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四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院报告人：牟廷敏水泥混凝土桥面铺装成套技术研究技术报告第一部分项目背景1、工程特点以雅西路为例：雅安～西昌高速公路项目是国家高速公路网北京～昆明公路的重要路段。项目在麂子岗、大相岭、拖乌山、扯羊、勒不果喇吉和马鞍山共6次越岭；最大高差达1500米以上，经历了5个不同区段。项目背景麂子岗越岭线大相岭越岭线瀑布沟电站库区线栗子坪越岭上山线菩萨岗～拖乌～泸沽雅安泸沽菩拖萨乌岗山麂子岗干海子630m860m3235m2860m810m铁寨子路段长约51.139km，高差1515m，平均纵坡2.96%扯羊勒不果喇吉大相岭马鞍山荥经汉源栗子坪石棉890m新民老虎石1230m1750m2400m2040m2550m1634m该项目桥梁总长约92.5公里，工程所属地形、气候等建设条件十分复杂，工程规模大，给水泥混凝土桥面铺装的浇注带来了极大难度。因此，发展水泥混凝土桥面铺装成套技术，具有重要的工程意义。地形陡峭高寒冰冻植被茂盛水系发育项目背景2、铺装特点（1）、龄期差值大由于主梁梁体混凝土先期完成，主体结构混凝土与后浇铺装层混凝土的工作龄期相差很大，两者收缩量不同，产生较大的剪力。项目背景（2）表面积大桥面铺装层面积50%以上直接暴露在大气环境中，水分散失大、升降温速度快，易造成结构干缩裂缝等病害。（3）、厚度薄桥面铺装层厚度一般都在10厘米左右，长（宽）厚比极不匹配，因此，施工控制困难。项目背景（4）、受力复杂铺装层不但承受集中荷载的直接作用，同时，还承受了桥梁结构第一、第二、第三体系内力作用，且温度荷载、冰冻荷载、摩擦荷载等均直接作用其上，受力特别复杂，极易发生破坏。荷载不均衡集中力大项目背景（5）、雅西路更复杂①雅西高速公路桥梁总长92.5公里；②平面曲线半径小，有R=300米；③纵坡陡且长；④超载车量超载量大且多；⑤风、温度、湿度、冰冻等影响严重。项目背景3、使用现状（1）、早期病害在桥面铺装施工完成后，即发生大量裂缝等病害。项目背景（2）、后期病害一般3-5年即维修，已成桥梁，桥面铺装破坏，多处开裂、坑洞和钢筋外露，跳车现象严重，影响了行车安全、桥梁安全和耐久性。项目背景4、施工现状（1）、钢筋错位钢筋网完全“沉底”，根本没有在设计位置。钢筋网“沉底”（2）、厚度难控制由于预制主梁精度差，造成混凝土主梁顶面凹凸不平，有些地方厚度不足2cm。凹凸不平项目背景（3）、钢筋间距不等桥面铺装钢筋网的间距不能按照设计要求施工，钢筋间距不等、绑扎质量差、焊点不可靠，失去了设计钢筋网的作用。（4）、裂缝发育虽然桥面水泥混凝土铺状层内既设置了钢筋网，又掺入了80Kg/m3钢纤维，但是，桥面铺装表面裂缝多，成片连通发育，极大地影响了桥面铺状质量和耐久性能。裂缝多且宽综上，针对目前桥面铺装的施工、使用状况，结合已有工程经验教训，展开了对焊接钢筋网片、掺入混杂纤维、配合比设计和规范施工控制等技术的专项研究。间距不等项目背景5、高性能混凝土高性能化：①设计理论—密实骨架堆积法，确定粗骨料、细骨料、矿物掺合料的配合组成；②采用聚羧酸高效减水剂，降低用水量、提高工作性能；③掺入矿物掺合料，改善骨料与水泥石间的过渡结构；④科学的施工养护技术。项目背景传统高性能混凝土项目高性能混凝土试件强度试件防裂环境因素结构强度结构防裂高流态或高流态高强度和高耐久性体积变化小提高桥梁耐久性和和或高强度高耐久性控制目标定义第一部分钢筋混凝土铺装报告提纲纤维性能技术焊接钢筋网片混凝土的性能施工养护技术工程应用研究工程技术指标一、纤维性能技术（一）、不同纤维性能1、试验内容3种纤维材料的物理性能指标纤维种类直径/μm长度/mm密度/(kg·m-3)弹性模量/GPa抗拉强度/MPa钢纤维500307800200.0500～1100聚丙稀纤维4015～209103.5～5.0300～400碳纤维126160030.0～40.0400～600试验时混凝土的类型混凝土类型纤维种类及添加量HPC-1无HPC-2钢纤维HPC-3聚丙烯纤维HPC-4碳纤维和钢纤维抗压强度与劈裂抗拉强度的比值混凝土类型立方体抗压强度/MPa劈裂抗拉强度/MPa抗压强度与抗拉强度的比值HPC-151.854.0912.68HPC-258.244.7712.21HPC-353.134.5011.80HPC-455.814.7711.702、主要结论(1)、添加纤维后混凝土的抗压强度提高。