《江苏交通科技》２０１１年第１期 钢纤维增强钢筋网混凝土（ＳＦＲＣ）在桥面 铺装改造工程中的应用 李永鳞 （江苏扬子大桥股份有限公司 靖江２１４５００） 摘要江阴大桥南接线引桥采用剪切异型钢纤维混凝土修复桥面铺装，成功解决了桥面 铺装开裂、渗水等问题。文章介绍了剪切异型钢纤维混凝土的优点、施工要求和使用效果。 关键词钢纤维桥面铺装改造应用 １ 钢筋混凝土桥梁桥面铺装存在的问题 时，没有明显的碎块或崩落，仍保持其整体性。 桥面铺装层不是桥梁的主体结构，常被设计和 ２．１．２抗剪强度 施工所忽视，桥面铺装经常出现混凝土强度不足，发 钢纤维混凝土具有优异的抗剪性能，对提高钢 生裂缝、表面蜂窝、麻面等病害；同时，道路超载现象 筋混凝土结构抗剪能力有重要意义。通常在钢筋混 屡禁不止，桥面铺装层在重车荷载作用下容易开裂、 凝土的构件中，其抗剪承载力主要靠箍筋和弯起钢 破碎，引起混凝土渗水，腐蚀主梁混凝土，锈蚀钢筋， 筋承担，这些筋多了，不仅要提高工程投资，而且施 从而使桥梁的使用质量下降，使用寿命降低，严重的 工很不方便，尤其对薄壁、抗震结构和复杂形状的特 甚至造成桥梁的破坏。桥面铺装层一旦损坏，修复 种结构，问题则尤为突出。采用钢纤维混凝土是提 非常麻烦，所以重视铺装结构，采用高质量的桥面铺 高结构抗剪能力的有效途径。 装材料，保证桥面铺装的良好使用状态非常重要。 ２．１．３ 抗弯强度 ２钢纤维增强钢筋网混凝土性能分析 钢纤维混凝土的抗弯强度，随着纤维掺量的增 钢纤维增强钢筋网混凝土是由钢筋、钢纤混凝 加而提高。钢纤维混凝土等级提高，抗弯强度也明 土复合而成的高性能混凝土材料，简称为ＳＦＲＣ。研 显提高。在弯曲荷载作用下，钢纤维混凝土受拉区 究表明，钢纤维混凝土具有比钢筋混凝土更为优良 开裂，中性轴向上移，受拉区仍有部分纤维与基材的 的抗拉性能、抗裂度，其耐磨性能、韧性和疲劳性能 粘结力承受拉力，增加韧性，提高了混凝土的抗弯强 为同等级普通混凝土的数倍，在公路、机场、桥梁、建 度。而普通混凝土则很快发生断裂，以致脆性破坏。 筑等工程领域得到广泛的应用。大量工程实践证 ２．２钢纤维混凝土的韧性和抗裂性 明，钢纤维增强钢筋混凝土大大提高了桥面铺装的 钢纤维混凝土具有很好的韧性和抗裂性。钢纤 抗裂度、耐磨耐久性，延长桥梁的使用寿命。采用钢 维混凝土的韧性随着钢纤维数量的增加而大幅度提 纤维增强钢筋混凝土作为桥面铺装对于减少桥面铺 高，同时与纤维和基材的粘结力有关。基材强度提 装病害效果明显，有着良好的经济效益。 高，纤维混凝土的韧性也相应提高。 ２．１ 钢纤维混凝土的力学强度 ２．３钢纤维混凝土的抗冲击性能 ２．１．１抗压强度 在动荷载作用下，钢纤维混凝土在裂缝扩展时， 钢纤维混凝土虽受压强度较普通混凝土增加不 首先是钢纤维克服基材的粘结力而被拔出，或是钢纤 明显，但受压韧性却大幅度提高了。这是由于钢纤 维达到屈服强度而被拉断。这都需要消耗大量的能 维的存在，增大了试件的压缩变形，提高了受压破坏 量。因此，钢纤维混凝土能提高抗冲击性能。