時(shí)間：2023-02-17 00:48:17
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中圖分類號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
鋼纖維混凝土是一種新型的優(yōu)質(zhì)水泥基復(fù)合材料，是當(dāng)今世界各國(guó)普遍采用的混凝土增強(qiáng)材料。它具有抗裂、抗沖擊性能強(qiáng)、耐磨強(qiáng)度高、與水泥親合性好，可增加構(gòu)件強(qiáng)度，延長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。由于優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、輕質(zhì)高強(qiáng)、施工方便快捷、省力節(jié)時(shí)、施工工序簡(jiǎn)單、施工質(zhì)量易于保證，而且進(jìn)度快、工期短、補(bǔ)強(qiáng)后不改變結(jié)構(gòu)外形，不顯露補(bǔ)強(qiáng)痕跡，以及工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。
⑴ 鋼纖維混凝土的特性
① 力學(xué)強(qiáng)度
根據(jù)各國(guó)鋼纖維混凝土資料分析,鋼纖維對(duì)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度不顯著,統(tǒng)計(jì)資料表明,鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度僅提高了10%左右,但其受壓韌性卻大幅度提高。這是由于鋼纖維的存在,增大了混凝土的壓縮變形,提高了破壞時(shí)的韌性;試驗(yàn)表明,鋼纖維混凝土的劈拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等均比普通混凝土有大幅度的提高。
② 鋼纖維混凝土的韌性及抗裂性能
韌性是在材料受力破壞前吸收能量的性質(zhì)?？沽研允侵镐摾w維在脆性混凝土基體中減少裂縫和阻止裂縫開展的性質(zhì)?；炷林袚饺脘摾w維后,可減少收縮和變型,并且荷載作用時(shí),隨著荷載繼續(xù)增加,超過(guò)混凝土所能承受的壓力時(shí),應(yīng)力通過(guò)混凝土與鋼纖維的粘結(jié)力傳遞給鋼纖維,混凝土受到鋼纖維的約束作用,限制了新裂縫的發(fā)生,推遲了裂縫的擴(kuò)展,因此鋼纖維混凝土具有較好的韌性和抗裂性。
③ 鋼纖維混凝土的耐磨性和耐久性
混凝土中摻入鋼纖維后,其耐磨性能得到了很大提高。國(guó)內(nèi)采用了標(biāo)號(hào)為C35 和CF35的普通混凝土和鋼纖維混凝土5cm×5cm×5cm的試件在國(guó)產(chǎn)耐磨機(jī)上做等條件磨損試驗(yàn)。結(jié)果表明,鋼纖維混凝土比普通混凝土的磨損損失降低了30%；鋼纖維混凝土的耐腐蝕性、抗凍融性等均較普通混凝土好。
⑵ 鋼纖維混凝土的施工技術(shù)
① 鋼纖維混凝土拌和
為防止鋼纖維混凝土在攪拌時(shí)纖維結(jié)團(tuán),在施工時(shí)每拌一次為攪拌量的80%。采用滾動(dòng)式攪拌機(jī)拌和,在攪拌混凝土過(guò)程中必須保證鋼纖維均勻分布。為保證混凝土混合料的攪拌質(zhì)量,采用先干后濕的拌和工藝。投料順序及攪拌時(shí)間為:粗集料鋼纖維(干拌1min) 細(xì)集料水泥(干拌1min) ,其中鋼纖維在拌和
時(shí)分三次加入拌合機(jī)中,邊拌和邊加入鋼纖維,再倒入黃砂、水泥,待全部料投入后重拌2min～3min ,最后加足水濕拌1min。總攪拌時(shí)間不超過(guò)6min ,超攪拌會(huì)引起濕纖維結(jié)團(tuán)。按此程序拌出的混合料均勻。若在拌和中,先加入水泥和粗、細(xì)集料,后加鋼纖維則容易結(jié)團(tuán),而且纖維團(tuán)越滾越緊,難以分開,一旦發(fā)現(xiàn)有纖維結(jié)團(tuán),就必須剔除掉,以防影響混凝土的質(zhì)量。
② 鋼纖維混凝土的澆搗
鋼纖維混凝土澆搗與普通混凝土一樣,澆搗是施工中的重要環(huán)節(jié),直接影響鋼纖維混凝土的整體性和致密性。不同之處就是其流動(dòng)性較差,在邊角處容易產(chǎn)生蜂窩。因此,邊角部分可先用搗棒搗實(shí)。邊角采用插入式振動(dòng)器振搗,然后用夯梁板來(lái)回整平。
⑶ 鋼纖維混凝土在灌區(qū)使用前景
河套灌區(qū)建筑物主要為小型的農(nóng)田水利樞紐，包括水閘、橋梁、渡槽、涵洞及泵站等。由于河套灌區(qū)屬于北方地區(qū)，冰凍時(shí)間較長(zhǎng)，凍深較大，而產(chǎn)生的凍脹破壞，是影響灌區(qū)建筑物使用壽命的因素之一。鋼纖維混凝土具有良好的韌性、抗裂性等良好的力學(xué)性能，可以減輕凍脹破壞對(duì)灌區(qū)建筑物壽命的影響。
目前，鋼纖維混凝土在《黃河內(nèi)蒙古河套灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造》中的公廟子分干溝揚(yáng)水站、南二分干溝揚(yáng)水站中使用，工程項(xiàng)目運(yùn)行2年，效率良好，混凝土表面并無(wú)除險(xiǎn)裂縫、剝蝕等破壞現(xiàn)象。
鋼纖維混凝土在河套灌區(qū)算是新的材料、新工藝，受傳統(tǒng)觀念的影響，新事物的產(chǎn)生到推廣應(yīng)用需要經(jīng)歷一定的時(shí)間。隨著工程的進(jìn)展，相信鋼纖維混凝土?xí)玫綇V泛推廣應(yīng)用的。
參考文獻(xiàn)：
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[論文摘要]鋼纖維混凝土是一種新型的復(fù)合建筑材料，其物理和力學(xué)性能優(yōu)于普通混凝土，通過(guò)介紹鋼纖維增強(qiáng)混凝土的基本理論，闡述鋼纖維混凝土在多個(gè)領(lǐng)域工程中的應(yīng)用。
鋼纖維混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrete，簡(jiǎn)寫為SFRC）是在普通混凝土中摻入適量短鋼纖維而形成的可澆筑、可噴射成型的一種新型復(fù)合材料。它是近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種性能優(yōu)良且應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料。其中所摻的鋼纖維是用鋼質(zhì)材料加工制成的短纖維，常用的有：切斷型鋼纖維、剪切型鋼纖維、銑削型鋼纖維、熔抽型鋼纖維等。鋼纖維在混凝土中主要是限制混凝土裂縫的擴(kuò)展，從而使其抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度較普通混凝土有顯著提高，其抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性有較大改善，使原本屬于脆性材料的混凝土變成具有一定塑性性能的復(fù)合材料。
一、鋼纖維增強(qiáng)混凝土的基本理論
（一）復(fù)合力學(xué)理論
復(fù)合力學(xué)理論是以連續(xù)纖維復(fù)合材料理論為基礎(chǔ)，結(jié)合鋼纖維在混凝土中的分布特點(diǎn)形成的。該理論是將復(fù)合材料視為以纖維為一相，基體為另一相的兩相復(fù)合材料。
（二）纖維間距理論。纖維間距理論又稱纖維阻裂理論，是1963年由J.P.Romualdi和J.B.Batson提出來(lái)的。該理論根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)理論解釋纖維對(duì)裂縫發(fā)生和發(fā)展的約束作用，認(rèn)為欲增強(qiáng)混凝土這種本身帶內(nèi)部缺陷的脆性材料的抗拉強(qiáng)度，必須盡可能地減少內(nèi)部缺陷的尺寸，提高韌性，降低裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子、減少裂縫尖端的應(yīng)力集中作用，故在裂縫處用纖維連接，受拉時(shí)跨越裂縫的纖維將荷載傳遞給裂縫的上下表面，使裂縫處材料仍能繼續(xù)承載，這樣，因裂縫的出現(xiàn)孔邊應(yīng)力集中程度就緩和，隨著橋接裂縫纖維數(shù)目的增多，纖維間距越小，緩和裂縫尖端應(yīng)力集中程度越大，對(duì)裂縫尖端產(chǎn)生的反向應(yīng)力場(chǎng)也越大，當(dāng)纖維數(shù)量增加到密布于裂縫時(shí)，應(yīng)力集中就會(huì)消失，進(jìn)一步表明纖維的阻裂效應(yīng)，即在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形成和受力破壞的過(guò)程中，有效地提高了復(fù)合材料受力前后阻裂引發(fā)與擴(kuò)展的能力，達(dá)到鋼纖維對(duì)混凝土增強(qiáng)與增韌目的。
（三）界面應(yīng)力傳遞的剪滯理論。鋼纖維混凝土中鋼纖維周圍的水泥基體結(jié)構(gòu)與自身結(jié)構(gòu)是不相同的，即在鋼纖維與基體之間存在著界面層。鋼纖維混凝土的性能主要取決于混凝土基體性能、鋼纖維含量以及它們之間的界面特性。假定界面是一層厚度可以忽略的薄層，但具有一定的力學(xué)性能。當(dāng)荷載作用于鋼纖維混凝土?xí)r，荷載一般先施加于低彈性的基體，然后通過(guò)纖維-基體的界面，把一部分荷載傳遞給高彈模的纖維，使纖維和基體共同承擔(dān)荷載，從而起到增強(qiáng)的作用。
二、鋼纖維混凝土的應(yīng)用
鋼纖維混凝土作為一種新型復(fù)合材料，以其優(yōu)良的抗拉、抗彎、阻裂、耐沖擊、耐疲勞、高韌性等物理力學(xué)性能，目前已被廣泛應(yīng)用于建筑工程、水利工程、公路橋梁工程、公路路面和機(jī)場(chǎng)道面工程、鐵路公程、管道工程、內(nèi)河航道工程、防暴工程和維修加固工程等各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。
（一）水利工程
鋼纖維混凝土在水利工程中的應(yīng)用比較廣泛，主要將其用于受高速水流作用以及受力比較復(fù)雜的部位，如溢洪道、泄水孔、有壓疏水道、消力池、閘底板和水閘、船閘、渡槽、大壩防滲面板及護(hù)坡等。這些部位對(duì)混凝土材料自身的抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度以及抗裂性能的要求都比較高，也正發(fā)揮了鋼纖維混凝土的自身優(yōu)勢(shì)。我國(guó)在實(shí)際工程中應(yīng)用的有：三峽工程、小浪底水利樞紐工程、三門峽泄水排砂底孔等工程。以上工程都獲得了較為滿意的效果，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
（二）建筑工程。鋼纖維混凝土在建筑工程中的影響越來(lái)越廣泛，一般應(yīng)用于房屋建筑工程、預(yù)制樁工程、框架節(jié)點(diǎn)、屋面防水工程、地下防水工程等工程領(lǐng)域中。如抗震框架節(jié)點(diǎn)中使用鋼纖維混凝土，能代替箍筋滿足節(jié)點(diǎn)對(duì)強(qiáng)度、延性、耗能等方面的要求，而且還能提供類似于箍筋約束混凝土的作用，并解決節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋擠壓使混凝土難于澆注的施工問題；鋼纖維混凝土還具有良好的抗裂性，可使構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)荷載下處于彈性階段而不裂，不出現(xiàn)應(yīng)力的重分布；用鋼纖維混凝土制成的自防水預(yù)應(yīng)力屋面板，不僅提高了自防水預(yù)應(yīng)力屋面板的抗裂性能，同時(shí)也減少了縱向預(yù)應(yīng)力筋的配筋率，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。鋼纖維混凝土在建筑中的應(yīng)用實(shí)例有：福州東方大廈、沈陽(yáng)市急救中心站綜合樓、江蘇省丹陽(yáng)市中醫(yī)院、遼陽(yáng)市食品公司辦公樓等工程。
