游征宇 吴泽海

江西省嘉和工程咨询监理有限公司

摘 要： 在概述玄武岩纤维筋性能的基础上，以某高速公路工程为例，进行了试验段配筋及端部锚固设计分析，并对包括施工准备、筋材施工、端部锚固、混凝土拌和及摊铺施工等在内的施工技术应用要点展开探讨。结果表明，玄武岩纤维复合筋通过高强玄武岩纤维和树脂材料拉挤、缠绕、表面涂覆及复合成型，筋材在抗腐蚀、高轴向抗拉强度、弹性变形及抗疲劳等性能方面均优于钢筋，在提升水泥混凝土路面路用性能的同时，能从根本上解决传统的钢筋混凝土结构腐蚀问题，可在公路路面工程中推广应用。

关键词： 连续配筋;玄武岩纤维筋;水泥混凝土;复合路面;

作者简介： 游征宇（1985—），男，工程师，江西奉新人，从事高速公路施工监理工作。;

0 引言

在水泥混凝土施工时，通常会根据工程实际掺加各种纤维材料，以此来提升水泥混凝土抗弯拉强度，延缓裂缝产生及发展。目前常用的纤维材料包括聚丙烯纤维、碳纤维、玻璃纤维和钢纤维，与以上纤维材料不同的是，玄武岩纤维与混凝土相容性好，阻裂性能优良[1]，且制备好的连续玄武岩纤维筋质轻价廉，在复合路面施工中具有广阔的应用前景。

1 玄武岩纤维筋性能概述

玄武岩纤维（Continuous Basalt Fibre,CBF）将天然火山岩原料在1 450～1 500℃熔融后采用铂铑合金拉丝漏板快速拉制成连续纤维，该材料和超分子量聚乙烯纤维、芳纶、碳纤维等相比，抗压强度和模量高，在-269～700℃环境下性能稳定，抗氧化、抗辐射，适用范围广，性价比高。连续玄武岩纤维筋以玄武岩纤维为增强材料，是以乙烯基酯树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等合成树脂为基材，掺加阻燃剂、引发剂、蚀变剂等辅助剂后经拉挤及特殊表面处理后所形成的新型复合材料[2]，质量轻、强度高、耐腐蚀。通过对连续玄武岩纤维筋和钢筋性能比较可以看出，玄武岩纤维筋抗拉屈服强度是钢筋的2～3倍，密度是钢筋的1/4，热膨胀系数和钢筋相近，但是弹性模量仅为钢筋的1/4～1/5。玄武岩纤维在混凝土中的作用机理及掺入玄武岩纤维前后强度对比具体见图1和图2。

图1 纤维在混合料中增强作用机理 *载下**原图

图2 掺入连续玄武岩纤维前后强度对比 *载下**原图

2 工程应用

2.1 工程概况

某高速公路K15+000—K38+800段采用复合式路面，双向六车道设计。路面自下而上依次为20cm厚的级配碎石层、18cm厚的水稳级配碎石层、4cm厚的细粒式沥青混凝土层、28cm厚的连续配筋水泥混凝土层、6cm厚的细粒式改性沥青混凝土层。连续配筋水泥混凝土路面加铺沥青混合料面层既具有连续配筋水泥混凝土路面优良的承载性能和耐久性，又具有沥青混凝土路面行车舒适的优势，属于黑白并举、刚柔并济、优势互补的新型路面结构形式。

2.2 试验段设计

2.2.1 配筋设计

为进行连续玄武岩纤维筋水泥混凝土工程性能的验证，通过连续玄武岩纤维筋取代钢筋，并以起讫桩号K30+580.3—K30+873段（292.7m）和K31+143.5—K31+501.7(358.2m）段为试验段，双向共4段，按照不同配筋率进行试验段设计指标设置，具体见表1。由表中设计结果可知，试验段采用的配筋率较小，玄武岩纤维筋弹性模量也较小，故对应的裂缝间距和裂缝宽度均较大，然而玄武岩纤维筋不会发生锈蚀，且沥青罩面层的加铺对雨水下渗起到阻止作用，所以裂缝宽度较大也不会影响复合路面使用性能[3]。

表1 试验段设计指标设置 *载下**原图

2.2.2 端部锚固设计

玄武岩纤维筋抗弯折性能不良，制备和施工期间不能像钢筋一样弯曲，故必须加强处理端部与毛勒缝、地锚梁等的连接。在施工过程中，可以在试验段端部用钢筋取代玄武岩纤维筋，并通过特制钢胶和玄武岩纱*绑捆**固定玄武岩纤维筋和钢筋配筋，再将钢筋与毛勒缝和地锚梁连接。为保证路面长期使用性能，必须加强玄武岩纤维筋和钢筋之间的黏结，一旦两者发生脱离，必然影响路面配筋的连续性。本路面工程可以通过黏结材料的选择及结构优化设计预防玄武岩纤维筋和钢筋脱离，具体而言，应通过室内抗拉试验进行材料黏接强度试验，并在玄武岩纤维筋和钢筋黏结施工时错开绑扎固定。

根据室内试验结果，钢胶搭接长度分成180mm、250mm和600mm三种，前两种搭接长度下待钢胶达到设计强度后展开试验，所得破断力依次为32.8kN和30.7kN，玄武岩纤维筋强度分别为1 064MPa和1 002MPa；而第三种搭接长度下的试件在灌胶4h后进行性能试验时尚未达到设计强度，破断力仅为10.9kN，玄武岩纤维筋强度为378MPa，断裂面正好为胶结处，故待钢胶达到设计强度后，这种搭接长度有效。