若采用 时的韧性。从宏观上呈现，钢纤维混凝土受压破坏 剪切钢纤维制成试件，钢纤维混凝土等级为ＣＦ５５时， （修回日期、编号：２０１ｏ一１２—２８／４７５３） ・２８・ 采用水泥硬练重锤冲击。当纤维掺量为０．５％时， 耐冲击次数为素混凝土的３～４倍；纤维掺量为１％ 时，耐冲击次数为１１～１２倍；纤维掺量为１．５％时， 耐冲击次数为２ｌ一２２倍。可见，钢纤维混凝土的耐 冲击性能随着纤维掺量的增加而大幅提高。 ２．４钢纤维混凝土的抗疲劳性能 钢纤维明显改善了混凝土的弯曲疲劳性能。若 ＣＦ８０钢纤维混凝土与普通混凝土相比，当钢纤维掺 量为１％时，２００万次疲劳极限可提高１０％；当钢纤 维掺量为１．５％时，疲劳极限可提高１５％。当疲劳 应力比为０．７时，对钢纤维掺量１％的钢纤维混凝 土，疲劳寿命可延长。 ２．５ 钢纤维混凝土的抗冻融性能 钢纤维混凝土在冻融循环过程中，由于温度的变 化，在混凝土内形成温度应力场。钢纤维混凝土的基 体组成部分的热膨胀系数不同，在温度应力作用下变 形不协调，导致在混凝土内部界面产生拉应力，影响 了界面的黏结性状。钢纤维体积率的增大，增加了混 凝土内的界面，这些界面是混凝土的薄弱环节。当冻 融次数不大时。钢纤维与砂浆的黏结性状良好，钢纤 维能有效地发挥阻裂增强作用，减少裂缝源的数量和 裂缝的宽度。所以，在冻融次数较低时，随钢纤维体 积率的增加，混凝土强度下降的幅度降低。 ３桥面铺装病害实例及改造方案的选择 江阴大桥南接线引桥７ ｘ ２５ ｍ预应力连续箱梁 桥在检查中发现梁体裂缝较多，箱梁底板有水渗出， 进入箱室内，发现顶板底面存在较多裂缝，水迹明 显，裂缝处混凝土多处有白色析出物，显然，桥面铺 装已损坏，裂缝已裂穿顶板，梁体渗水腐蚀桥梁混凝 土和钢筋，危害桥梁结构安全。为确保桥梁安全，在 对桥梁进行整体加固的同时，对桥面铺装进行了改 造，凿除原调平层，铺设８ ｃｍ钢纤维混凝土，以阻止 水对主梁钢筋混凝土的侵袭。 目前桥面改造可选择的方案有普通钢筋混凝 土、聚合物混凝土、钢纤维混凝土等。普通钢筋混凝 土价格虽最便宜，其使用性能却最差，江阴大桥南接 线引桥７×２５ ｍ预应力连续箱梁桥１９９９年通车后 仅５年就发现桥面铺装破损严重；钢纤维市场价格 约４ ０００—７ ０００ ｔ，按照１％～２％的添加量，采用 钢纤维混凝土约比普通钢筋混凝土价格高２０％左 右，但使用性能却大不相同；聚合物混凝土用于混凝 土薄层修补，有成功也有失败的事例，而且价格较 高，仅聚合物砂浆市场价就达３ ０００元／ｔ。 根据以上分析结合桥梁检测情况，提出桥面铺 《江苏交通科技》２０１１年第１期 装改造方案：清除旧桥面铺装，混凝土裂缝灌浆处 理，对混凝土缺陷用环氧砂浆修复；通过顶板顶面混 凝土植筋后焊接，铺设（／）１２钢筋网，刷涂混凝土界 面剂，浇筑８ ｃｍ钢纤维混凝土，喷涂聚合物沥青防 水层后摊铺ＳＭＡ一１３沥青混凝土路面。 ４ ＳＦＲＣ配合比设计 ４．１ ＳＦＲＣ桥面铺装设计要求 本工程采用剪切异型钢纤维 昆凝土，同时适当 考虑早强、微膨胀。