（三）道路和橋梁工程。鋼纖維混凝在道路和橋梁工程方面，主要廣泛應(yīng)用于路面、橋梁、機(jī)場(chǎng)跑道等工程中，包括新建及修補(bǔ)工程。鋼纖維混凝土較普通混凝土有較好的韌性，抗沖擊、抗疲勞性。它可使面層厚度減少，伸縮縫間距加長(zhǎng)，使用性能提高，維修費(fèi)用減低，壽命延長(zhǎng)。面層較普通混凝土可減少30-50%，公路伸縮縫間距可達(dá)30-100m，機(jī)場(chǎng)跑道的伸縮縫間距可達(dá)30m。用于路面及橋面修補(bǔ)時(shí)，其罩面厚度僅為3-5cm。在實(shí)際工程中有：北京東西環(huán)路立交橋、滬杭高速公路成渝公路、大足朱溪大橋、廣州解放大橋等工程中都采用了鋼纖維混凝土解決工程難題，使用效果較好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
（四）鐵路工程。在鐵路工程方面，鋼纖維混凝土主要用于預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土鐵路軌枕、雙塊式鐵路軌枕及搶修鐵路橋面防水保護(hù)層中。鐵路工程承受較大的荷載、較高的速度和數(shù)萬(wàn)次的振動(dòng)，所以要求混凝土必須具有較高的強(qiáng)度、較高的抗沖擊性及較大的塑性。這正好利用了鋼纖維混凝土的抗沖擊性及較好的塑性。建成的工程有：沈陽(yáng)鐵路局長(zhǎng)達(dá)線維修工程、柳州鐵路局黔桂鐵路鋪設(shè)工程、南昆鐵路隧道工程和西安安康鐵路椅子山隧道等工程土。鋼纖維混凝土的應(yīng)用，使維修工作量大為減少，并提高了線路的使用壽命，效果良好。
（五）港口及海洋工程。鋼纖維混凝土在海洋工程中的使用主要是鋼纖維混凝土的腐蝕問題，所以有待進(jìn)一步研究，但在日本和挪威的使用經(jīng)驗(yàn)是令人鼓舞的。日本鋼鐵俱樂部采用鋼纖維混凝土作鋼管樁防腐層，在海水中浸泡10年，鋼纖維混凝土防腐完好，鋼管表面無(wú)銹蝕，仍有金屬光澤。挪威將鋼纖維混凝土用于北海海底輸氣管道的隧道襯砌、Forsmark核電站海底核廢料庫(kù)的支護(hù)、海洋平臺(tái)后張預(yù)應(yīng)力管道孔的封堵以及碼頭混凝土受海水腐蝕部位的修補(bǔ)等。我國(guó)江蘇石舀港碼頭的軌道梁工程中也使用了鋼纖維混凝土。
除了上述領(lǐng)域外，還有很多鋼纖維混凝土的應(yīng)用的實(shí)例，如承受重級(jí)工作制造工業(yè)廠房和倉(cāng)庫(kù)地面、薄壁蓄水結(jié)構(gòu)、預(yù)制板、離心管、污水井、游泳池、耐火混凝土和耐火材料、抗爆結(jié)構(gòu)、各類建筑物和構(gòu)筑物的修補(bǔ)、補(bǔ)強(qiáng)加固、抗震加固等。
三、結(jié)束語(yǔ)
鋼纖維混凝土具有普通混凝土不具有的優(yōu)點(diǎn)，且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，其在民用建筑樓地面、公路路面、預(yù)制構(gòu)件水利工程、港口碼頭、機(jī)場(chǎng)跑道和停機(jī)坪、橋梁隧道以及各種構(gòu)筑物等方面的應(yīng)用前景將是十分廣闊的前景。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)換層大梁大體積混凝土配制；施工控制
廣州某花園4#樓地下室一層，地面30層，建筑面積3.6萬(wàn)m²,在二層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換層為粱式結(jié)構(gòu),主要有三種梁規(guī)格，即900×3500、1800×2350、10000×2150，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，設(shè)計(jì)要求摻12％UEA補(bǔ)償混凝土收縮，1800×2350粱再摻0.8％鋼纖維予于增加抗裂性和抗剪強(qiáng)度，轉(zhuǎn)換大粱幾何尺寸大，混凝土標(biāo)號(hào)高、組份多，配制和施工這部分混凝土成為整個(gè)主體工程的關(guān)鍵。本文介紹該轉(zhuǎn)換層大粱大體積混凝土的配制與施工。
1 混凝土的配制
1.1 原材料的選擇
轉(zhuǎn)換層大粱截面尺寸大，混凝土標(biāo)號(hào)高，單方水泥用量多，水泥水化產(chǎn)生的熱量大，容易引起較大的溫度梯度。為避免出現(xiàn)溫度裂縫，我們對(duì)原材料進(jìn)行優(yōu)選，同時(shí)采用摻粉煤灰和高效堿水劑多摻技術(shù)，盡可能降低水泥用量。我們選用的原材料：
1.1.1 水泥：大體積混凝土宜采用低水化熱水泥，如礦渣或粉煤灰水泥，但因條件限制，只能選用525#普通硅酸鹽水泥。
1.1.2 粉煤灰：火電站I級(jí)粉煤灰。此灰具有較好的活性，能替代部分水泥量，同時(shí)可改善混凝土可泵性。
1.1.3 鋼纖維：在混凝土基體中，鋼纖維的破壞是由基體中撥出而不是拉斷，因此鋼纖維的增強(qiáng)效果與其外觀形式、長(zhǎng)度、直徑、長(zhǎng)徑比等幾何參數(shù)有關(guān)。長(zhǎng)徑比大，增強(qiáng)效果好，但纖維太長(zhǎng)影響拌合物質(zhì)量，直徑太細(xì)易在拌合過(guò)程中被彎折，太粗則在同樣體積含量時(shí)其增強(qiáng)效果差。為此我們用選剪切型直條鋼纖維，長(zhǎng)度28mm，長(zhǎng)徑比約6O。
1.1.4 石子：由于轉(zhuǎn)換大粱混凝土量大．需采用泵送施工，同時(shí)1800×2350粱為鋼纖維混凝土，鋼纖維在基體中的分布有沿粗骨料界面取向的趨勢(shì)，若骨科粒徑大而纖維短，鋼纖維所起的作用就不明顯。因此我們選用0.5-2.0cm碎石。
1.1.5 徽膨脹劑：福州市建科所生產(chǎn)的uEA。
1.l.6 堿水劑：根據(jù)施工工藝，轉(zhuǎn)換梁混凝土需采用泵送連續(xù)澆搗，拌合物初凝時(shí)間要求不早于5小時(shí)。為此我們選用福建省建研院生產(chǎn)的Tw 一6高效緩凝泵送劑，減水率大于15％，緩凝3-4小時(shí)。
1.2 配合比的確定
由于混凝土組份多，為盡快找到各組份間的最佳配合，我們運(yùn)用正交設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。采用的因素水平見表一。
因素水平表 表一
注：(1)粉煤灰、堿水劑，UEA的摻量均為占水泥量的重量百分比。(2)鋼纖維摻量為混凝土中所占體積率。
根據(jù)因素水平表進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，得到各組份間的最佳匹配，出具混凝土配合比(見表二)。
注：(1)混凝土初凝時(shí)坷6-8小時(shí)；(2)拌合物坍落度16-18cm 3.鋼釬維體積率0.8％。
2 混凝土施工
2.1 混凝土澆搗工藝
2.1.1 900×3500轉(zhuǎn)換大梁同時(shí)跨越兩層樓板(即夾層樓板和二層樓扳)，混凝土量大，鋼筋密集，混凝土不容易澆搗，因此我們?cè)谌〉迷O(shè)計(jì)同意后，運(yùn)用疊合原理將該粱分二次澆搗，施工縫設(shè)在距梁底1.5m 高處。第一擻澆搗1.5m高度以下和夾層粱板棍混凝土，在梁中形成疊合面，并通過(guò)在疊合面設(shè)置企口，進(jìn)一步保證了此粱的完整性。第二次澆搗900×3500余下部分及其它粱和二層板混凝土。此部分混凝土由二臺(tái)泵完成，每臺(tái)泵負(fù)責(zé)5個(gè)區(qū)，最長(zhǎng)搭接時(shí)間2.5小時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)施工冷縫。澆搗程序見圖一。
2.1.2 疊合面處理：因該疊合面處原設(shè)計(jì)就配有l(wèi)4 Ø 25鋼筋，足夠用來(lái)作疊合面抗裂筋，故無(wú)需另加配抗裂鋼筋。疊合面混凝土在初凝后終凝前需用鋼絲刷刷毛，待終凝后再次將松動(dòng)的砂粒刷除干凈，并鑿除松動(dòng)的石子和松散混凝土。
2.1.3 節(jié)點(diǎn)處理：鋼纖維混凝土粱與其它梁的交接處澆筑鋼纖維混凝土。
混凝土澆搗順序圖
2.2 混凝土質(zhì)量保證措施
2.2.1 混凝土的拌制：拌制微膨脹混凝土?xí)r，攪拌時(shí)問比普通混凝土延長(zhǎng)1―1.5min。拌制鋼纖維混凝土?xí)r，采用先干拌后濕拌法，即將鋼纖維、水泥、粗細(xì)骨料、UEA先干拌均勻而后加水和減水劑濕拌，干拌時(shí)間不少于1.5min，濕拌時(shí)間不少于2min。
2.2.2 振搗：混凝土采用機(jī)械振搗，振搗時(shí)間以混凝土能密實(shí)為準(zhǔn)，不宜過(guò)振。因?yàn)殂~纖維有沿振搗棒插入方向排列的趨勢(shì)，振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起鋼纖維下沉和取向不利
2.2.3 澆搗中質(zhì)量抽查：除按GBJ50204 -92(混凝土結(jié)構(gòu)工程及驗(yàn)收規(guī)范)留置試塊和抽查拌合物坍落度外，在拌制地點(diǎn)和澆筑地點(diǎn)檢查鋼纖維體積率，每臺(tái)班至少二次。
2.2.4 溫度監(jiān)測(cè)
（1）測(cè)溫點(diǎn)的布置：由于轉(zhuǎn)換粱混凝土量大，標(biāo)號(hào)高，水泥水化易產(chǎn)生較高溫升。為此我們選取具有代表性的部位布置測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)混凝土內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)混凝土量和粱的截面尺寸，我們?cè)?00 x 3500及1800×2350二根粱內(nèi)部可能產(chǎn)生最大應(yīng)力部位(即梁中)各布置一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，每點(diǎn)沿梁高度方向均勻埋設(shè)5個(gè)熱電偶。為監(jiān)測(cè)1800×2350粱二側(cè)與中心的溫度差，在梁中橫向布置一個(gè)測(cè)溫電點(diǎn)，也均布5個(gè)熱電偶。
（2）監(jiān)測(cè)程序：混凝土澆筑后1-5天，每2小時(shí)測(cè)一次：5一l0天每4小時(shí)測(cè)一次：10―30天，每8小時(shí)測(cè)一次。
（3）控制標(biāo)準(zhǔn)：混凝土里外溫差不大于25℃，每天降溫不大于1.5℃ 。
2.2.5 保溫保濕措施
為保證混凝土有足夠的濕度和內(nèi)外最大溫差和降溫速率符舍要求，我們采取 下措施：
（1）轉(zhuǎn)換粱底模采用松木板制作，在澆混凝土前將底模充分濕潤(rùn)，并在底模下鋪設(shè)一層塑料薄膜，以便保持松木板中的水分和起保溫隔熱作用。因膠合板具有良好的保溫保濕性能，故我們采用膠合板作邊模。若此措施不滿足溫控要求，再在模外側(cè)釘掛草簾或用碘鎢燈照射。
（2）混凝土表面覆蓋料薄膜和草袋，根據(jù)實(shí)際需要增減塑薄膜和草袋的層數(shù)。
3 體會(huì)
3.1 配制多組份混凝土，采用正交試驗(yàn)法，能以較少試驗(yàn)次數(shù)探清各組份間的最佳匹配，可節(jié)約大量物力，人力。
3.2 TW一6泵送減水劑具有增塑，緩凝，低引氣等特點(diǎn)，可防止混凝土拌合物在泵送管道中離析或阻塞，改善泵送性能，同時(shí)能在不同程度上降低混凝土成本。
3.3 鋼纖維混凝土的施工關(guān)鍵在確保鋼纖維在基體中分布均勻，澆搗不得留置施工縫。因?yàn)殇摾w維有沿界面分布的趨勢(shì)。
3.4 轉(zhuǎn)換層大梁大體積混凝土的施工，只要方案可靠，方法正確，組織周密合理，完全可避免溫度裂縫的出現(xiàn)，混凝土質(zhì)量就有保證。
參考文獻(xiàn)
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Abstract： The effect of steel slag and steel fiber on the compressive strength of self-compacting concrete was studied through experiment. The results showed that the dosage of steel slag and steel fiber is close with the compressive strength of self-compacting concrete cube； it is not significant that the dosage of steel slag increases the self-compacting concrete strength； the dosage of steel fiber in a certain range can promote the self-compacting concrete.
