论纤维混凝土在桥梁工程中的运用

柳 明

(四川三江港口航道工程建设有限公司)

1 纤维混凝土种类及性能

1.1 钢纤维混凝土

钢纤维混凝土的优点在于抗裂的性能好，且在承受了相应的负荷时变形的能力比较大。裂缝发生时，钢纤维混凝土的变形是普通混凝土的两倍多，裂缝发生后，钢纤维混凝土因两端有锚钩，可把裂缝固定来减少混凝土的开裂宽度，从而桥面可以继续承受外力作用，从某种程度上分析，可以减小变形量。钢纤维掺入量越大，混凝土的韧性就越大，甚至可达到普通混凝土的30 倍。

钢纤维有以下几种构成形式。

(1)切削成形类

专用的钢料切削加工成此类钢纤维，纤维的横截面是月牙形状，纤维直径达0.8 mm，界面面积大，材质坚挺，加工时容易掺拌，加至混凝土时不易起团;纤维还要做发蓝的表面处理，防止锈蚀。由于纤维界面面积大，一定量的混凝土中加入的钢纤维根数就比较少，从而确保其稳定的性能、可靠的质量。

(2)胶合类

此类钢纤维外形为弓状，矩形截面的截面边长0.5～1 mm，L/D=45～80，相对量较大，外观显得细长，加入混凝土能被紧紧地裹住。其结构与订书钉类似，每根钢纤维被胶合而成板的形状，便于运输和掺合。

(3)剪切类

①平直型类:由轧制薄板的切边料、冲边薄板的角料、废桶料等普通材料剪切成，剪切后一般不做表面处理。剪切类钢纤维截面也为矩形，其边长一般为0.3～1.0 mm。

②异型类:由薄板的边料剪切而成，横截面仍是矩形，纤维的边长约0.4～0.8 mm。异形钢纤维一般包括弓型、弯钩型、条纹型、凹凸型等。异形钢纤维在两端或者全长都做了变形处理，此类钢纤维混凝土非常适合用于锚固。

1.2 化学纤维聚丙烯纤维

聚丙烯纤维是由化学高分子聚合物构成的纤维，外观为半透明的白色，结构呈网状或束状，搅拌于混凝土中时会散成单丝条状;聚丙烯纤维外径细，质量轻，不会生锈，不起团。它以聚丙烯为首要的材质，以相应的生产工艺制造而成的高强度束状纤维;而聚丙烯是一种结晶型聚合物，其耐热性强，不溶于水，与大多数的化学品(如酸、碱及有机溶剂)不会产生反应;聚丙烯的力学性能也十分优异，其抗拉强度达到33～41.5 MPa。化学纤维混凝土中使用的聚丙烯纤维可以是单丝状也可以是网状。聚丙烯纤维混凝土的功用如下:具有出色的抗裂、抗渗功能，同时还有极好的抗冲击、抗疲乏性能，较好的耐磨功用等;其次，它还具有较好的抗冻融性、耐腐蚀性及改善混凝土脆性的特征。

2 纤维混凝土在桥梁工程中的运用

2.1 钢纤维混凝土在桥梁工程中的运用

钢纤维混凝土是一种新型的复合材料，它优良的抗裂性能、弯曲性、抗冲击性、耐疲劳性，可以使使用的混凝土厚度较少，伸缩缝的间距加长。钢纤维所受的应力由纤维的长径比和界面的粘结强度情况决定，增强钢纤维在桥梁施工混凝土中的应用效果，首先要适当增加钢纤维的长径比，但也不能无限度加大，一般控制在30～100 范围内，比值过大或过小都会使混凝土产生纤维结团或者混凝土的均匀性不合格，从而影响钢纤维混凝土的使用性能;其次要采取适当的措施如加入添加剂来提高钢纤维与混凝土之间的粘结强度。

钢纤维混凝土的性能优良、在施工中比较好操作，同时也很经济，它在桥梁工程的施工中有很大的作用，尤其随着道路桥梁工程对建筑施工材料的要求越来越高，钢纤维混凝土已广泛地应用于一般道路的路面、桥梁结构、房屋建筑物等工程领域中。尤其是在桥梁的管道工程中，以钢纤维混凝土制作成的壁厚达到25～50 mm 的圆管，可以承受相当大的环向拉力和附加荷载。在公路桥梁工程里以钢纤维混凝土制作成的薄壁连续箱形樑，桥梁面板等，抗弯疲劳寿命长。也可使用于公路或机场路面，其中，根据有关数据统计得出，其抗折强度可提高30%～80%，抗弯疲劳强度可提高50%～80%，抗裂强度可提高10%～20%，冲击韧性可提高2～4 倍。

2.2 聚丙烯纤维混凝土在桥梁工程中的应用

聚丙烯纤维混凝土广泛应用于刚性自防水结构立交高架桥桥面、桥墩、超长结构等领域。在立交桥的桥面板抗裂性研讨试验中，对聚丙烯混凝土进行了相关系列的缩短率测定试验和缩短应力分析的工作，实验结果证明聚丙烯纤维混凝土在应用于桥梁工程时，具有较好的阻裂功用。其主要施工应用的过程是:(1)根据每次搅拌混凝土的总量，按照配合比的要求计算每次应该加入的纤维量;(2)接着使用强制式搅拌机将砂石、水泥和纤维进行搅拌，可把原料和纤维一同加入搅拌机，但要保证纤维加在原料中间，先干拌约30 s，加入水后，再湿拌30 s 秒左右，可以使纤维充分地扩散到原料中去;(3)完成后随机取样检测，如果纤维在混凝土中已均匀分成单丝状，则混合合格，如仍有成束的纤维存在，则要对搅拌时间加长20～30 s，才可使用;(4)加入纤维的混凝土同普通混凝土施工的养护工艺完全一致。