钢纤维增强钢筋网混凝土桥面 铺装控制标准为：混凝土标号为Ｃ５０，３ ｄ达到如下 指标：（１）混凝土达到设计强度的７０％；（２）混凝土 抗拉强度大于５．０ ＭＰａ；（３）混凝土抗折强度大于 ４．０ ＭＰａ，钢纤维混凝土采用商品混凝土，坍落度 １５ ｃｍ为宜。 ４．２原材料选用 （１）钢纤维 剪切异型钢纤维，单丝抗拉强度不低于６００ ＭＰａ。 （２）ＵＥＡ—Ｈ混凝土膨胀剂 ＵＥＡ—Ｈ混凝土膨胀剂为多功能外加剂，兼有 早强和减水功能，无须添加其他￣ｌ－ＪＪｎ剂。ＵＥＡ—Ｈ 混凝土膨胀剂除应满足《混凝土外加剂应用技术规 范》（ＧＢ５０１１９—２００３）的要求，其在混凝土水中１４ ｄ 膨胀率应大于０．０１５％。 （３）混凝土界面剂 混凝土界面剂是高分子聚合物水分散体，加入 水泥后成为聚合物水泥砂浆。混凝土界面剂具有优 异的粘结、防渗、防腐、防裂、耐老化等性能，适合潮 湿界面的粘结，与基础混凝土温度适应性很好。 ４．３原材料配合比 原材料配合比设计结果参见表１。 表１原材料配合比设计 ｋｇ／ｍ 水泥钢纤维中砂 碎２ｍ石ｍ ＵＥＡ 凝土 水 ５桥面铺装改造施工要点 江阴大桥南接线引桥７×２５ ｍ预应力连续箱梁 桥桥面铺装改造施工顺序为：清除旧桥面铺装 混 凝土病害处理一混凝土植筋及铺设 １２钢筋网一 刷涂混凝土界面剂一浇筑８ ｃｍ钢纤维混凝土 喷 涂聚合物沥青防水层一摊铺沥青混凝土路面。 ５．１原桥面铺装清除 原桥面铺装清除时应注意保护梁体，原支撑桥 面钢筋片网支撑钢筋，予以保留，以备后用；施工需 切断桥面泄水管，后期予以恢复。 ・２９・ 《江苏交通科技》２０１１年第１期 ５．２钢筋网施工 胀混凝土务必充分养生，新浇混凝土不能受阳光直 接照射，确保混凝土早期潮湿状态是发挥膨胀混凝 土效应的关键，采用塑胶薄膜覆盖进行保温、保水养 生，养生时间不少于７ ｄ。 ６钢纤维增强钢筋网混凝土桥面铺装应用评价 ５．２．１ 植筋 植筋位置与原结构钢筋位置重合，应将植筋位 置适当移动，避免钻孔时破坏原结构钢筋。植筋深 度不大于设计深度０．５ ｃｍ，不得随意增大孔径，防 止超钻、偏钻现象的发生。 ５．２．２钢筋网布设 为确保钢筋网定位准确，保证钢筋刚度，钢筋布 江阴大桥南接线引桥７×２５ ｍ预应力连续箱梁 桥桥面铺装改造与整体加固于２００５—０５—０９同时 实施。桥面铺装改造完成后的５年内，经多次桥梁 置间距为纵横１５ ｃｍ，钢筋网按梅花状布置。钢筋 检查，未发现梁体渗水现象，且钢纤维混凝土与 网焊接时应满足钢筋焊接长度要求。 ５．３混凝土界面剂 ５．３．１ 混凝土界面剂净浆配比 混凝土界面剂要求使用３２．５以上硅酸盐水泥 或普通硅酸盐水泥，混凝土界面剂净浆配比为界面 剂：水泥＝１：２（重量比），搅拌成浆，净浆硬化前铺 筑钢纤维混凝土。 ５．３．２施工环境、使用要求 混凝土界面剂施工环境温度要求大于５℃；混 凝土界面剂施工前须清除基底表面杂物，并对基面 人工凿毛１～２ ｍｍ，然后用清水冲洗干净（但不应有 积水），在修补区边缘凿１道２—３ ｃｍ深的齿槽，以 增加新旧混凝土的粘结。