P鍵詞：鋼渣；鋼纖維；自密實(shí)混凝土；摻量；強(qiáng)度
Key words： steel slag；steel fiber；self-compacting concrete；dosage；strength
中圖分類號(hào)：TU528.041 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）13-0137-03
0 引言
自密實(shí)混凝土（SCC）是一種具有自填充性能的新型便捷混凝土，即使是在密集配筋的條件下也可以依靠自身的重力作用和高流動(dòng)性能完成灌注工作，使工程達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。自密實(shí)混凝土因?yàn)槠渚哂械膬?yōu)點(diǎn)廣受好評(píng)，在我國(guó)各個(gè)地區(qū)已被普及使用。
鋼渣作為鋼鐵工業(yè)的衍生物，隨著鋼鐵需求的增大，其排量也逐年提高，為了促進(jìn)資源的高效利用，鋼渣得到了深入的研究發(fā)展。鋼渣具有膠凝性能，用來(lái)制備混凝土能夠顯著減少骨料用量，降低CO2的排放，節(jié)能環(huán)保的同時(shí)還能改善混凝土的強(qiáng)度。
鋼纖維是開發(fā)較為完善的混凝土增強(qiáng)材料，它能夠改善混凝土的延性、流動(dòng)性、抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能，有效防止混凝土開裂，因此應(yīng)用發(fā)展前景十分廣闊，常被用于房屋建筑、道路橋梁、地下空間等建筑工程。
因?yàn)?%到8%摻量的鋼渣及鋼纖維對(duì)自密實(shí)混凝土的影響研究較少，因此本文結(jié)論及數(shù)據(jù)有著一定的研究?jī)r(jià)值。
1 自密實(shí)混凝土配合比
按照《自密實(shí)高性能混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》初步確定了C30強(qiáng)度等級(jí)的自密實(shí)混凝土配合比，并合理添加聚羧酸高性能減水劑。鋼渣及鋼纖維的摻量分別取2%、5%、8%，減水劑摻量統(tǒng)一選取0.5%（見表1）。本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了七組配合比，每組三個(gè)試件，試件尺寸為150mm×150mm×150mm，各個(gè)試件的立方體抗壓強(qiáng)度見表2。
2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 鋼渣對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
鋼渣摻量的不同對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度有著不同影響（見表3）。由于鋼渣中的硅酸三鈣、鈣鎂橄欖石等物質(zhì)有著增加早強(qiáng)的作用，因此在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)鋼渣對(duì)其抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)十分顯著，但后期抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)則趨向緩慢。白敏等[1]研究表明：影響混凝土硬化后的強(qiáng)度的關(guān)鍵因素是水泥石和骨料界面位置的粘結(jié)強(qiáng)度，而水泥石和骨料界面強(qiáng)度則與水泥石本身的強(qiáng)度以及集料自身狀況（例如表面粗糙程度、棱角的多少等）、水化凝結(jié)條件以及混凝土的離析泌水性等因素有關(guān)。因?yàn)殇撛谋砻娲植诓黄?，所以摻入鋼渣的自密?shí)混凝土粘結(jié)力較大，致使自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度得到增強(qiáng)。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，鋼渣的摻量對(duì)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度有重要影響（見圖1）。剛摻入少量鋼渣時(shí)，自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度有一定提升；然而隨著鋼渣的逐步添加，水泥石的強(qiáng)度有所降低。盡管鋼渣中少量的微小顆?？商畛渌嗍械娜毕?、孔隙并能夠提高界面的粘結(jié)強(qiáng)度，但是試驗(yàn)配合比中水灰比較大，使得內(nèi)部孔隙率增大，降低了自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度。[2]
2.2 鋼纖維對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響
混凝土的強(qiáng)度包括抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等，抗壓強(qiáng)度與其他強(qiáng)度有著密切的關(guān)聯(lián)，可以參照抗壓強(qiáng)度估算出其他強(qiáng)度值，且在工程中混凝土主要承受壓力，因此混凝土對(duì)的抗壓強(qiáng)度是非常重要的一項(xiàng)性能指標(biāo)。因此本次試驗(yàn)按照GB/T50081―2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》中的規(guī)定，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的各組試塊進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)（見表4）。
實(shí)驗(yàn)表明，鋼纖維剛摻入自密實(shí)混凝土?xí)r，其立方體抗壓性能顯著提高；當(dāng)鋼纖維摻量在2.0%以上時(shí)其強(qiáng)度反而大幅降低；但是隨著鋼纖維的進(jìn)一步添加，自密實(shí)混凝土強(qiáng)度又出現(xiàn)了細(xì)微的上升趨勢(shì)（見圖2）。
將鋼纖維的摻量從2%提升到8%的過(guò)程中，自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度從低發(fā)展到高，之后又由高發(fā)展到低，甚至出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。由此可以看出鋼纖維對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度有著雙重影響。因?yàn)殇摾w維的摻入對(duì)自密實(shí)混凝土的橫向膨脹起著抑制作用，因此會(huì)使其強(qiáng)度得到提高；但若摻入量過(guò)大，就會(huì)造成水泥石中的孔隙增大，缺陷增多，迫使自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度降低。這里體現(xiàn)了鋼纖維的雙重作用，有研究提出兩種相互矛盾作用的綜合效應(yīng)主要取決于纖維的體積率這一參數(shù)，如果摻加體積率過(guò)小，鋼纖維不僅不能起到增強(qiáng)作用還會(huì)因混凝土界面接觸薄弱產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，當(dāng)摻加體積率過(guò)大時(shí)主要由于纖維分布不均或者結(jié)團(tuán)引起混凝土強(qiáng)度降低。[3]
2.3 不同摻和料對(duì)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度的影響
根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以得知鋼纖維及鋼渣的加入對(duì)于自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度起著不同的影響，對(duì)比兩者在相同摻量下對(duì)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度的作用，并參照不加入摻和料的試塊強(qiáng)度，分析數(shù)據(jù)繪得表5，圖3。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出在摻量較小時(shí)，隨著摻量的增加，鋼渣及鋼纖維都對(duì)自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度起著明顯的增強(qiáng)作用，且兩者對(duì)強(qiáng)度的增幅作用基本持平；當(dāng)摻量大于2%后，鋼渣對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度的增加幅度都有所下降，而鋼纖維則使得自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)略微降低趨勢(shì)；當(dāng)摻量從5%進(jìn)一步增大至8%時(shí)，鋼渣及鋼纖維都使得自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度下降，其中鋼渣的影響更大。根圖3的柱狀圖可以得知，鋼渣摻量的增加會(huì)使得自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度逐漸降低，而鋼纖維的影響則呈現(xiàn)波動(dòng)的起伏，但是二者均存在峰值，由此可以進(jìn)一步探知，鋼纖維和鋼渣在適當(dāng)?shù)谋壤逻M(jìn)行復(fù)合雙摻，可能會(huì)發(fā)揮“疊加效應(yīng)”，使得該配合比下的自密實(shí)混凝土性能優(yōu)于單摻鋼渣或鋼纖維的性能。
3 結(jié)語(yǔ)
本論文將鋼纖維、鋼渣、自密實(shí)混凝土三個(gè)因素合理地融合在一起，配置了C30強(qiáng)度等級(jí)的鋼渣及鋼纖維自密實(shí)混凝土。試驗(yàn)圍繞鋼渣以及鋼纖維的摻量變化重點(diǎn)研究了其變化對(duì)自密實(shí)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響。主要得出了以下結(jié)論：①鋼渣鋼纖維的摻量與自密實(shí)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度關(guān)系密切；②鋼渣摻量對(duì)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度提高不是十分顯著，且當(dāng)摻和量達(dá)到2%之后，對(duì)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；③鋼纖維摻量在一定范圍內(nèi)對(duì)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度可以起到增強(qiáng)作用，影響趨勢(shì)波折且不穩(wěn)定；④鋼渣及鋼纖維的摻入可以提高界面粘結(jié)強(qiáng)度，起到早強(qiáng)等作用，能夠?qū)撛?、鋼纖維及自密實(shí)三個(gè)技術(shù)融合在一起，提高混凝土的各方面性能，具有良好的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土；施工技術(shù)；路橋工程；應(yīng)用
Abstract: along with the development of market economy in China and city modernization, the quickening of the process of road and bridge project has also made by leaps and bounds development. People for the bridge engineering quality construction, construction schedule, cost control and so on all aspects of attention and demand more and more. In this case, new building materials and new construction technology research and development and application, has become an essential means to solve these problems. High fiber reinforced concrete, as a kind of new type composite materials, the application of road &bridge construction in more and more widely.
