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1、钢纤维混凝土配合比设计与应用 混凝土配合比论文钢纤维混凝土配合比设计与应用摘要本文以G104线五河淮河大桥桥面维修工程C40钢纤维混凝土配合比为例对钢纤维混凝土在桥面铺装的应用从配合比设计原材料的选用及施工工艺等方面进行阐述 关键词钢纤维混凝土配合比设计随着国民经济建设和公路交通事业的飞速发展城市道路和国道干线公路上的车辆荷载及密度越来越大行驶速度越来越快致使路面的损坏也日趋严重起来特别是对损坏的桥面而言它不仅翻修投资大且施工周期较长严重影响交通畅通及行车安全如用普通水泥混凝土修复桥面缺陷是脆性大易开裂抗温性差板块容易受弯折而产生断裂所以就要求桥面应有足够的抗压强度和厚度 一概述 五河淮河大桥
2、1974年6月开始施工1977年10月大桥全部竣工淮河大桥全长10313m由主桥南北引桥3部分组成主桥为6孔预应力筋混凝土T型钢构其中4个主孔每孔跨径90m2个过渡孔每孔跨径60m南北引桥均为跨径30m的预应力钢筋混凝土简支梁桥其中南岸引桥8孔北岸引桥10孔另一孔为跨径55m的简支板梁式连接孔具体跨径组合为530155530160490160830台背长229以下结合五河淮河大桥桥面铺装钢纤维混凝土的应用加以分析总结 二钢纤维混凝土的特点 本标段钢纤维混凝土采用的是由水泥集料粉煤灰外加剂和随机分布的短纤维掺配而成一种新型高强复合材料掺加了泵送剂的钢纤维混凝土在桥面施工中起到早强缓凝作用与普通混
3、凝土相比其抗拉抗弯抗裂及耐磨耐冲击耐疲劳韧性等性能都有显著提高它不仅可使桥面减薄缩缝间距加大改善桥面的使用性能延长桥面使用寿命缩短施工工期用钢纤维混凝土修筑桥面就是将钢纤维均匀地分散于基体混凝土中 与混凝土一起搅拌 并通过分散的钢纤维减小因荷载在基体混凝土引起的细裂缝端部的应力集中从而控制混凝土裂缝的扩展提高整个复合材料的抗裂性同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结力因而可将外力传到抗拉强度大延伸率高的纤维上面使钢纤维混凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用显著提高了混凝土原有的抗拉抗弯强度和断裂延伸率 三桥面改建设计方案 一 病害分析近年来交通量大且超重车辆多原设计荷载等级为汽-1
4、5挂-80在承受超重荷载的情况下变形大导致桥面受拉而出现裂缝桥面砼已达到其疲劳强度抗压和抗弯拉功能已大量丧失无法承受外界荷载对其产生的作用而出现损坏砼风化严重出现脱皮开裂渗水等病害逐步发展成坑槽坑洞 二 桥面结构设计本次桥面铺装改造采用1双钢混凝土桥面铺装即C40钢纤维混凝土钢纤维用量70kgm3同时配置防裂钢筋网直径为10mm圆钢筋自行绑扎加工成钢筋网片纵横间距为10cm10cm 绑扎 2设计横坡为10 四钢纤维混凝土配合比设计 一 设计依据 1公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40-2003 2公路水泥混凝土路面施工技术规范 JTG F30-2003 3普通混凝土配合比设计规程 JGJ
5、55-2000 4公路工程集料试验规程 JGJ E42-2005 5硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 GB175-1999 二 C40钢纤维砼材料水泥产地蚌埠海螺规格型号com碎石产地安徽省泗县规格型号475-260mm碎石砂产地安徽明光规格型号中粗砂粉煤灰产地河南永城规格型号IFA-I级外加剂产地南京规格型号UC-II高效泵送剂钢纤维产地宜兴市军威规格型号波纹型DM-02水饮用水 表1 碎石采用连续级配技术等级不应低于II级由于集料级配对混凝土的弯拉强影响很大主要表现在振实后集料能够逐级密实填充形成高弯拉强度所要求的嵌挤力另一方面集料级配对混凝土的干缩性为敏感逐级密实填充的良好级配有利于减小混凝土的
6、干缩砂采用中粗砂技术等级为II级细度模数为28属II区水泥采用散装普通硅酸盐425各项指标送检检测均合格粉煤灰符合I级粉煤灰指标要求泵送剂钢纤维及拌和用水均送有质资的检测部门进行检验合格 三 计算初步配合比 1计算砼的配置强度fcuo设计要求砼强度fcuk 40Mpa 标准差 60Mpa 试配强度fcuo fcuk1645 40164560 4987Mpa 2计算水灰比WC计算水泥实际强度采com硅酸盐水泥fcuk 425Mpa水泥富余系数取113水泥实际强度为Fce fcuk 113425 4803Mpa 3计算砼水灰比砼的配置强度fcuo 4987Mpa水泥强度fce 4803Mpa可查J