混凝土界面剂要求即拌即 用，每次要求在３０—４５ ｍｉｎ内使用完毕。 ５．４ ＵＥＡ—Ｈ混凝土膨胀剂 ＵＥＡ—Ｈ混凝土膨胀剂与水泥、砂石等同时搅 拌，搅拌时间比普通混凝土延长１ ｍｉｎ。 ５．５钢纤维 为确保钒纤维在混凝土中分布均匀，应采用合适的 钢纤维分散机和强制式搅拌机配套使用的拌合系统，以 保证拌合料质量和效率。钢纤维混凝土搅拌应均匀，如 发现混凝土内有钢纤维“结团”现象，应废弃不用。 ５．６钢纤维混凝土浇筑 ５．６．１振捣滚压 钢纤维混凝土浇筑时先用平板振捣器振捣密 实，再用振动梁振捣整平；用表面带凸棱的金属圆滚 将石子和竖起的钢纤维压下，再用金属圆滚滚压平 整，待钢纤维混凝土无泌水时用抹刀抹平，经修整后 的混凝土表面不得裸露钢纤维，不应留有浮浆。 ５．６．２钢纤维混凝土表面拉毛 抹平的表面在初凝前拉毛处理，拉毛时不得带 出钢纤维，拉毛工具使用刷子和压辊，不得使用木刮 板、粗布路刷和竹扫帚。 ５．６．３钢纤维混凝土平整度控制及养生 钢纤维混凝土平整度控制在±５ ｍｍ以内。膨 ・３０・ ． ＳＭＡ一１３沥青混凝土路面结合也很良好，桥面铺装 改造取得了预期的效果。江阴大桥主线收费站车道 混凝土路面与南接线引桥７ Ｘ ２５ ｍ预应力连续箱梁 桥桥面铺装改造差不多同时进行，主线收费站车道 混凝土路面修补采用了普通钢筋混凝土，使用期限 不超过半年就重新维修，而南接线引桥７×２５ ｎｌ预 应力连续箱梁桥桥面铺装至今完好。工程实践证明 了钢纤维混凝土的抗剪、抗弯、抗裂、抗冲击、耐疲劳 等性能的优越性。 ７结语 混凝土桥梁桥面铺装层破损现象在已建钢筋 混凝土桥梁中比较常见，因桥面铺装损坏而引发 主梁病害，形成桥梁结构安全隐患的也不鲜见。 桥面铺装破损的修复工作较复杂，且对交通有一 定影响，因此在桥梁建设期，设计、施工均应对桥 面铺装加以重视，以减少桥梁运营后维护成本和 对交通的影响。 钢纤维混凝土抗拉、抗裂、耐磨、韧性和耐疲劳 等性能优越，在桥面铺装中的应用非常成功，价格也 相对不高，具有一定的经济、技术优势。本工程和大 量工程实例的成功应用表明，采用钢纤维混凝土作 为混凝土桥梁桥面铺装层，严格按规范、设计要求施 工，可大大减少桥面铺装病害，提高桥梁耐久性。 参考文献 ［１］ＣＥＣＳ３８：９２钢纤维混凝土结构设计与施工规程［Ｓ］． ［２］ＧＢ５０１ｌ９ ｏ０３混凝土外加剂应用技术规范［Ｓ］． ［３］蒋应军，刘海鹏，王琪，等．钢纤维混凝土性能与施工工 艺研究［Ｊ］．混凝土，２００８． ［４］赵建波，崔海．铜纤维混凝土的研究与应用［Ｊ］．科技创 新导报。２００９． ［５］刘其伟，朱利明．江阴大桥南接线７×２５ｍ连续箱粱检测 报告［Ｒ］．２００４． ［６］中铁大桥勘测设计院．江阴大桥南接线７×２５ｍ预应力 连续箱梁加固工程施工设计［Ｒ］．２００５． ［７］陈雄飞，王敬民，朱利明．江阴大桥引桥混凝土连续箱梁 典型病害分析［Ｊ］．桥梁建设，２００５。（１）．