Keywords: steel fiber concrete; Construction technology; Bridge project; application
中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
鋼纖維混凝土，因?yàn)樽陨砭邆涞闹T多優(yōu)勢(shì)而成為目前路橋施工中不可替代的新型建筑材料。鋼纖維混凝土在路橋施工中的應(yīng)用，對(duì)于提高工程質(zhì)量，提升施工效率，降低生產(chǎn)成本等方面都做出了巨大貢獻(xiàn)。筆者就鋼纖維混凝土施工技術(shù)在路橋工程中的應(yīng)用，提出一些自己淺顯的看法，希望與同行交流分享。
一、鋼纖維混凝土概述
（一）鋼纖維的性能
鋼纖維都具備很高的抗拉強(qiáng)度，且在被加工成不同變截面形狀后，可以從很大程度上增加其與水泥基材之間的握裹力。目前我國(guó)市場(chǎng)上，可供選擇的鋼纖維產(chǎn)品很多，可以根據(jù)實(shí)際施工項(xiàng)目的具體情況選擇不同性能的鋼纖維。鋼纖維按照制造方式不同，可分為切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維和熔抽鋼纖維。這四種材料分別具備不同的性能和特點(diǎn)。
1.切斷鋼纖維
切斷鋼纖維主要是對(duì)鋼纖維表面做變形處理，目的是改善鋼纖維的力學(xué)性能，增強(qiáng)鋼纖維與水泥砂漿的界面之間的粘結(jié)性能。
2.剪切鋼纖維
剪切鋼纖維主要是由冷軋薄板加工而成。冷軋薄板按照一定的厚度和寬度經(jīng)過(guò)剪切后，具備比切斷鋼纖維更良好的與水泥砂漿的粘結(jié)性能。
3. 切削鋼纖維
切削鋼纖維主要是由管鋼錠或者厚鋼板加工而成。加工后的切削鋼纖維不僅強(qiáng)度大大好于原材料，與水泥混凝土的粘結(jié)性也較好。
4. 熔抽鋼纖維
熔抽鋼纖維的強(qiáng)度受熔鋼成分和熱處理?xiàng)l件的限制，強(qiáng)度各異。且它表面的氧化層大大降低了它與混凝土的粘結(jié)性能。
（二）路橋工程中鋼纖維混凝土原料選擇及配比
1.水泥的選擇問題
在路橋工程中，水泥是鋼纖維混凝土的主要原料。為了考慮路橋工程中的混凝土應(yīng)該具備索性小、強(qiáng)度高、抗凍和抗磨性能好的特點(diǎn)，我們通常選擇硅酸鹽水泥作為鋼纖維混凝土的原料。
2.水和外摻劑的相關(guān)問題
鋼纖維混凝土施工中，通常選用飲用水為原料，并能夠通過(guò)控制水與外摻劑在施工中的配比來(lái)使混凝土達(dá)到具備高強(qiáng)度和高密實(shí)度的效果。在水灰比較低的情況下，可以通過(guò)減水劑或者塑化劑來(lái)調(diào)節(jié)混凝土的強(qiáng)度；在竣工日期緊迫的情況下，可以通過(guò)添加早強(qiáng)劑來(lái)控制竣工時(shí)間；在需要增強(qiáng)混凝土抗凍性的情況下，并通過(guò)加氣劑來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.鋼纖維混凝土施工中的配合比問題
鋼纖維混凝土的施工，應(yīng)該按照配合比設(shè)計(jì)來(lái)完成。在施工中應(yīng)該以混凝土抗折強(qiáng)度作為首要參考，來(lái)控制鋼纖維的摻入量、水泥標(biāo)號(hào)和水灰比等。通過(guò)這些主要因素的優(yōu)化和調(diào)整，提高鋼纖維的質(zhì)量和可用性。
（三）路橋工程中鋼纖維混凝土的施工技術(shù)問題
1.攪拌技術(shù)方面的問題
在施工中，要通過(guò)攪拌來(lái)確保鋼纖維混凝土在混凝土基體中均勻分布。在施工中通常選擇反錐式或者強(qiáng)制式攪拌機(jī)作為攪拌設(shè)備，按照水泥、粗集料、鋼纖維的順序進(jìn)行充分均勻的攪拌。其中要注意的是鋼纖維要分三次投入，干拌均勻后加水，然后再設(shè)備攪拌。攪拌時(shí)間控制在兩分至三分之間。
2.澆注和振搗方面的問題
在澆注鋼纖維混凝土的過(guò)程中，要保證澆注作業(yè)不間斷進(jìn)行，且澆注接頭不明顯。我們通常選用平板振動(dòng)器進(jìn)行振搗，并在振搗過(guò)程中使鋼纖維呈縱向條狀集束排列，以保證混凝土邊角嚴(yán)密。
3.鋼纖維混凝土運(yùn)輸方面的問題
由于鋼纖維混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中容易因?yàn)殇摾w維下沉而導(dǎo)致坍落或氣量損失等問題出現(xiàn)，致使鋼纖維混凝土不均勻，因此我們?cè)谶x擇攪拌場(chǎng)地的時(shí)候就要充分考慮如何減少混凝土運(yùn)輸?shù)膯栴}。同時(shí)，在運(yùn)輸過(guò)程中還要注意做好防護(hù)措施，例如選擇合適的運(yùn)輸裝備，控制好運(yùn)輸時(shí)的溫度等，以避免影響混凝土質(zhì)量，給整個(gè)工程帶來(lái)?yè)p失。
二、鋼纖維混凝土在道路施工中的應(yīng)用
（一）在新建全截面鋼纖維混凝土路面中的應(yīng)用
全截面采用鋼纖維混凝土的路面，與傳統(tǒng)混凝土路面相比，無(wú)論是路面厚度，還是鋼纖維用量都大大減少，是節(jié)省成本，提高質(zhì)量的最佳方法。采用鋼纖維混凝土技術(shù)時(shí)，同行雙車道路面不設(shè)縱縫，橫縫間距控制在20-50之間。
（二）在新復(fù)合式鋼纖維混凝土路面中的應(yīng)用
復(fù)合式路面通常分為雙層式和三層式兩種。雙層式路面鋼纖維混凝土的鋪設(shè)量大概控制在五分之二至五分之三之間。
三層式復(fù)合路面是俗稱“漢堡式”結(jié)構(gòu)，既上下兩層是鋼纖維混凝土層，中間夾普通混凝土層。這種路面雖然結(jié)構(gòu)合理，但是施工復(fù)雜，因此多應(yīng)用在機(jī)械化鋪設(shè)程度較高的地區(qū)。
（三）在鋼纖維混凝土罩面中的應(yīng)用
施工人員可以通過(guò)在舊混凝土路面上罩上一層鋼纖維混凝土來(lái)修復(fù)破損路面。根據(jù)路面破損程度由高到低，可以分別用結(jié)合式、直接式和分離式三種罩面方式。
1.結(jié)合式是指罩面層與舊混凝土結(jié)為一體，共同構(gòu)成路面結(jié)構(gòu)，整體發(fā)揮作用。
2.分離式是指罩面層不與舊混凝土結(jié)合，中間隔著一個(gè)隔離層，各自發(fā)揮作用。
3.直接式是指直接在舊水泥混凝土面層上加鋪罩面層。
（四）在多年凍土地區(qū)抗凍方面的作用
鋼纖維混凝土路面在多年凍土區(qū)的應(yīng)用，能夠很好地維持凍土冷熱平衡，提高路面抗凍能力。
三、鋼纖維混凝土在橋梁施工中的應(yīng)用
（一）在橋面鋪裝方面的應(yīng)用
鋼纖維混凝土橋面鋪裝層的采用，對(duì)于增強(qiáng)橋面的抗裂性、提高橋面的耐久性和提升橋面的舒適度等方面，都有很大幫助。于此同時(shí)，鋼纖維混凝土橋面鋪裝層對(duì)于增強(qiáng)橋梁剛度、減少鋪裝厚度、提高橋梁承重能力、降低結(jié)構(gòu)自重等方面也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
（二）在橋梁上部承重荷載部位的應(yīng)用
采用鋼纖維混凝土作為主拱圈，能夠提高結(jié)構(gòu)的受力能力、防止結(jié)構(gòu)變形，減輕自重，從而使橋梁的跨度增大，重量減輕。與此同時(shí)，還能起到美化橋梁外觀，減少建筑用料的作用。在提高了橋梁質(zhì)量的同時(shí)還大大降低了施工成本。
（三）在局部加固方面的應(yīng)用
橋梁墩臺(tái)和橋面等部位由于長(zhǎng)期載重，容易產(chǎn)生裂縫和表層剝落現(xiàn)象。通過(guò)向這些部位噴射鋼纖維混凝土，可以改善局部結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性。
（四）在加強(qiáng)鋼筋混凝土樁方面的應(yīng)用
鋼纖維混凝土在樁頂或者樁尖等局部位置的應(yīng)用，能夠增強(qiáng)樁的穿透力，減少錘擊次數(shù)，提高打擊速度。
結(jié)束語(yǔ)：
鋼纖維混凝土作為一種新型水泥基復(fù)合材料，在路橋工程中的實(shí)際使用效果已經(jīng)得到了大量實(shí)踐的驗(yàn)證。它在提高路橋使用性能、保證工程施工質(zhì)量、降低工程造價(jià)等方面的優(yōu)勢(shì)也顯現(xiàn)的越來(lái)越明顯。接下來(lái)我們要做的，是將鋼纖維生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)一步的提高和完善，使這種新型材料更科學(xué)更合理更廣泛地應(yīng)用到路橋工程中去，從而促進(jìn)我國(guó)路橋工程建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土 ；自由落錘； 抗沖擊性能；試驗(yàn)；研究
中圖分類號(hào)：TU528.572文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
混凝土作為一種多孔性的脆性材料, 長(zhǎng)期以來(lái)，在路面混凝土、橋面混凝土等頻繁承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)中，混凝土通常是由于抗沖擊性能不足而喪失其使用性能。因此，掌握混凝土的動(dòng)載性能對(duì)設(shè)計(jì)承受沖擊荷載的結(jié)構(gòu)是非常重要的。論文通過(guò)對(duì)層布式鋼纖維混凝土進(jìn)行抗沖擊性能試驗(yàn)，研究了混凝土集料、不同層位、不同鋼纖維摻量對(duì)混凝土的抗沖擊性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，層布式鋼纖維對(duì)混凝土抗沖擊性能有極大的提高作用。
1 原材料及試驗(yàn)方法
1．1原材料
水泥采用32.5#普通硅酸鹽水泥，粗骨料選用粒徑為5mm~26.5mm的連續(xù)級(jí)配卵石，細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)為2.9的中砂，混凝土配合比見表1。鋼纖維采用武漢寶龍恒基材料工程有限責(zé)任公司生產(chǎn)的新型鋼纖維，技術(shù)指標(biāo)見表2。
表1 混凝土配合比
表2鋼纖維技術(shù)指標(biāo)
1．2試驗(yàn)方法
混凝土材料的抗沖擊性能是指在反復(fù)沖擊荷載的作用下，混凝土材料吸收動(dòng)能的能力。目前國(guó)外混凝土抗沖擊試驗(yàn)方法主要有爆炸試驗(yàn)(explosive test)、卻貝擺錘沖擊試(Charpy pendulum test)、射彈試驗(yàn)(projectile impact test)和落錘沖擊試驗(yàn)(drop-weight test)。由于落錘沖擊試驗(yàn)的簡(jiǎn)便性，得到了美國(guó)ACI 544 委員會(huì)(American Concrete Institute Committee544) 的推薦。我國(guó)對(duì)鋼纖維混凝土的抗沖擊性能研究相對(duì)較少，沒有現(xiàn)成的落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)?！豆饭こ趟嗉八嗷炷猎囼?yàn)規(guī)程》(JTGE30-2005) 等有關(guān)規(guī)范對(duì)路面水泥混凝土抗沖擊韌性的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)流程也沒有作出規(guī)定。對(duì)此，本次試驗(yàn)采用自制自由落錘沖擊試驗(yàn)。
