477011551504.5040/0.8

2 試拌30L混凝土拌和物的實測容重情況

編號水膠比（kg/m3）（kg/m3）（kg/m3）（kg/m3）（kg/m3）外加劑（kg/m3）實測容重（kg/m3） 010.304425872010801506.002470 020.353795074811231505.152450 030.403314477011551504.502440

3 試拌30L混凝土的拌合物性能情況

編號水膠比坍落度（mm）棍度含砂情況粘聚性保水性 010.30135上少良好無 020.35165中中良好無 030.40170中中良好無

4 抗壓強度試驗結果

編號水膠比7d抗折強度（MPa）28d抗折強度（MPa）7d抗壓強度（MPa）28d抗壓強度（MPa） 010.305.99.442.649.7 020.355.89.241.149.3 030.405.68.539.348.9

4.8 調整與確定配合比

該混凝土基準配合比的拌合物實測容重為2450（kg/m3），按照JGJ55-2011《普通混凝土配合比設計規程》 中的相關規定當混凝土拌合物實測值與計算值之差的絕對值超過計算值的2%時應進行校正，校正系數計算結果為0%，未超過規定要求，可以不需要進行修正。根據以上混凝土拌合物性能指標及28天抗壓強度結果均能夠滿足設計要求，故確定施工理論配合比的每立方米材料用量如下：

水膠比水泥（kg/m3）粉煤灰（kg/m3）砂(kg/m3)石（kg/m3）水（kg/m3）外加劑（kg/m3）鋼纖維（kg/m3）聚丙烯腈（kg/m3） 0.353795074811231505.15400.8

4.9 配合比驗證

經過對選定配合比的指標性能進行驗證，該配合比工作性能、7d、28d強度、抗滲性能（S12）均滿足設計及施工實際需求。

5 工程應用

5.1 混雜纖維混凝土生產及材料要求

5.1.1材料要求

a、聚丙烯腈纖維

保證聚丙烯腈纖維在混凝土中不結團，分散性能優良；聚丙烯腈纖維應外色均勻、沒有污染、不得含有雜物等雜質

b、鋼纖維

① 鋼纖維一般可以選用碳素冷拔鋼絲切斷型纖維和銑削型碳素鋼纖維，但宜選用多錨固點的碳素冷拔鋼絲切斷型，表面應有明顯的壓痕，保證鋼纖維與混凝土基體的具有較高的粘結強度；

② 鋼纖維表面不得有銹蝕、油污等雜質。鋼纖維內含有因加工不良的粘連片、鐵屑等雜質，不能超過鋼纖維總重量的1.0%；

③ 鋼纖維長度、直徑偏差不應超過長度直徑公稱值的±10%，鋼纖維長徑比偏差不應超過±15%，鋼纖維每根重量不應超過公稱重量值的±15%；

④ 鋼纖維應具有良好的外形，形狀合格率不應低于90%；鋼纖維應具有良好的彎折性能，能承受一次彎折90°不斷裂；

⑤ 保證鋼纖維在混凝土中不變“V”形、不結團，具有良好分散性。

c、復合外加劑

外加劑性能穩定、高效，能適應不同氣候條件。

d、其他材料符合規范要求。

5.1.2混雜纖維混凝土生產及施工注意事項

混雜纖維混凝土與普通混凝土橋面施工工藝基本相同，但生產施工中還需注意以下幾點：

a)必須嚴格控制粗、細集料、水泥、粉煤灰、外加劑及纖維等原材料的進場質量。嚴禁不合格產品進入料場，以確保工程質量；

b)拌和應嚴格按照試驗室提供的配合比進行，摻料攪拌時的投料順序宜為砂、碎石、纖維、水泥干拌30s左右.然后邊攪拌邊加水并同時加入外加劑溶液拌和90s～100s，在出料時應對新拌混凝土的和易性等指標進行檢測，即經常注意檢查聚丙烯腈纖維、鋼纖維在混凝土中是否分散均勻、有無結團離析等現象，否則要相對延長攪拌時間來分散纖維絲；c)坍落度應在設計范圍之間進行控制，混合料盤與盤之間的坍落度最大允許偏差為±20mm。[4]另外根據天氣變化、風速、運距長短等指標可作適當調整，以確保混凝土的施工質量；

d)界面清理要保證干凈；清除一切雜物（包括梁板夾縫），混凝土碎落塊，沉泥斑痕；

及時扳正梁板頂面連接筋，保證鋪筑段落表面濕潤無積水；

e)當橋面滑模攤鋪過后應盡量減少人工修補，避免纖維被帶出，人工做面修補時嚴禁加水稀釋以避免纖維與水泥漿體分離；嚴禁多人同時踩踏新鋪混凝土；嚴禁人為收光面；鋪筑完成及時覆蓋養生、切縫及時。[5]

6 結論

遂西項目在簡支梁橋橋面鋪裝混凝土中運用了混雜纖維混凝土整平層、取消了鋼筋網片，從現場施工情況看，對新拌混凝土無不良影響。它不但具有添加工藝簡單、纖維分散性好、與水泥混凝土基材握裹充分等特點，而且還可減少混凝土粗細骨料離析和泌水等現象的發生，并能改善和提高混凝土的粘聚性、和易性、保水性和穩定性。

經實踐證明，混雜纖維摻入混凝土中具有良好的抗收縮、抗裂、抗破碎等性能.抗拉

效果非常顯著，彌補了混凝土強度有余而韌性不足的缺點。遂西高速全線簡支梁橋橋面整平層大面積推廣使用后，經項目業主、設計、監理、施工質量管理人員的系統檢查，均未發現裂縫現象，從而印證了混雜纖維混凝土能有效地防止橋面開裂，保證了橋面的整體施工質量，延長了橋面的使用壽命。綜上，混雜纖維在改善普通鋼筋網片橋面鋪裝混凝土性能方面有獨特的優勢，能明顯改善混凝土裂紋裂縫的發生，減少了高速公路后期營運管理、養護費用，具有良好的經濟效益和社會效益，值得推廣應用。

[1]王棟.高速鐵路橋面防水層纖維混凝土配合比優化設計及施工工藝研究[J].安徽建筑.2021,28(01):169-171

[2]單大江.大跨連續剛構高性能混凝土配合比設計與應用[J].四川水泥.2021,(01):286-288

[3]侯博文.大體積混凝土配合比設計及工程應用[J].中國住宅設施.2021,(01):20-21

[4]《橋面鋪裝整平層復合強化技術規程》〔SCDJ/T D65-06-2014〕

[5]趙德超.多種侵蝕環境下抗腐蝕混凝土配合比設計技術[J].山西建筑.2021,47(03):74-76

汪銀霞（1981.06- ），女 ，漢，籍貫：四川眉山，學歷：本科，職稱：工程師，單位：四川川交路橋有限責任公司，研究方向：工程試驗檢測。

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