橋梁工程中纖維混凝土運用
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1纖維混凝土種類及性能
1．1鋼纖維混凝土
鋼纖維混凝土的優點在于抗裂的性能好，且在承受了相應的負荷時變形的能力比較大。裂縫發生時，鋼纖維混凝土的變形是普通混凝土的兩倍多，裂縫發生后，鋼纖維混凝土因兩端有錨鉤，可把裂縫固定來減少混凝土的開裂寬度，從而橋面可以繼續承受外力作用，從某種程度上分析，可以減小變形量。鋼纖維摻入量越大，混凝土的韌性就越大，甚至可達到普通混凝土的30倍。鋼纖維有以下幾種構成形式。
(1)切削成形類專用的鋼料切削加工成此類鋼纖維，纖維的橫截面是月牙形狀，纖維直徑達0．8mm，界面面積大，材質堅挺，加工時容易摻拌，加至混凝土時不易起團;纖維還要做發藍的表面處理，防止銹蝕。由于纖維界面面積大，一定量的混凝土中加入的鋼纖維根數就比較少，從而確保其穩定的性能、可靠的質量。
(2)膠合類此類鋼纖維外形為弓狀，矩形截面的截面邊長0．5～1mm，L/D=45～80，相對量較大，外觀顯得細長，加入混凝土能被緊緊地裹住。其結構與訂書釘類似，每根鋼纖維被膠合而成板的形狀，便于運輸和摻合。
(3)剪切類①平直型類:由軋制薄板的切邊料、沖邊薄板的角料、廢桶料等普通材料剪切成，剪切后一般不做表面處理。剪切類鋼纖維截面也為矩形，其邊長一般為0．3～1．0mm。②異型類:由薄板的邊料剪切而成，橫截面仍是矩形，纖維的邊長約0．4～0．8mm。異形鋼纖維一般包括弓型、彎鉤型、條紋型、凹凸型等。異形鋼纖維在兩端或者全長都做了變形處理，此類鋼纖維混凝土非常適合用于錨固。
1．2化學纖維聚丙烯纖維
聚丙烯纖維是由化學高分子聚合物構成的纖維，外觀為半透明的白色，結構呈網狀或束狀，攪拌于混凝土中時會散成單絲條狀;聚丙烯纖維外徑細，質量輕，不會生銹，不起團。它以聚丙烯為首要的材質，以相應的生產工藝制造而成的高強度束狀纖維;而聚丙烯是一種結晶型聚合物，其耐熱性強，不溶于水，與大多數的化學品(如酸、堿及有機溶劑)不會產生反應;聚丙烯的力學性能也十分優異，其抗拉強度達到33～41．5MPa。化學纖維混凝土中使用的聚丙烯纖維可以是單絲狀也可以是網狀。聚丙烯纖維混凝土的功用如下:具有出色的抗裂、抗滲功能，同時還有極好的抗沖擊、抗疲乏性能，較好的耐磨功用等;其次，它還具有較好的抗凍融性、耐腐蝕性及改善混凝土脆性的特征。
2纖維混凝土在橋梁工程中的運用
鋼纖維混凝土是一種新型的復合材料，它優良的抗裂性能、彎曲性、抗沖擊性、耐疲勞性，可以使使用的混凝土厚度較少，伸縮縫的間距加長。鋼纖維所受的應力由纖維的長徑比和界面的粘結強度情況決定，增強鋼纖維在橋梁施工混凝土中的應用效果，首先要適當增加鋼纖維的長徑比，但也不能無限度加大，一般控制在30～100范圍內，比值過大或過小都會使混凝土產生纖維結團或者混凝土的均勻性不合格，從而影響鋼纖維混凝土的使用性能;其次要采取適當的措施如加入添加劑來提高鋼纖維與混凝土之間的粘結強度。鋼纖維混凝土的性能優良、在施工中比較好操作，同時也很經濟，它在橋梁工程的施工中有很大的作用，尤其隨著道路橋梁工程對建筑施工材料的要求越來越高，鋼纖維混凝土已廣泛地應用于一般道路的路面、橋梁結構、房屋建筑物等工程領域中。尤其是在橋梁的管道工程中，以鋼纖維混凝土制作成的壁厚達到25～50mm的圓管，可以承受相當大的環向拉力和附加荷載。在公路橋梁工程里以鋼纖維混凝土制作成的薄壁連續箱形樑，橋梁面板等，抗彎疲勞壽命長。也可使用于公路或機場路面，其中，根據有關數據統計得出，其抗折強度可提高30%～80%，抗彎疲勞強度可提高50%～80%，抗裂強度可提高10%～20%，沖擊韌性可提高2～4倍。
2．2聚丙烯纖維混凝土在橋梁工程中的應用
聚丙烯纖維混凝土廣泛應用于剛性自防水結構立交高架橋橋面、橋墩、超長結構等領域。在立交橋的橋面板抗裂性研討試驗中，對聚丙烯混凝土進行了相關系列的縮短率測定試驗和縮短應力分析的工作，實驗結果證明聚丙烯纖維混凝土在應用于橋梁工程時，具有較好的阻裂功用。其主要施工應用的過程是:
(1)根據每次攪拌混凝土的總量，按照配合比的要求計算每次應該加入的纖維量;