圖1沖擊試驗(yàn)裝置
自制自由落錘沖擊試驗(yàn)裝置（如圖1）。該方法的試驗(yàn)過(guò)程為：制作圓柱體試件，高度h=64mm，直徑D=150mm，試件澆筑24h后脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d，實(shí)驗(yàn)前4h將試件從養(yǎng)護(hù)室取出晾干。將1個(gè)4.5kg重的鋼錘自457mm的高度自由落下，沖擊放置在試件中心的鋼球(鋼球?yàn)閭髁η?，直?4mm，防止落錘直接砸在試件上造成試件局部破壞)，每完成1次沖擊即為1個(gè)循環(huán)。仔細(xì)觀察試件表面，當(dāng)試件表面出現(xiàn)第1條裂縫時(shí)的沖擊次數(shù)即為初裂沖擊次數(shù)N1。然后繼續(xù)反復(fù)進(jìn)行沖擊循環(huán)，直至試件被破壞并與試驗(yàn)裝置中4塊擋板的任意3塊接觸時(shí)(或有一條裂縫大于3mm)，這一沖擊次數(shù)即為破壞沖擊次數(shù)N2。
每組設(shè)6個(gè)平行試件。鑒于混凝土材料的變異性和離散性較大，為保證沖擊試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)的可靠性，試驗(yàn)采用格拉布斯法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍，即對(duì)每組試件沖擊次數(shù)xi由小到大進(jìn)行排序，并按式(1)、式(2)計(jì)算統(tǒng)計(jì)量g：
當(dāng)最小值x1 可疑時(shí)，則：
(1)
當(dāng)最大值xi 可疑時(shí)，則：
(2)
式中：為沖擊次數(shù)的算術(shù)平均值；x1 為沖擊次數(shù)的最小值；xi 為沖擊次數(shù)的最大值；S 為沖擊次數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
在顯著水平=0.05下，求得可疑值的臨界值g0 (，n)。若滿足式(3)：
(3)
則可依值舍去。
式中：n 為每組試件的試件數(shù)。當(dāng)舍棄后試件數(shù)小于3時(shí)，則重新成型試件試驗(yàn)。對(duì)于有效數(shù)值，取它們的平均值作為結(jié)果數(shù)值。
然后計(jì)算鋼纖維混凝土的抗沖擊性能(以沖擊功計(jì))。
沖擊功的計(jì)算式為：
W = N2 mg h (4)
式中：W ——沖擊功，J；
N2 ——破壞沖擊次數(shù)；
m——鋼錘質(zhì)量m=4.5 kg；
g——重力加速度g=9.8m/s2；
h----沖擊錘下落高度h=457mm。
2 鋼纖維對(duì)混凝土抗沖擊性能的影響
通過(guò)自由落錘沖擊試驗(yàn)反復(fù)沖擊試件直至破壞，測(cè)試混凝土吸收動(dòng)能的能力。為了深入探討各層鋼纖維對(duì)混凝土抗沖擊性能的影響，制作了以下幾組試件，每組六個(gè)平行試件（見表3）。
表3 單層鋼纖維混凝土抗沖擊試驗(yàn)
圖2沖擊次數(shù)與層位的關(guān)系圖3沖擊功與層位的關(guān)系
從表3和圖2、圖3中可以得到如下結(jié)論：
(1)布置鋼纖維層的混凝土比素混凝土的抗沖擊性能有了極大的提高，無(wú)論是初裂沖擊次數(shù)還是終裂沖擊次數(shù)均有了很大的增加。抵抗的沖擊功最大提高了6.4倍；在出現(xiàn)初裂縫后吸收功的能力提高了48.3倍。在沖擊過(guò)程中，鋼纖維層能有效地減小混凝土的裂隙程度，增強(qiáng)材料介質(zhì)連續(xù)性，減小沖擊波被阻斷引起的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，可以阻礙混凝土裂縫的擴(kuò)展?；炷脸趿押?，高性能的鋼纖維使混凝土保持一定整體性，繼續(xù)吸收沖擊功，故鋼纖維大大提高了混凝土的抗沖擊韌性，另外，層布鋼纖維混凝土優(yōu)良的抗沖擊性能還表現(xiàn)為裂而不碎的良好抗裂性。
(2)隨著鋼纖維層的由下到上的層位變化，材料的抗沖擊性能提高很明顯，而且從圖中線段可以看出，隨著鋼纖維層的逐步上移，終裂次數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)越大，抗沖擊性能越好。這說(shuō)明上層的鋼纖維抗沖擊性能好。從圖4、圖5可以看到試件在沖擊作用下，首先由于水泥基體的抗拉強(qiáng)度低，所以發(fā)生開裂的是水泥基體，即上表面出現(xiàn)細(xì)微的裂紋，素混凝土此時(shí)裂紋很快發(fā)展，試件破壞形式為一分為二；在層布式鋼纖維混凝土中，原先由水泥基體承受的荷載立即傳遞給連接在裂紋處的鋼纖維，鋼纖維可以很快承力并抑制裂紋的擴(kuò)展，試件表現(xiàn)出裂縫后仍保持相對(duì)完整性。隨著沖擊次數(shù)的增多，水泥基體中的裂紋增多，損傷增加，鋼纖維承受的荷載也相應(yīng)增加，鋼纖維變形增大，直至被拔出或拉斷；此時(shí)試件破壞形式大多是三條裂縫從中心向外，相互的角度約為120º，也有部分試件是四條裂縫自中心向外，相互呈90º。在鋼纖維被拉長(zhǎng)及被拔出的過(guò)程中將消耗大量的沖擊能量，表現(xiàn)為層布式鋼纖維混凝土抗沖擊性能的提高。
圖4素混凝土終裂照片
圖5 層布鋼纖維混凝土終裂照片
3 集料對(duì)對(duì)混凝土抗沖擊性能的影響
對(duì)比試驗(yàn)集料選擇石灰?guī)r碎石（碎石的級(jí)配同卵石的級(jí)配相同）。單層鋼纖維混凝土抗沖擊試驗(yàn)、上層鋼纖維摻量對(duì)沖擊韌性試驗(yàn)的結(jié)果見表4和表5。
表4單層鋼纖維混凝土抗沖擊試驗(yàn)結(jié)果（碎石）
表5上層鋼纖維摻量對(duì)沖擊韌性試驗(yàn)的結(jié)果(碎石)
注：1、由于混凝土材料的變異性和離散性，表3、4、5中的數(shù)據(jù)為有效數(shù)值的平均值；
2、每組試件上、下層布鋼纖維，下層鋼纖維含量為1.4kg/m2；
3、上(下)層鋼纖維離試件頂(底)面20mm。
通過(guò)對(duì)比卵石與碎石的沖擊試驗(yàn)，為方便對(duì)比，得如下圖5.11~圖5.20。
圖6上層摻量對(duì)初裂沖擊次數(shù)對(duì)比 圖7單層對(duì)初裂沖擊次數(shù)對(duì)比
圖8 上層摻量對(duì)終裂沖擊次數(shù)對(duì)比圖9 單層對(duì)終裂沖擊次數(shù)對(duì)比
圖10 上層摻量對(duì)沖擊功對(duì)比 圖11 單層對(duì)沖擊功對(duì)比
圖12 沖擊后卵石斷裂面 圖13 沖擊后碎石斷裂面
從試驗(yàn)過(guò)程及圖6~圖13可以得出以下結(jié)論：
(1)對(duì)于素混凝土，卵石比碎石的初裂和終裂沖擊次數(shù)略高，約高40次。
(2)單層鋼纖維的卵石與碎石初裂次數(shù)相差不大；除上布鋼纖維層，卵石明顯大于碎石外，中、下布鋼纖維初裂次數(shù)基本相同。體現(xiàn)了材料本身的變異性和離散性。
(3)對(duì)比圖12和圖13的破壞斷面，可以看出卵石的斷面中開裂一般是沿著卵石的邊緣，而碎石的破壞均是貫穿石塊，說(shuō)明碎石膠結(jié)的好。
(4)觀察圖6、圖8和圖10，三幅圖有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是上、下層布鋼纖維比單層有明顯較大的提高，其沖擊韌性提高的很快。
4 結(jié)論
（1）隨著上層鋼纖維摻量的不斷增加，鋼纖維混凝土的初裂沖擊次數(shù)和終裂沖擊次數(shù)增加十分明顯，并且增加的趨勢(shì)也在加大。
（2）上層摻量1.8kg/m2的混凝土比無(wú)上層的單層混凝土的初裂次數(shù)增加了3.2倍；終裂次數(shù)增加了4.6倍。說(shuō)明摻量的增加極大提高了混凝土的抗沖擊性能。
（3）上層鋼纖維對(duì)沖擊韌性的改善好過(guò)下層；另外，鋼纖維層的加入不僅可以有效改善混
凝土的斷裂韌性和抗沖擊性能，也改變了混凝土基體的粘結(jié)性能，使混凝土材料更具有整體
性，提高結(jié)構(gòu)的疲勞性能和耐久性。
（4）對(duì)比層布式鋼纖維混凝土，碎石比卵石抗沖擊性能提高從1.4倍至2.5倍不等，說(shuō)明碎石集料的抗沖擊性能高于卵石。
參考文獻(xiàn)
[1] JTG E30-2005 公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程[ S]．北京：人民交通出版社，2005
[2] 王佶，李成江，李存瑞．不同纖維層布式鋼纖維混凝土抗彎韌性的研究[J]．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，28(7):82-85
關(guān)鍵詞：既有鐵路 隧道接長(zhǎng) 樁基托梁 拱部無(wú)支架施工
1.引言
鐵路隧道修建后，為確保列車運(yùn)行安全及配合地方市政道路規(guī)劃，完善城區(qū)交通系統(tǒng)，常設(shè)明洞防護(hù)或隧道接長(zhǎng)。鐵路隧道接長(zhǎng)常用明洞形式，具體方法有拱部滑模施工技術(shù)和半裝配式施工技術(shù)②，施工完畢，回填明洞，洞頂鋪設(shè)路面。該鐵路于2004年1月11日正式交付運(yùn)營(yíng)，2010年10月30日完成電氣化改造。K152+833.45太陽(yáng)山隧道進(jìn)口接長(zhǎng)工程，在電氣化開通前，分別采取扣軌開挖樁基、D便梁加固線路開挖托梁、無(wú)支架法現(xiàn)澆拱部等施工工藝，確保隧道接長(zhǎng)施工和列車運(yùn)行安全，補(bǔ)充和完善了隧道接長(zhǎng)施工技術(shù)。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該鐵路設(shè)計(jì)行車速度80km/h，隧道建筑限界采用國(guó)標(biāo)《146.2-83》之“隧限-2A”，鋪設(shè)有碴軌道，軌枕采用Ⅱ型混凝土枕，60kg/m鋼軌。由于當(dāng)?shù)亻_發(fā)區(qū)規(guī)劃道路從太陽(yáng)山隧道進(jìn)口端以56°交角斜跨線路，借電氣化改造之機(jī)，隧道作接長(zhǎng)處理。設(shè)計(jì)采用拱形明洞斜交方式接長(zhǎng)，全長(zhǎng)36.46m（見圖1）。明洞主體采用三心圓拱斜邊墻結(jié)構(gòu)，凈寬6.8m，凈高6.65m，拱圈65cm厚；邊墻內(nèi)墻為直邊，外墻為斜邊墻，頂寬0.5m，底寬2.5m。明洞基礎(chǔ)采用樁基托梁結(jié)構(gòu)，托梁高1.50m，寬3.30m。
3.隧道接長(zhǎng)施工
既有太陽(yáng)山隧道為直墻三心圓拱形隧道，洞門為端墻式，新建接長(zhǎng)隧道采用現(xiàn)澆法施工。
