纤维混凝土在桥面铺装中的应用

黄 柱， 胡雷挺

0 引 言

桥面铺装也称行车道铺装，为桥梁主体结构的保护面层，是车辆轮压直接作用的部分；其功能在于防止车轮直接磨耗桥梁主体梁板结构，保护主梁免受雨水侵蚀，对车辆轮压集中荷载起到一定的扩散作用，并提供相应的行车舒适度。因此，用于桥面铺装的材料要有一定的强度、耐磨性，并不易开裂［1］。

普通水泥混凝土造价低，耐磨性好，在早期的桥面铺装中应用较多。但是，近年来，随着我国经济的高速发展，物流运输不断扩张，大型集装箱载重车日益增多，普通水泥混凝土易碎、易裂造成养护维修工作量加大，已逐渐不能适应交通运输的需求。因此，提高桥面铺装层的抗裂性、耐磨性，减少其养护维修工作量成为当务之急。在这样的前提下，纤维混凝土应运而生，以其良好的抗拉、抗弯、抗冲击和抗裂性能，广泛应用于桥面铺装层中。文中将重点研究纤维混凝土在桥面铺装中的具体应用。

1 国内外有关纤维混凝土的研究

纤维混凝土以普通混凝土为基材，掺入各种短切纤维材料而制成。常用的短切纤维材料有两大类，一类为低弹性模量纤维，如尼龙纤维、聚乙烯纤维和聚丙烯纤维等；另一类为高弹性模量纤维，如钢纤维、碳纤维和玻璃纤维等［2］。

有关纤维混凝土的研究始于20世纪初，其中以钢纤维在混凝土中的应用与研究为最早。1910年，美国人Porter建议将短钢纤维掺入水泥和混凝土中，以增强其抗拉力。1911年，美国的Graham正式将钢纤维加入到普通钢筋混凝土中，并验证了其具有一定的优越性。此后，英国、法国、德国、日本等国家都相继开展了相关研究。20世纪70年代，在钢纤维混凝土快速发展的同时，有关尼龙纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和碳纤维混凝土等的研究也逐步加速；我国也于该时期引入纤维混凝土技术，许多高校和科研单位开始进行相关研究。1986年，中国土木工程学会纤维水泥与纤维混凝土委员会在大连召开了第一届全国纤维水泥与纤维混凝土学术会议。此后，每两年举行一次学术会议，总结讨论纤维混凝土的应用与研究成果［3］。

2 纤维混凝土在桥面铺装中的应用

研究表明，纤维材料的加入可以有效减少混凝土的收缩裂缝，增强混凝土的韧性，提高混凝土的抗拉强度，改善混凝土的抗渗性、抗冻性、抗冲击和抗疲劳荷载作用等性能［4］。因此，经常将纤维混凝土用于承受重复荷载作用的桥面铺装层，增强桥面铺装层的抗裂性、耐久性，提高其行车舒适度，增强桥面铺装的抗折强度，降低铺装层厚度，减轻结构自重，改善结构的受力性能。

1987年，北京马草河桥采用钢纤维混凝土桥面铺装，其设计荷载等级为汽-20，挂-100；单跨桥长15m，设两道纵缝，横向未设缝；三幅路宽6m＋16m＋6m；桥面铺装厚10cm，桥面面积420m2；钢纤维总用量3.5t，其单位体积用量100kg／m3。1988年，北京北四环安慧立交桥采用钢纤维混凝土桥面铺装，其设计荷载等级为汽-20，挂-100；桥长200m，上、下两幅度12.25m中间设纵缝，横向15m设缝；桥面铺装厚9cm，桥面面积4 900m2；钢纤维总用量49t，其单位体积用量100kg／m3［5］。2001年，投资3.2亿元的湖北巴东长江公路大桥正式动工。该桥全长900.5m，桥面宽19m，双向四车道，车行道宽16m，两侧各设1.5m人行道；桥面铺装层采用100mm厚C40聚丙烯纤维防水混凝土浇筑［6］。利用纤维混凝土制作桥面铺装层，在实践应用中已非常频繁。纤维混凝土桥面铺装施工工艺流程如图1所示［7］。

图1 纤维混凝土桥面铺装施工工艺流程

纤维混凝土桥面铺装前要制定出详细的施工计划，在保证安全的前提下，选择施工干扰最小的场地；做好纤维混凝土的运输方案，必须在运输过程中产生分层离析现象，保证混凝土良好的施工性能；注意施工过程中的气候影响，并备好各种施工机具。

纤维混凝土在投料、搅拌、运输、浇筑各施工环节中，均必须保证纤维材料分布的均匀性，这是制备纤维混凝土必须特别注意的问题。只有保证纤维分布的均匀性，才能使其起到对混凝土增强、阻裂和增加韧性的各种良好作用。而投料之前纤维材料已经结团、纤维投料速度过快、纤维掺量过大、搅拌效率不足等原因均会造成纤维分布的不均匀。故必须根据情况选择合适的纤维混凝土加工机具，如纤维材料分散机和强制式搅拌机等，以保证纤维混凝土拌合料的均匀性和其它相关质量等［8］。