(2)接著使用強制式攪拌機將砂石、水泥和纖維進行攪拌，可把原料和纖維一同加入攪拌機，但要保證纖維加在原料中間，先干拌約30s，加入水后，再濕拌30s秒左右，可以使纖維充分地擴散到原料中去;
(3)完成后隨機取樣檢測，如果纖維在混凝土中已均勻分成單絲狀，則混合合格，如仍有成束的纖維存在，則要對攪拌時間加長20～30s，才可使用;
(4)加入纖維的混凝土同普通混凝土施工的養護工藝完全一致。聚丙烯纖維混凝土有優良的抗裂性能，尤其對混凝土早起縮短裂縫并防止其擴大化具有明顯的作用，聚丙烯纖維的摻入可以使得混凝土的抗滲性能增加約為25%～50%。聚丙烯纖維的摻入可以使得混凝土內部的原生裂紋范圍減小、數量減少，在橋梁工程中使用時，纖維的存在可以增加陡峭裂縫尖端應力的會合程度，減小重復荷載下裂縫拓寬時的塑性區域構成，能有效降低外力疲勞危害的累加。
2．3纖維混凝土在橋梁中的具體應用
(1)纖維混凝土橋面鋪裝纖維混凝土作橋面鋪裝，是纖維混凝土運用最成功、最廣泛的領域。纖維混凝土應用于橋面鋪裝時，混凝土的配比數值同普通混凝土，不同在于用鋼纖維或聚丙烯纖維替代鋼筋網格，在鋪裝橋面時的厚度與普通鋼筋網混凝土的厚度相同;需要注意的是，剪切類鋼纖維混凝土中鋼纖維含量約為75～120kg;聚丙烯纖維混凝土中為每立方米混凝土中聚丙烯纖維的含量約為0．9kg，纖維含量偏多或偏少對橋面工程施工都有影響。與鋼筋網混凝土相比，橋面鋪裝時，纖維混凝土在抗彎折、抗裂、抗疲勞、耐磨的綜合力學性能上比較優異，尤其運用于連續負彎矩的區段和較厚的橋面鋪裝時，其抗裂性能更是更勝一籌。
(2)加強梁體混凝土、改善抗裂性能宜賓中壩金沙江大橋400多米長的連續橋梁，一般跨徑達20m，主要跨徑達30m。在第一、二步驟的澆注后，還未通車使用時，梁體的底部和側面已有大量明顯的裂紋存在。經檢算，梁體的布筋完全滿足力學性能要求。對橋梁產生的裂紋進行修復的措施，就要從其混凝土材料中著手，首先在橋梁外露面混凝土內加防裂的細鋼筋網;在梁體中加入聚丙烯纖維，含量是每立方米混凝土中約為0．9kg，經實踐驗證，最后橋梁梁體裂縫的寬度變窄了。
(3)用纖維混凝土進行舊橋加固長江大橋是一座修建近五十年，跨徑10×40m+8×20m，橋梁全長510m的雙曲拱橋，從前的設計荷載標準已不能適用于現在的交通需要。為了提高橋梁的承載力，補強方案擬采取增加拱肋緣鋼筋和補充澆筑拱背及波谷處的混凝土。對舊橋的加固施工方法是:首先鑿開并露出拱肋下緣主筋和箍筋，在原來的下緣主筋處點焊2－Φ25的新鋼筋，同時在外增加箍筋，最后噴射混凝土封住新加的下緣主筋和箍筋。以往加固施工使用的都是普通混凝土，具有反彈大、損耗量多、加固的效果不好等缺點，采用聚丙烯纖維混凝土噴射后，橋梁加強筋的回彈明顯減少，防裂效果也得到了增強。
(4)纖維混凝土組合橋面板馬鞍山長江大橋220m+500m+220m鋼懸索橋方案中，擬采用鋼纖維混凝土與鋼組合橋面板，除了橋面與普通鋼板橋面不同之外，截面其余部分兩者均一致。實際應用時，鋼橋面上的鋼板厚度可達13mm，在鋼板頂面直接鋪瀝青混凝土，而組合橋面是將橋面的鋼板縮減至6mm，在鋼板的頂面澆注斤9mm鋼纖維混凝土組合層，在鋼纖維混凝土的表面澆筑瀝青，形成后天的磨耗層。(5)聚丙烯纖維混凝土應用于鐵路地道橋鐵路地道橋采用的是框架形式，框架的底板是支撐在基礎上的面支撐平板結構，采用的現澆施工會收到基礎地面的約束加上鋼筋混凝土的約束作用，其收縮應力大容易裂開。地道橋的側墻直接與土體接觸，對混凝土的抗滲性能要求較高。地道橋的頂板在澆筑時會受到側墻的約束而產生較大的收縮應力，在運營階段，地道橋頂板直接承受火車荷載，對抗沖擊和抗疲勞的要求較高。設計中常采用加強鋼筋布置、設置防裂鋼筋網等方法。為保證其特性，可在地道框架結構中使用聚丙烯纖維混凝土，利用其優良的抗裂、抗滲、抗沖擊、抗疲勞特性，較全面地提高頂板、底板和側墻各部分的使用性能。
3結束語
總而言之，在復雜結構的橋梁工程中，纖維材料的使用，如鋼纖維材料和聚丙烯化學纖維，其優越的物理力學性能，將發揮其最大效用，纖維混凝土因其優良的性能，在橋梁工程中將得到越來越廣泛的應用，取得越來越顯著的成就。
作者：柳明 單位：四川三江港口航道工程建設有限公司