主要施工工序?yàn)椋簶痘A(chǔ)施工—線路加固—開挖便梁支墩—架設(shè)D24m鋼便梁—托梁施工—邊墻施工—吊裝H型鋼鋼架—安裝鋼纖維混凝土板—綁扎拱部鋼筋及安裝外模板—澆筑明洞拱部混凝土—洞門及兩側(cè)端墻施工。
施工的難點(diǎn)主要有：樁基施工、拱架的制安、鋼纖維混凝土板安裝、明洞拱部混凝土澆筑等。
3.1樁基礎(chǔ)施工
樁基施工前先探明電力、通信及信號(hào)電纜等地下管線并作好遷改或保護(hù)。樁基石采用非爆破法開挖，強(qiáng)風(fēng)化泥巖采用風(fēng)鎬開挖，弱風(fēng)化泥巖和砂巖開挖采用水磨鉆沿周邊鉆孔，形成破裂面，人工破碎解小，卷?yè)P(yáng)機(jī)出碴。其余工序均為常規(guī)技術(shù)，不再贅述。
3.2線路加固及支墩施工
便梁支墩采用挖孔灌注樁，支墩處用50kg/m鋼軌按3-3-3-3組合成吊軌梁?？圮壆?，線路限速25km/h。開挖便梁支墩，本工程采用2組D24便梁，同時(shí)順線路架設(shè)，便梁支墩尺寸：洞內(nèi)160×200cm和160×250cm；洞外為200×250cm，樁長(zhǎng)9～10m。樁采用C20鋼筋混凝土護(hù)壁，片石混凝土填芯。
3.3 D24m鋼便梁架設(shè)和托梁施工
便梁用軌道車封鎖點(diǎn)內(nèi)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝，注意在軌道與鋼枕間加墊絕緣橡膠墊塊，以免出現(xiàn)紅光帶。便梁架設(shè)后托梁為常規(guī)施工技術(shù)，不再贅述。
3.4 邊墻施工
邊墻為C30混凝土，采用大塊模板，分段分側(cè)澆筑。注意靠線路一側(cè)模板及支架安裝位置，避免發(fā)生侵限，邊墻頂面嚴(yán)格按H型鋼尺寸及位置預(yù)留“U”形槽。
3.5 H型鋼拱架的制安
（1）為保證型鋼拱架的精度，鋼拱架采用廠內(nèi)彎制成型，出廠前均進(jìn)行試拼裝，并對(duì)各單元節(jié)逐一編號(hào)。
（2）拱架型鋼下翼緣板及腹板按設(shè)計(jì)預(yù)鉆安裝鋼纖維混凝土板的M20螺栓孔和φ14縱向鋼筋安裝孔。
（3）先安裝正交段鋼拱架，最后安裝斜交段拱架。拱架采用25t汽車起重機(jī)旁位封鎖點(diǎn)內(nèi)安裝。第一榀拱架的安裝至關(guān)重要，拱架就位后，調(diào)整垂直度，用鋼管支撐拱架，并通過(guò)鋼筋和邊墻頂預(yù)埋的連接鋼筋角施焊拉結(jié)，第一榀鋼拱架就位后，立即吊裝第二榀，位置調(diào)整好后榀間用鋼筋水平焊接，每側(cè)2道以上，以保證安裝后的整體穩(wěn)定性。
（4）鋼拱架在現(xiàn)場(chǎng)提前拼裝好，保證封鎖點(diǎn)內(nèi)吊裝進(jìn)度。
3.6內(nèi)模安裝及混凝土澆筑
（1）纖維混凝土內(nèi)模委托廠家預(yù)制，四角的螺栓孔精確預(yù)留，以便安裝內(nèi)模。
（2）型鋼鋼架分三個(gè)單元制作，各單元節(jié)連接鋼板處的內(nèi)模板異形內(nèi)模。
（3）纖維混凝土板安裝時(shí)從兩側(cè)自下而上對(duì)稱進(jìn)行，固定內(nèi)模的螺栓螺帽向上。
（4）內(nèi)模安裝完成后，模板與模板之間小縫隙采用膩?zhàn)臃舛?，模板與鋼拱架之間縫隙采用水泥砂漿封閉。
（5）內(nèi)模、擋頭模安裝完成后，安裝明洞結(jié)構(gòu)鋼筋和外模板，在封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行拱部混凝土的澆筑，拱部混凝土澆筑左右對(duì)稱進(jìn)行。
3.7洞內(nèi)掛網(wǎng)噴射混凝土
拱部混凝土澆筑完畢，掛網(wǎng)噴射混凝土封閉型鋼拱架和纖維混凝土板。
4.安全措施
該鐵路電氣化改造前每天行車10對(duì)，行車密度不大，列車間隙時(shí)間長(zhǎng)。即便如此，拱形隧道接長(zhǎng)施工，是在線路封鎖+慢行的條件下進(jìn)行的，如何在保證行車安全的前題下合理安排各工序作業(yè)是隧道接長(zhǎng)施工的重點(diǎn)。營(yíng)業(yè)線施工按《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》，堅(jiān)持“施工不行車、行車不施工”的原則。H型鋼鋼架安裝、鋼纖維混凝土內(nèi)模安裝、拱部鋼筋綁扎、混凝土澆筑等關(guān)鍵工序要點(diǎn)封鎖線路施工。若利用列車間隙施工，按要求派駐站聯(lián)絡(luò)員，提前通知現(xiàn)場(chǎng)設(shè)安全員和防護(hù)員，隨時(shí)做到“車來(lái)機(jī)?！?、人員、料具提前下道。
5.結(jié)語(yǔ)
該鐵路太陽(yáng)山隧道接長(zhǎng)工程，工程量大、施工工期緊、行車干擾大。這項(xiàng)基于行車安全、方便施工的無(wú)支架隧道接長(zhǎng)施工技術(shù)，值得同條件下類似工程借鑒。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：活性粉末混凝土；箱梁；抗彎性能；剪力滯效應(yīng)；裂縫；變形
中圖分類號(hào)：U448.35 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
0 引 言
活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）作為超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete，UHPC）的一種，具有強(qiáng)度高、韌性大和耐久性能優(yōu)異等特點(diǎn)，且在熱養(yǎng)護(hù)條件下幾乎沒有收縮，在長(zhǎng)期荷載作用下的徐變也很小（僅為普通混凝土的1/10左右）[1]。RPC的工程應(yīng)用可望解決普通混凝土橋梁所面臨的結(jié)構(gòu)自重過(guò)大、跨越能力受限和耐久性不足等問題，其應(yīng)用研究已引起土木工程界的極大關(guān)注并已應(yīng)用到一些人行橋和中、小跨徑的車行橋中[2-3]，在大跨橋梁中的應(yīng)用研究也已逐步開展[4-6]。此外，混凝土箱梁結(jié)構(gòu)以其良好的空間受力性能在橋梁工程中應(yīng)用廣泛，而RPC箱梁非常適于構(gòu)成大跨混凝土橋梁的主梁，因此RPC箱梁亦具有良好的應(yīng)用前景。在大跨混凝土箱梁橋中，除縱向預(yù)應(yīng)力筋外，一般還在腹板和頂板分別配置豎向抗剪和橫向抗彎的預(yù)應(yīng)力筋而形成箱梁內(nèi)的三向預(yù)應(yīng)力體系。頂板內(nèi)存在的橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)箱梁縱向抗彎性能的影響目前鮮見研究。
文獻(xiàn)[7]提出了鋼筋RPC梁正截面抗裂計(jì)算公式，建議截面抵抗矩塑性影響系數(shù)可取為1.65（矩形截面）和1.90（T形截面）；文獻(xiàn)[8]進(jìn)行了3根鋼筋RPC矩形截面梁的抗彎性能試驗(yàn)并提出了相應(yīng)的正截面承載力計(jì)算公式，將受壓區(qū)RPC的應(yīng)力分布等效為矩形應(yīng)力圖形計(jì)算；文獻(xiàn)[9]基于有限元分析結(jié)果建立了RPC梁的正截面承載力計(jì)算公式，將受壓區(qū)混凝土應(yīng)力近似為三角形分布；文獻(xiàn)[10]對(duì)預(yù)應(yīng)力RPC的T形梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，提出了預(yù)應(yīng)力RPC的T形梁開裂彎矩和極限彎矩的計(jì)算方法，并建議預(yù)應(yīng)力RPC的T形梁的塑性系數(shù)γ=1.53；文獻(xiàn)[11]通過(guò)6根鋼筋RPC矩形截面梁抗彎性能試驗(yàn)研究，建立了考慮截面受拉區(qū)拉應(yīng)力貢獻(xiàn)的正截面承載力計(jì)算公式和反映鋼筋RPC梁自身受力特點(diǎn)的剛度及裂縫寬度計(jì)算方法；文獻(xiàn)[12]對(duì)鐵路預(yù)應(yīng)力RPC箱梁進(jìn)行了使用荷載下受力性能的試驗(yàn)研究；文獻(xiàn)[13]對(duì)跨徑為24 m的預(yù)應(yīng)力RPC梁進(jìn)行了試驗(yàn)，梁中除了預(yù)應(yīng)力筋外沒有配其他鋼筋，其混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到了207 MPa，極限撓度達(dá)到了480 mm。目前各國(guó)學(xué)者對(duì)RPC梁的正截面受力性能進(jìn)行了較多研究，但主要針對(duì)T形梁和矩形截面梁，對(duì)RPC箱梁的研究很少且均未涉及箱梁頂板橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)梁抗彎性能的影響?；诖?，本文通過(guò)對(duì)2片預(yù)應(yīng)力RPC箱梁進(jìn)行受彎試驗(yàn)，研究預(yù)應(yīng)力RPC箱梁的正截面抗彎性能及橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)其抗彎性能的影響。
1 試驗(yàn)概況
1.1 試件制作
共制作2片截面尺寸相同的預(yù)應(yīng)力RPC箱梁，梁編號(hào)分別為A1和A2，截面尺寸如圖1所示。梁長(zhǎng)5.0 m，計(jì)算跨徑4.76 m，梁高500 mm，頂板寬600 mm，頂板厚70 mm，腹板厚60 mm，腹板高350 mm，底板寬400 mm，底板厚80 mm。在梁端部設(shè)置150 mm厚的橫隔板。為研究橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)抗彎性能的影響，試驗(yàn)梁A2跨中純彎區(qū)段頂板布置了8根間距為150 mm的后張橫向預(yù)應(yīng)力筋，見圖2。
試驗(yàn)梁采用的RPC中水泥、硅灰、石英砂、減水劑的配合比為1.00∶0.25∶1.4∶0.072，水膠比為0.20，鋼纖維體積摻量為2%。水泥采用P.O 52.5普通硅酸鹽水泥；石英砂粒徑為0.4～0.6 mm；采用可溶性樹脂型高效減水劑，其摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為2%，減水率為25%；鋼纖維采用鍍銅光面平直鋼纖維，其直徑為（0.16±0.005） mm，長(zhǎng)度為（12±1） mm，抗拉強(qiáng)度大于2 000 MPa，體積摻量為2%。試驗(yàn)梁澆筑完成后采用塑料薄膜覆蓋其表面，在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)其進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)梁澆筑時(shí)預(yù)留100 mm×100 mm×100 mm的立方體試塊和100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體試塊，用于測(cè)