7、TGF30-20com数aaab选用表aa 046ab 007WC 0464803 49870460074803 043 耐久性校核查JTGF30-20com-2钢纤维混凝土满足耐久性要求最大水灰比044按规范要求取钢纤维混凝土基体的水灰比的计算值与规定值两者中的小值取水灰比WC 043 4确定用水量MWO钢纤维采用波纹型DM-02厚宽长 mm 050532 长径比为59按设计文件要求的钢纤维混凝土配合比选取每方混凝土钢纤维用量为70kgm3 要求砼拌和物坍落度75-90mm碎石最大粒径为25mm查表选用水量取MWO 205Kg 5单位水泥用量MCOMWO MWOWC 205043 477设计
8、砼所处环境属于经受冻害和除冰剂的钢筋砼查JTGF30-20com水泥用量为320m3按强度计算单位水泥用量为477m3符合强度要求故采用单位水泥用量为477m3粉煤灰取代水泥率取10 符合相应标准 超量系数取15粉煤灰取70水泥取407 6确定砂率S集料采用碎石的最大粒径为25mm水灰比WC 043查JTGF30-20com率S 38 7粗细集料单位用量 MsOMgO 假定每立方米砼重2450 MsOMgO 2450-205-477 1768 MsO 176838 671 MgO 1768-671 1097 8外加剂单位用量的确定外加剂采用产地南京UC-II高效泵送剂添加用量为水泥用量的13即
9、外加剂的单位用量为64m3 9每m3砼材料用量水水泥砂碎石粉煤灰外加剂钢纤维 20540767110977064kg70kg 1199327535034003034 四 验证强度为了验证C40钢纤维水泥砼的强度拟定三个不同的配合比其中一个为了按上述得出的基准配合比另外两个配合比的水灰比值比基准的配合比分别增加减少002试配一水灰比为WC 045砂率S 40 MwOMcOMsOMgO粉煤灰外加剂钢纤维 205kg385kg680kg1110kg70kg64kg70kg 1188332541034003034 试配二水灰比为WC 041砂率S 40 MwOMcOMsOMgO粉煤灰外加剂钢纤维 20
10、5kg430kg663kg1082kg70kg64kg70kg 1210323528034003034 通过对几种不同水灰比的7天及28天强度来看水灰比为WC 0417天平均抗压强度达到535MPa28天平均抗压强度达到584Mpa坍落度为90mm水灰比为WC 0437天抗压强度达到502MPa28天抗压强度达到574MPa坍落度为110mm水灰比为WC 0457天平均抗压强度达到405MPa28天平均抗压强度达到485MPa坍落度为130mm以上几种不同的水灰比强度都能达到设计强度要求但从设计强度上考虑项目部决定采用水灰比为WC 043的设计配比 项目部在本桥的主桥上现浇了一块于桥面铺装层同
11、样的钢纤维混凝土与试验室内试块做为同样对比现取芯送检做7天抗劈裂强度来看平均强度423Mpa7天抗压强度平均强度为411Mpa试验室标准养护室内7天抗折强度为492Mpa28天抗折强度为557Mpa3天平均抗压强度为411Mpa7天抗压强度平均强度为489Mpa28天抗压强度平均强度为590Mpa以上数据可以看出受桥面行车挠度及外观的影响现场强度要比试验室内强度要低 本次搅拌的为JD-1500型砼拌和机运输采用砼搅拌车进行运输设计的坍落度为120mm通过对不掺加钢纤维和掺加钢纤维两种拌和出来的成品料坍落度指标完全不同试验人员在搅拌站做出的坍落度和桥面上做出的坍落度相差为3040mm 五施工工艺
12、 在保证桥面车辆单向通行的前提下所采取的半幅施工方法先切割老桥面铺装层再进行人工破除清理老桥面铺装层后对桥面进行施工放样测量控制两侧伸缩缝高程铺筑厚度控制在边口最薄处厚度在8cm以上清理后进行植筋绑扎钢筋立模完进行浇筑砼用土工布进行养生养生期10d左右待强度测试达设计要求时开放交通 六施工质量控制 施工前对各种原材料进行质量检验在施工过程中应检查钢纤维混凝土的配合比是否符合设计要求尤其是对钢纤维混凝土搅拌时的投料顺序拌和时间以及钢纤维混凝土浇筑过程中摊铺和振捣质量进行有效控制确保钢纤维在混凝土中分布均匀达到良好的力学性能按施工规范要求对每一工作日浇筑的混凝土制作抗压试件与普通混凝土一样钢纤维混凝土也应加强早期养护 七结束语 一 能有效控制路面裂缝延长使用寿命经济效果显著 二 加大缩缝间距减少缩缝养护成本提高行车舒适性 三 钢纤维混凝土面层厚度可比普通混凝土减少3050有效缩短施工工期 四 早期强度高对桥面修复改建可提前开放交通 五 粘聚性和易性特别好 作者单位蚌埠市公路管理局五河分局 主要参考文献 1高丹盈赵军钢纤维混凝土设计与应用中国建筑工业出版社2003 2中国工程建设标准化协会标准钢纤维混凝土结构设计与施工规程北京中国建筑工业出版社1992 3林小松钢纤维高强与超高强混凝土科学出版社2005