(2)、等量添加聚丙烯纤维、碳纤维和钢纤维时，碳纤维与聚丙烯纤维对于混凝土抗压强度的提高作用略小于钢纤维。(3)、添加纤维对混凝土抗拉强度提高幅度大。纤维抗拉强度大小对于混凝土抗拉强度的作用影响显著。各种混凝土试件的弹性模量混凝土类型初始荷载/kN初始荷载对应的应变/10-6控制荷载/kN控制荷载对应的应变/10-6弹性模量/10GPa弹性模量平均值/10GPaHPC-111.3604505693.833.69556073.53605853.71HPC-211.3405136073.933.93225704.07486373.79HPC-311.3604405583.833.50666573.22405943.44HPC-411.3654806393.453.72706383.54786293.59(4)、纤维的弹性模量与基体的弹性模量的比值，对复合材料的弹性模量有直接的影响。推荐采用钢纤维、聚丙烯腈纤维和聚丙烯类纤维。一、纤维性能技术两种材料物理性能(5)、聚丙烯腈纤维和聚丙烯类纤维比较的比较性能及参数聚丙烯腈纤维（PAN）聚丙烯纤维（PP）长度（mm）619纤度（dtex）/直径（μm）1.9/1516.7/48比重（g/cm3）1.180.91抗拉强度（MPa）910260～350弹性模量（MPa）171003500含水率（%）＜20.1延伸率（%）14～208～10受热反映及燃烧状态软化点：190～240℃；熔点不明显。软化点：140～160℃；熔点：165～173℃每公斤纤维根数8.76亿700万～3000万耐光性及耐候性最好差试验表明，聚丙烯腈纤维具有分散性与亲水性好、弹模与强度更高、延伸率与耐老化性优、比表面积与根数多而握裹力强等特点。混凝土中分布状况聚丙烯腈截面形状一、纤维性能技术(6)、聚丙烯腈纤维的性能研究纤维混凝土聚丙烯腈纤维（kg/m3)配合比编号基准混凝土0.50.81.01坍落度（mm）185170165155抗压强度（MPa）纤维品种配合比编号纤维掺量（kg/m3)7d28d抗折强度（MPa）劈裂抗拉强度（MPa）抗冲击次数（次）/045.950.57.735.52690.541.747.78.035.65980.843.749.47.935.96106聚丙烯腈纤维1#1.043.150.07.755.46112耐热前(MPa)耐热后(MPa)纤维品种配合比编号纤维掺量（kg/m3)抗压强度抗折强度抗压强度抗折强度/050.57.7350.23.200.547.78.0348.73.670.849.47.3352.14.48聚丙烯腈纤维1#1.050.07.1552.04.80对力学性能的影响对耐热性能的影响对工作性能的影响一、纤维性能技术聚丙烯腈纤维对混凝土收缩、抗冻、抗渗影响显著。对混凝土收缩、抗冻、抗渗影响收缩性能（×10-6）抗冻性能（50次冻融循环）抗渗性能（1.5MPa）纤维品种配合比编号纤维掺量（kb/m3）28d60d重量损失率（%）强度损失率（%）渗透高度（mm）/03703900-3.7840.53303500-0.2430.83403600038聚丙烯腈纤维1#1.03203500-0.437结论：聚丙烯腈纤维对桥面铺装混凝土防裂、防冻、抗渗、耐磨等指标改善较大，且掺量小、单价低，因此，是改善桥面铺装混凝土技术性能指标的最好纤维材料之一。因此，桥面铺装推荐采用聚丙烯腈纤维。