圖2 試驗(yàn)梁A2立面及配筋（單位：mm）
Fig.2 Elevation and Reinforcement of Test Beam A2 （Unit：mm）試RPC的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和彈性模量，測(cè)試結(jié)果見表1，其中配筋率包含縱向預(yù)應(yīng)力筋。張拉齡期為50 d，試驗(yàn)齡期為120 d。
試驗(yàn)梁A1底板縱向布置5根直徑16 mm的HRB400鋼筋及6根Φ15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線；頂板縱向布置10根直徑10 mm的HRB400鋼筋，橫向布置間距150 mm、直徑10 mm的HRB400鋼筋；腹板每側(cè)縱向布置4根間距100 mm、直徑8 mm的HRB335鋼筋；沿梁長(zhǎng)布置間距100 mm、直徑12 mm的HRB400箍筋，試驗(yàn)梁配筋情況如圖2所示。梁A2除在跨中純彎區(qū)段頂板橫向不配置普通鋼筋及僅布置8根間距為150 mm、直徑16 mm的HRB400鋼筋作為橫向預(yù)應(yīng)力筋外，其余配筋情況與試驗(yàn)梁A1一致，橫向預(yù)應(yīng)力筋兩端加工成絲桿以形成螺絲端桿錨具進(jìn)行錨固。鋼筋的力學(xué)性能如表2所示。
1.2 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置
試驗(yàn)梁上布置如圖3所示的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。頂板和腹板底部布置的縱向平均應(yīng)變計(jì)（標(biāo)距為300 mm的引伸儀）用來(lái)測(cè)量縱向預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)的應(yīng)變變化；頂板布置的橫向混凝土應(yīng)變片用來(lái)測(cè)量橫向預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)的應(yīng)變變化；跨中截面布置縱向混凝土應(yīng)變片和縱向、橫向平均應(yīng)變計(jì)用來(lái)測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中的應(yīng)變變化。
1.3 預(yù)應(yīng)力張拉及測(cè)試
每片試驗(yàn)梁底部布置6根后張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線，采用金屬波紋管成孔，通過(guò)BM-3錨具進(jìn)行錨固。試驗(yàn)梁澆筑50 d后張拉，采用力傳感器測(cè)量張拉力并測(cè)試張拉過(guò)程中各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變?？v向預(yù)應(yīng)力筋張拉后進(jìn)行橫向預(yù)應(yīng)力筋張拉，參考目前箱梁橋的工程實(shí)際，頂板內(nèi)的橫向預(yù)壓應(yīng)力目標(biāo)值按3 MPa控制。
為保證混凝土預(yù)壓應(yīng)力分布均勻，在橫向預(yù)應(yīng)力筋兩端錨具下布置如圖3所示剛度較大的鋼墊板。預(yù)應(yīng)力張拉后，采用高性能灌漿料對(duì)縱向和橫向預(yù)應(yīng)力筋孔道進(jìn)行灌漿，灌漿時(shí)留取70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體試塊并進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)，試驗(yàn)前的強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表1所示。試驗(yàn)后，鑿開預(yù)應(yīng)力筋管道發(fā)現(xiàn)灌漿質(zhì)量良好。
縱向、橫向預(yù)應(yīng)力張拉后、外荷載施加前各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)結(jié)果見表3，記受壓為“-”，受拉為“+”。試驗(yàn)梁A1，A2跨中截面上、下緣縱向預(yù)應(yīng)力（由實(shí)測(cè)應(yīng)變乘以實(shí)測(cè)彈性模量得到）分別為2.25，2.71，-10.98，-10.84 MPa；頂板內(nèi)的橫向預(yù)應(yīng)力為-2.95 MPa。
1.4 加載方式與測(cè)試內(nèi)容
試驗(yàn)加載裝置如圖4所示。兩點(diǎn)對(duì)稱加載，加載點(diǎn)均距跨中400 mm， 每一加載點(diǎn)處千斤頂下設(shè)
有分配梁將荷載直接傳至腹板，采用力傳感器控制加載大小。加載過(guò)程中的測(cè)試內(nèi)容為：
（1）撓度測(cè)試。在跨中、加載點(diǎn)及支座處布置位移傳感器，獲取試驗(yàn)梁的荷載-撓度曲線。
（2）裂縫觀測(cè)。加載過(guò)程中對(duì)裂縫的發(fā)展和寬度進(jìn)行測(cè)量。
（3）應(yīng)變測(cè)試。利用跨中截面頂板粘貼的縱向應(yīng)變片和縱向、橫向平均應(yīng)變計(jì)測(cè)試不同位置的應(yīng)變。
采用分級(jí)加載，試驗(yàn)梁開裂前以25 kN為一級(jí)加載至近開裂荷載，然后以10 kN為一級(jí)加載直至混凝土開裂。梁開裂后，以25 kN為一級(jí)加載，每級(jí)加載完持荷3 min，接近極限荷載時(shí)以3 mm為一級(jí)進(jìn)行位移控制加載，當(dāng)出現(xiàn)頂板混凝土壓碎時(shí)認(rèn)為其達(dá)到破壞，隨后開始卸載。2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1 試件破壞形態(tài)及裂縫分析
梁A1加載到155 kN時(shí)（荷載值為一側(cè)千斤頂下的測(cè)力計(jì)讀數(shù)，下文同），在跨中純彎區(qū)段出現(xiàn)豎向裂縫；繼續(xù)加載，在剪彎區(qū)段出現(xiàn)斜裂縫，裂縫寬度和長(zhǎng)度均隨荷載增大而增加，靠近一側(cè)加載點(diǎn)處的1條豎向裂縫逐漸延伸到翼緣板形成臨界裂縫。加載至496.5 kN時(shí)，頂板形成不規(guī)則的貫通裂縫，頂板混凝土壓碎而破壞，試驗(yàn)梁破壞時(shí)裂縫形態(tài)如圖5（a），（b）所示。梁A2加載至157 kN時(shí)，在跨中純彎區(qū)段出現(xiàn)豎向裂縫；繼續(xù)加載，其裂縫開展和荷載變化與試驗(yàn)梁A1相似，當(dāng)加載至503.9 kN時(shí)，頂板處混凝土壓碎并在頂板形成貫通的橫向裂縫，破壞時(shí)裂縫形態(tài)如圖5（c），（d）所示。橫向預(yù)應(yīng)力的施加對(duì)試驗(yàn)梁的破壞形態(tài)沒有明顯影響。
試驗(yàn)梁RPC內(nèi)的鋼纖維使裂縫分布密集且裂縫間距較小，梁A1，A2裂縫分布如圖6，7所示。彎曲裂縫在縱向鋼筋處的裂縫間距約為50 mm，如表4所示。試驗(yàn)梁最大裂縫寬度隨荷載的變化如圖8所示。相同荷載下，2片試驗(yàn)梁的最大裂縫寬度相近。
式中：ωmax為不考慮鋼纖維影響的普通鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的最大裂縫寬度，可按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010―2010）計(jì)算；βcw為裂縫寬度的鋼纖維影響系數(shù)，宜通過(guò)試驗(yàn)確定；λf為鋼纖維含量特征值，λf=ρflf/df，ρf為鋼纖維體積率，lf為鋼纖維長(zhǎng)度，df為鋼纖維直徑或等效直徑，本文試驗(yàn)中取λf=1.5。
《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 38：2004）中規(guī)定當(dāng)鋼纖維混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于CF45時(shí)，對(duì)于采用高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度不小于1 000 MPa）異形鋼纖維的受彎構(gòu)件，可取βcw=0.5。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對(duì)于采用高強(qiáng)度鍍銅光面平直鋼纖維時(shí)的RPC，建議取βcw=0.4，結(jié)果比較見圖8。
參照式（1），假定平均裂縫間距l(xiāng)fm跟ωfmax有類似的計(jì)算公式，即
lfm=lm（1-βflλf）
（2）
式中：lm為不考慮鋼纖維影響的普通鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的平均裂縫間距，可按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010―2010）計(jì)算；βfl為鋼筋鋼纖維混凝土構(gòu)件平均裂縫間距的鋼纖維影響系數(shù)。
基于試驗(yàn)梁平均裂縫間距的實(shí)測(cè)結(jié)果，對(duì)于采用高強(qiáng)度鍍銅光面平直鋼纖維時(shí)的RPC，計(jì)算時(shí)可取βfl=0.4。
2.2 荷載-撓度曲線
連續(xù)采集的試驗(yàn)梁截面荷載-跨中撓度曲線見圖9，試驗(yàn)梁破壞點(diǎn)的荷載及撓度見表5。從圖9可以看出：在跨中撓度達(dá)到其極限變形的約80%之前 ，梁A1，A2的荷載-跨中撓度曲線基本重合，極限
承載力相近。雖然梁A2頂板因橫向預(yù)應(yīng)力的施加使其處于雙軸受壓狀態(tài)，但施加的2.95 MPa橫向預(yù)壓應(yīng)力較小，僅為RPC棱柱體抗壓強(qiáng)度94 MPa的3.1%，根據(jù)文獻(xiàn)[14]可知，在此應(yīng)力比下其雙軸抗壓強(qiáng)度約為單軸抗壓強(qiáng)度的1.05倍，故頂板橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)構(gòu)件這一過(guò)程的受力及截面承載能力的影響不明顯。在預(yù)應(yīng)力筋屈服后采用位移控制加載，故頂板處混凝土壓碎時(shí)（圖9中的D1，D2點(diǎn)），荷載突然降低至圖9中的E1，E2點(diǎn)，梁A1荷載下降33.2%，撓度增長(zhǎng)3.9%；梁A2荷載下降15.6%，撓度增長(zhǎng)1.1%，可見橫向預(yù)應(yīng)力使梁破壞時(shí)的脆性有所改善。對(duì)圖9中的E1，E2點(diǎn)之后進(jìn)行卸載。梁A1，A2均具有良好的變形能力，跨中最大撓度（圖9中的D1，D2點(diǎn)）分別為98，101.7 mm，均超過(guò)梁計(jì)算跨徑的1/50。
2.2.1 延性分析