聚丙烯纤维混凝土有优良的抗裂性能，尤其对混凝土早起缩短裂缝并防止其扩大化具有明显的作用，聚丙烯纤维的掺入可以使得混凝土的抗渗性能增加约为25%～50%。聚丙烯纤维的掺入可以使得混凝土内部的原生裂纹范围减小、数量减少，在桥梁工程中使用时，纤维的存在可以增加陡峭裂缝尖端应力的会合程度，减小重复荷载下裂缝拓宽时的塑性区域构成，能有效降低外力疲劳危害的累加。

2.3 纤维混凝土在桥梁中的具体应用

(1)纤维混凝土桥面铺装

纤维混凝土作桥面铺装，是纤维混凝土运用最成功、最广泛的领域。纤维混凝土应用于桥面铺装时，混凝土的配比数值同普通混凝土，不同在于用钢纤维或聚丙烯纤维替代钢筋网格，在铺装桥面时的厚度与普通钢筋网混凝土的厚度相同;需要注意的是，剪切类钢纤维混凝土中钢纤维含量约为75～120 kg;聚丙烯纤维混凝土中为每立方米混凝土中聚丙烯纤维的含量约为0.9 kg，纤维含量偏多或偏少对桥面工程施工都有影响。

与钢筋网混凝土相比，桥面铺装时，纤维混凝土在抗弯折、抗裂、抗疲劳、耐磨的综合力学性能上比较优异，尤其运用于连续负弯矩的区段和较厚的桥面铺装时，其抗裂性能更是更胜一筹。

(2)加强梁体混凝土、改善抗裂性能

宜宾中坝金沙江大桥400 多米长的连续桥梁，一般跨径达20 m，主要跨径达30 m。在第一、二步骤的浇注后，还未通车使用时，梁体的底部和侧面已有大量明显的裂纹存在。经检算，梁体的布筋完全满足力学性能要求。对桥梁产生的裂纹进行修复的措施，就要从其混凝土材料中着手，首先在桥梁外露面混凝土内加防裂的细钢筋网;在梁体中加入聚丙烯纤维，含量是每立方米混凝土中约为0.9 kg，经实践验证，最后桥梁梁体裂缝的宽度变窄了。

(3)用纤维混凝土进行旧桥加固

长江大桥是一座修建近五十年，跨径10 ×40 m +8 ×20 m，桥梁全长510 m 的双曲拱桥，从前的设计荷载标准已不能适用于现在的交通需要。为了提高桥梁的承载力，补强方案拟采取增加拱肋缘钢筋和补充浇筑拱背及波谷处的混凝土。对旧桥的加固施工方法是:首先凿开并露出拱肋下缘主筋和箍筋，在原来的下缘主筋处点焊2－Φ25 的新钢筋，同时在外增加箍筋，最后喷射混凝土封住新加的下缘主筋和箍筋。以往加固施工使用的都是普通混凝土，具有反弹大、损耗量多、加固的效果不好等缺点，采用聚丙烯纤维混凝土喷射后，桥梁加强筋的回弹明显减少，防裂效果也得到了增强。

(4)纤维混凝土组合桥面板

马鞍山长江大桥220 m +500 m +220 m 钢悬索桥方案中，拟采用钢纤维混凝土与钢组合桥面板，除了桥面与普通钢板桥面不同之外，截面其余部分两者均一致。实际应用时，钢桥面上的钢板厚度可达13 mm，在钢板顶面直接铺沥青混凝土，而组合桥面是将桥面的钢板缩减至6 mm，在钢板的顶面浇注斤9 mm 钢纤维混凝土组合层，在钢纤维混凝土的表面浇筑沥青，形成后天的磨耗层。

(5)聚丙烯纤维混凝土应用于铁路地道桥

铁路地道桥采用的是框架形式，框架的底板是支撑在基础上的面支撑平板结构，采用的现浇施工会收到基础地面的约束加上钢筋混凝土的约束作用，其收缩应力大容易裂开。地道桥的侧墙直接与土体接触，对混凝土的抗渗性能要求较高。地道桥的顶板在浇筑时会受到侧墙的约束而产生较大的收缩应力，在运营阶段，地道桥顶板直接承受火车荷载，对抗冲击和抗疲劳的要求较高。设计中常采用加强钢筋布置、设置防裂钢筋网等方法。为保证其特性，可在地道框架结构中使用聚丙烯纤维混凝土，利用其优良的抗裂、抗渗、抗冲击、抗疲劳特性，较全面地提高顶板、底板和侧墙各部分的使用性能。

3 结束语

总而言之，在复杂结构的桥梁工程中，纤维材料的使用，如钢纤维材料和聚丙烯化学纤维，其优越的物理力学性能，将发挥其最大效用，纤维混凝土因其优良的性能，在桥梁工程中将得到越来越广泛的应用，取得越来越显著的成就。

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［2］邱士权.聚丙烯纤维混凝土在桥梁工程中的应用研究［J］.中国新技术新产品，2007，(3):45－47.

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