混凝土冻融试验结果一、纤维性能技术（二）、纤维混凝土的性能分析1、掺入纤维后，以三维方式均匀地无序分布在混凝土中；2、限制了混凝土早期不同密度物质的相对运动，减少了混凝土的泌水与沉降，抑制了混凝土中毛细管通道的发展，阻止了塑性裂纹的引发；3、在受力过程中，又抑制了裂缝的引发与扩展；4、在桥面铺装混凝土中加入纤维网，使混凝土的抗渗性、抗裂性、韧性、抗冲击、抗疲劳、耐磨等性能得到显著提高，延长了结构的使用寿命。一、纤维性能技术报告提纲纤维性能技术焊接钢筋网片混凝土的性能施工养护技术工程应用研究工程技术指标（一）、普通钢筋网普通钢筋网采用承包人自行采购钢筋，现场加工制造。这种工艺不但施工成本高、施工工期长，而且施工质量差，特别是焊接点，常常是焊接点脱落，或强度不够，难以满足构造要求，影响了工程质量。采用国家推荐的成品钢筋网片是提高铺装质量的重要途径之一。二、焊接钢筋网片（二）、焊接钢筋网1、钢筋焊接网的特点（1）、钢筋焊接网的优点①钢筋焊接网的焊接程序均由计算机控制，以保证焊接质量和钢网间距的稳定，且不损失原有钢筋的强度和横截面积。②钢筋焊接网是由自动化生产线制造而成，焊接网的网格尺寸非常规整，不会出现现场施工人员绑扎遗漏、绑扎错误等人为因素造成的钢筋工程质量问题的发生，而且网片刚度大、弹性好，浇注混凝土时，钢筋不易局部弯折，混凝土保护层厚度易于控制，而且均匀，从而明显提高混凝土工程品质；二、焊接钢筋网片③施工速度快，钢筋下料、布设、绑扎等大量现场作业转到工厂机械完成，提高了工厂化程度。④综合经济效益好，节省钢材约30%，缩短钢筋工程施工工期，由此带来许多间接效益。⑥工厂生产，运到现场后吊运至作业面，施工现场不需再进行加工、无钢筋废料，节省大量施工场地，可以更好的做到文明施工。二、焊接钢筋网片报告提纲纤维性能技术焊接钢筋网片混凝土的性能施工养护技术工程应用研究工程技术指标1、试验概况根据项目所在地点的气候特征、原材料性质、产量等因素，拟订了三批次（共计68组）试验，分别对混凝土铺装材料强度、弹性模量、收缩指数、徐变系数、工作性能、浇注性能等参数进行了试验研究，并模拟项目气候条件，对混凝土材料浇注后的养护技术进行了研究。三、混凝土的性能混凝土材料试验研究图片2、C40桥面铺装纤维混凝土的研究作用机理是：聚丙烯腈纤维和钢纤维大量分散于混凝土基体中，使混凝土收缩时产生的拉应力被分散，抑制裂缝的扩展。（1）、纤维混凝土配合比采用聚羧酸系高效减水剂SX-QM型，其中聚丙烯腈纤维、钢纤维的技术指标见表1，不同种类纤维混凝土配合比见表2。表1纤维技术指标纤维种类抗拉强度（MPa）长度（mm）直径（mm）聚丙烯腈纤维600～800612.7×10-3钢纤维（CW03-04/325-1000）1000250.4表2纤维增强混凝土配合比（kg/m3）纤维序号水水泥粉煤灰减水剂（%）砂率（%）聚丙烯腈钢纤维1-0158380404.141——1-1158380404.2410.9—1-2158380404.241—781-3158380404.2410.8402-0160350703.940——2-1160350704.0400.9—2-2160350704.140—782-3160350704.1400.840三、混凝土的性能（2）、纤维混凝土性能比较各组配合比混凝土耐磨性能、抗裂性能、力学性能、疲劳性能、抗冲击韧性见表3。疲劳试验是在应力比为0.5时的数据，测试龄期均为28d。表3各组配合比混凝土性能力学性能（MPa）抗裂性能（初裂）配合比磨耗值（kg/m2）断裂韧性指数（I30）抗渗等级抗压抗折劈裂疲劳性能（万次）时间（h）宽度（mm）1-03.281.8P1853.36.44.1714.20.251-12.2212P2255.36.74.51208.0.031-22.4323P2358.88.95.6＞200100.051-32.1020P2557.18.05.3＞200140.022-04.161.9P1751.26.33.9754.60.222-12.4611P2353.66.5