試驗(yàn)梁為同時(shí)配有預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁，預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的屈服不可能同步，非預(yù)應(yīng)力筋一般先進(jìn)入屈服狀態(tài)。若沿用傳統(tǒng)的極限位移與屈服位移之比來(lái)定義結(jié)構(gòu)的延性不太明確，因此這里采用Naaman等[15]建議的基于能量的延性指標(biāo)定義，即
式中：μ為構(gòu)件的延性指標(biāo)；Etol為總能量，Etol=Eel+Epl，Eel為彈性能量，Epl為塑性能量，其值可根據(jù)圖10所示結(jié)構(gòu)的荷載-撓度（P-Δ）曲線所包圍的相應(yīng)部分面積確定。
圖10中，P1，P2，P3，Pu和Δ1，Δ2，Δ3，Δu分別為混凝土開裂、普通鋼筋屈服、預(yù)應(yīng)力筋屈服和混凝土梁破壞時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載及撓度。
由式（3）所確定的梁A1和A2的延性指標(biāo)分別為3.81和3.92。可見，頂板橫向預(yù)應(yīng)力的施加使頂板混凝土的橫向變形受到約束而導(dǎo)致梁的延性有所提高，梁A2頂板內(nèi)施加2.95 MPa的橫向預(yù)壓應(yīng)力（僅為RPC棱柱體抗壓強(qiáng)度94 MPa的3.1%）后，其延性較梁A1提高2.9%。
2.2.2 撓度計(jì)算
混凝土開裂前的彈性工作階段（圖9中的OA段），全截面參與工作，取截面的短期抗彎剛度Bfs=EcI0，其中，I0為換算截面慣性矩。
截面開裂到普通鋼筋屈服階段（圖9中的AB段），其剛度隨彎矩的增大而減小，參照《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 38：2004），受拉區(qū)開裂后其短期抗彎剛度Bfs可按式（4）計(jì)算，即
Bfs=Bs（1+βBλf）
（4）
式中：Bs為不考慮鋼纖維影響的普通鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的短期剛度，可按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010―2010）計(jì)算；βB為構(gòu)件短期抗彎剛度的鋼纖維影響系數(shù)，宜通過(guò)試驗(yàn)確定。
基于試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于采用高強(qiáng)度鍍銅光面平直鋼纖維時(shí)的RPC，可取βB=0.2。
RPC開裂和普通鋼筋屈服時(shí)的撓度計(jì)算結(jié)果見表6，計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合良好。
2.3 開裂彎矩及極限彎矩計(jì)算
2.3.1 RPC本構(gòu)關(guān)系
本文采用的RPC受壓和受拉時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（圖11）分別如式（5），（6）[11]所示，即
荷載試驗(yàn)值和計(jì)算值；tf3，tf4分別為受拉普通鋼筋屈服時(shí)撓度試驗(yàn)值和計(jì)算值；tp5，tp6分別為抗彎承載力時(shí)荷載試驗(yàn)值和計(jì)算值。
式中：σc，σt分別為RPC的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力；εc，εt分別為RPC相應(yīng)的壓應(yīng)變和拉應(yīng)變；ft為RPC的抗拉強(qiáng)度；ε0，εt0分別為與峰值壓應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變和峰值拉應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變；εcu，εtu分別為RPC的壓、拉極限應(yīng)變；各特征點(diǎn)應(yīng)變可取值為[10-11]ε0=0.003，εt0=0.000 2，εcu=0.004 5；εtu=3εt0。
2.3.2 開裂彎矩計(jì)算
預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的開裂彎矩Mcr為
Mcr=（σ+γmft）W0
（7）
式中：σ為梁底緣的預(yù)壓應(yīng)力；W0為換算截面對(duì)截面受拉邊緣的彈性抵抗矩；ft可取為劈裂強(qiáng)度的75%[13]；γm為受拉塑性系數(shù)，可根據(jù)文獻(xiàn)[11]可取γm=1.38。
試驗(yàn)梁A1，A2計(jì)算結(jié)果見表6，計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合良好。
2.3.3 極限彎矩計(jì)算
極限狀態(tài)時(shí)截面的應(yīng)變、應(yīng)力分布見圖12，其中，bt，bf，bb分別為箱梁頂板、腹板和底板寬度，tt，tb分別為箱梁頂板、腹板和底板高度，xc，xt分別為受壓區(qū)和受拉區(qū)高度，εy，εp分別為頂板達(dá)到極限壓應(yīng)變?chǔ)與u時(shí)受拉區(qū)普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，k為系數(shù)，α，β均為受壓區(qū)等效矩形應(yīng)力圖塊換算系數(shù)，fpy，fsy分別為預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的屈服強(qiáng)度。考慮受拉區(qū)混凝土參與工作，且受壓區(qū)和受拉區(qū)的應(yīng)力分布均采用等效矩形應(yīng)力圖塊。根據(jù)受壓區(qū)-混凝土應(yīng)力合力大小和作用點(diǎn)位置不變的原則，可確定受壓區(qū)等效矩形應(yīng)力圖塊換算系數(shù)α，β分別為0.9和0.75；為簡(jiǎn)便計(jì)算，假定極限狀態(tài)時(shí)受拉區(qū)的拉應(yīng)力均勻分布并取抗拉強(qiáng)度f(wàn)ft=kft。
當(dāng)達(dá)到極限狀態(tài)且中性軸位于頂板時(shí)，則有
αfcbtβxc=fft[bt（tt-xc）+2bftf+bbtb]+
fpyAp+fsyAs
（8）
Mu=fpyAphp+fsyAshs-αfcbtβ2x2c/2+Mt
（9）
受拉區(qū)混凝土的抗彎能力Mt為
Mt=fft[bbtb（h-tb/2）+2bftf（h-tb-tf/2）+
bt（t2t-x2c）/2]
（10）
式中：Mu為截面的極限抗彎能力；，Ap，As分別為預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋截面積；hp，hs分別為受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋重心到頂板的距離；h為箱梁高度；fft=0.5ft[10]。
計(jì)算結(jié)果見表6，計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好且略偏安全。就本文試驗(yàn)梁而言，受拉區(qū)混凝土拉應(yīng)力對(duì)截面抗彎承載能力的貢獻(xiàn)約為8%。
2.4 頂板應(yīng)變
加載過(guò)程中實(shí)測(cè)跨中截面頂板應(yīng)變的橫向分布如圖13所示。由圖13可以看出，箱梁頂板內(nèi)存在較明顯的剪力滯效應(yīng)。
式中：Be為翼緣板的有效分布寬度；B為翼緣板的實(shí)際寬度；t為翼緣板的平均厚度；σmax為翼緣與腹板相交處的最大正應(yīng)力；ρ′f為受壓翼緣有效分布寬度系數(shù)；z為沿跨長(zhǎng)方向的坐標(biāo)；x為沿橫斷面寬度方向的坐標(biāo)。
根據(jù)式（5）可知，RPC受壓的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系將應(yīng)變分布轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的應(yīng)力分布后，可計(jì)算加載過(guò)程中受壓翼緣的有效分布寬度系數(shù)ρ′f（圖14）。由圖14可見：荷載在300 kN以內(nèi)時(shí)，梁A1受壓翼緣的有效分布寬度系數(shù)ρ′f變化較小，其值在0.85左右；荷載超過(guò)300 kN以后，受壓區(qū)混凝土逐漸進(jìn)入明顯的塑性狀態(tài)并在各測(cè)點(diǎn)間發(fā)生應(yīng)力重分布，致使剪力滯效應(yīng)逐漸減弱，受壓翼緣的有效分布寬度系數(shù)逐漸增大至極限狀態(tài)時(shí)的0.91；梁A2頂板內(nèi)因有橫向預(yù)應(yīng)力的存在，使得翼緣板內(nèi)的縱向應(yīng)變?cè)谡麄€(gè)受力過(guò)程中沿橫向的分布較均勻，剪力滯效應(yīng)不明顯，其受壓翼緣的有效分布寬度系數(shù)較梁A1的大且基本穩(wěn)定在0.96左右。這主要是由于梁A2內(nèi)橫向預(yù)應(yīng)力的約束作用對(duì)箱梁頂板的縱向正應(yīng)力有一定的卸載作用所致[16]。
通過(guò)梁跨中截面頂板布置的縱向、橫向平均應(yīng)變計(jì)所測(cè)縱向、橫向應(yīng)變可獲得頂板處混凝土的橫向變形系數(shù)（圖15）。由圖15可見：受拉普通鋼筋屈服前，梁A1的橫向變形系數(shù)變化較小，其值約為0.16，受拉普通鋼筋屈服后，其值逐漸增大至極限狀態(tài)時(shí)的0.25；梁A2的橫向變形系數(shù)在預(yù)應(yīng)力筋屈服前基本保持在0.10左右，其后逐漸減小至極限狀態(tài)時(shí)的0.06，橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)頂板橫向變形的約束明顯且隨橫向變形的發(fā)展，約束作用逐漸加強(qiáng)。
3 結(jié) 語(yǔ)
（1）預(yù)應(yīng)力RPC箱梁具有良好的變形能力，其極限變形可超過(guò)跨徑的1/50。
（2）預(yù)應(yīng)力RPC箱梁裂縫密集，平均裂縫間距較小，正常使用階段的裂縫寬度和短期剛度可參照《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 38：2004）中的相應(yīng)公式計(jì)算，其中的鋼纖維影響系數(shù)βB分別取0.4和0.2。
（3）提出了預(yù)應(yīng)力RPC箱梁正截面抗裂和抗彎承載能力計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合良好。
（4）箱梁頂板的橫向預(yù)應(yīng)力對(duì)截面抗彎承載力的影響較小，但會(huì)使受壓區(qū)混凝土的應(yīng)變分布更加均勻，從而使箱梁頂板受壓的剪力滯效應(yīng)明顯減弱并增加構(gòu)件的延性。
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