3 纤维混凝土在桥面铺装施工中的技术要点

市场上纤维材料的品种繁多，但是可以用于桥面铺装层的纤维材料必须具有强度高、弹性模量大、延伸率小等性能。如碳纤维材料，抗拉强度高，但由于其与水泥浆之间的粘附性差，所以必须进行表面改性处理之后，才可用于纤维混凝土中。文献［9］指出，交通运输部即将发行的《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2012）中指定用于桥面铺装层的纤维品种有:钢纤维、玄武岩纤维、有机合成纤维及其混杂纤维，其中有机合成纤维主要为聚丙烯晴纤维、聚丙烯粗纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维等，各种纤维的质量均应符合路用纤维的各项要求。规范中，对于钢纤维的材质、抗拉强度等级、形状尺寸及其它技术要求，对于玄武岩纤维的规格尺寸、抗拉强度、弹性模量、断裂伸长率、密度、含水率和耐碱性等，对于合成纤维的品种、形状尺寸、分散性和抗拉强度等技术指标均提出了详细要求。另外，桥面纤维混凝土的配合比、桥面纤维混凝土的设计强度、钢筋网的安装规定、坍落度及其损失控制、振捣密实性及其平整度要求及其它施工工艺要求等，均需满足新规范要求。例如，桥面铺装层的纤维混凝土等级不应低于主梁翼缘板，满足耐久性要求的最低要求应不小于C40级；纤维混凝土桥面铺装之前，钢筋网的焊接、锚固和安装等均应符合要求；不同的纤维混凝土，需采用专门的运输和布料设备，施工时，各种设备不得碾压钢筋网；禁止将振捣不密实的纤维混凝土进行强制摊铺；桥面铺装纤维混凝土的坍落度要比普通钢筋混凝土的大20～30mm，并需控制其坍落度损失量和损失速度，以保证其易于摊铺；纤维混凝土桥面的纵、横向缩缝，伸缩缝，隔离缝，涨缝等，均应符合施工要求。

由于桥面铺装层和桥面板是先后不同时间浇筑的混凝土结构，考虑到新旧混凝土之间的粘结问题，需选择合适的界面剂来加强二者的结合，保证二者形成整体，共同受力。界面剂的施工可选择喷洒或涂刷的方式进行。此外，在进行桥面铺装层混凝土浇筑工序之前，必须对现行施工完的桥面板进行全面清洁，清除表面松散颗粒，清理施工中留下的机油、杂质，去除桥面板表面微裂缝、水泥浮浆层等；适当增加桥面板表面粗糙度，以保证其与新浇混凝土面层之间保持良好的粘结力；湿润桥面板，但必须保证其表面无积水现象；适当增加纤维混凝土拌和时间，保证纤维的均匀分散性；并注意桥面铺装层浇筑完毕之后的洒水养护等［10］。

4 结 语

采用纤维混凝土制作桥面铺装层，可以顺应社会的发展，适宜日益增大的汽车载重量和交通运输量，抵抗重型交通，切实延长桥面铺装层的使用年限，减少维护翻修的重复投资，并避免由此造成的交通拥堵等次生问题。加之日益完善的施工标准及规范的制定，为纤维混凝土桥面铺装施工提供了技术保证；如果再辅以施工技艺的调整，减少纤维混凝土的施工费用，纤维混凝土桥面铺装发展将更为广阔。

［1］ 李亚东.桥梁工程概论［M］.2版.成都:西南交通大学出版社，2006.

［2］ 陈志源，李启令.土木工程材料［M］.2版.武汉:武汉理工大学出版社，2003.

［3］ 张红州.纤维混凝土界面性能及纤维作用机理研究［D］:［硕士学位论文］.广州:广东工业大学，2004.

［4］ 杨雯雯.纤维混凝土力学性能及耐久性能试验研究［D］:［硕士学位论文］.济南:山东大学，2012.

［5］ 马林杰.钢纤维混凝土的特性及在路桥面中的应用［J］.呼伦贝尔学院学报，2007，15（2）:111-112，12.

［6］ 单俊鸿，周明凯，李北星.微膨胀聚丙烯纤维混凝土在巴东长江公路大桥桥面铺装中的应用［J］.水利水电技术，2005，36（3）:44-46.

［7］ 单俊鸿.高性能桥面铺装混凝土的研究与应用［D］:［硕士学位论文］.武汉:武汉理工大学，2006.

［8］ 王婷.钢纤维混凝土在桥面铺装工程中的应用技术研究［D］:［硕士学位论文］.郑州:郑州大学，2005.

［9］ 付智，李红.纤维混凝土路面与桥面施工技术 《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30-2012）解读［J］.混凝土世界，2012，41（11）:20-31.

［10］ 赵凤杰.柔性纤维混凝土在桥面铺装工程中的应用技术研究［D］:［硕士学位论文］.重庆:重庆交通学院，2005.