2.3 试验段施工

2.3.1 施工准备

试验所确定的混凝土配合比为水泥∶细集料∶粗集料∶拌和用水∶外掺材料∶外加剂=339∶648∶1275∶145∶65∶6.54；混凝土初凝和终凝时间依次为4h和10h。按照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30—2015）及滑模摊铺机性能，塌落度控制在30～50mm，在使用SP-850型摊铺机摊铺施工的过程中，按35mm控制实际塌落度。

施工开始前还必须按照施工进度储备原材料，调试拌和楼并进行混凝土试拌；将长臂挖机、侧上料机、滑模摊铺机等小型施工机具运抵现场后进行性能调试和检测，确保施工性能处于最佳状态。通过实际生产能力在120m3/h以上的大型拌和楼集中拌制混凝土。此外，采用德国产SP-850型滑模式水泥混凝土摊铺机，该摊铺机设计摊铺宽度2.5～9.0m，摊铺厚度45mm，发动机功率150kW，行走速度及摊铺速度为0～20m/min和0～9m/min，整机质量46 000kg。连续配筋水泥混凝土复合路面施工所需的机械配置情况详见表2。

表2 施工机械配置 *载下**原图

2.3.2 筋材施工

与普通水泥混凝土路面施工内容不同，连续配筋路面必须先进行筋材网的制安与定位，筋材网质量直接影响微裂缝数量、间距及路用性能。按照设计尺寸预制横纵向筋材后运输至施工现场，必须注意的是，玄武岩纤维筋弹性模量低，应按照2.7m左右的直径卷曲运输，拆封时应防止纤维筋弹性过大而伤人。待完成模板安装后安装筋材网，安装时先按设计尺寸将横向筋材设置在底层，再布置纵向筋材，待板厚方向纤维筋高度确定后绑扎成型。

为确保筋材安装高度符合设计要求，应提前采用钢筋制作筋材网支架，施工开始后将支架置于横向筋材下方，再将纵向筋材绑扎于上，形成结构稳固的筋材网。

2.3.3 端部锚固施工

根据设计，端部锚固时通过玄武岩纤维绑扎玄武岩纤维筋材和钢筋，并灌注钢胶，为保证胶结强度，应将胶结部位暴露于空气中至少8h。因玄武岩纤维筋抗折性能不良，无法作为增强筋而弯曲，应进行端部玄武岩纤维筋和毛勒缝、地锚梁连接处的特殊处理，即用纤维筋取代端部区域玄武岩纤维筋，并通过特制钢胶和玄武岩纱绑扎，最后与毛勒缝、地锚梁连接。

2.3.4 混凝土拌和

结合拌和楼生产能力及混凝土和易性所确定的混凝土最短拌和时间为120s，拌和过程中应加强材料含水量、水灰比、搅拌时间、塌落度等的控制，高温天气下混凝土出料温度保持在10～35℃。拌和完成的混凝土每100m3均应进行塌落度、凝结时间、表观密度、压力泌水、含气量抽检和试验。检测合格的混凝土材料由自卸车运输至施工现场，为防止运输期间发生滴漏，必须在车厢内铺垫塑料薄膜；装料后通过油布覆盖，避免水分散失。按照该复合路面施工时的环境温度和天气状况，混凝土从拌和楼出料至摊铺结束的时间不能超出1.5h。

钢筋网片提前完成安设，自卸车应从另外的路面板位置倒车至卸料平台，并将混凝土料缓慢、匀速卸至钢筋网片内，避免卸料过程中材料推挤钢筋网片。根据卸料进度缓慢前移卸料平台，并通过长臂挖机将卸好的料均匀摊铺开；此后再后移卸料平台至前次停机位置，采用同样方式卸下一车混凝土料。

2.3.5 混凝土摊铺

摊铺施工按照浇筑、振捣、收浆、抹面、拉毛的次序进行，摊铺开始前应确保摊铺机振动棒下缘位于挤压板最低点以上，按照35cm的横向间距均匀排列；两侧边缘振动棒和摊铺边缘的距离不能超出15cm。摊铺开始后，将基准线分别设置在摊铺宽度两侧，待摊铺机就位后将其滑模板降落至基准线以形成基准面，再调整高程传感器和导向传感器就位，准确度检查无误后开始摊铺。在开始摊铺后的5～30m内测量复核摊铺路面标高、中线、横坡度等施工参数，摊铺机操作员结合测量结果在摊铺机行进中缓慢调整传感器，并校准路面高程和横坡。

滑模摊铺机运行过程必须缓慢匀速、连续，避免出现料多追赶及随意停机现象，根据混凝土塌落度、供料能力及摊铺机械性能，应将摊铺速度控制在0.8～1.5m/min范围内。当混凝土性能发生改变后必须先调整摊铺机振捣频率，再相应改变摊铺速度。摊铺施工开始后，操作员必须实时调整松方高度和进料位置，正常状态下应将振动仓内料位控制在高出振动棒10cm处，料位上下波动幅度不得超出±4cm。

为保证混凝土摊铺振捣的密实性，避免发生过振、漏振及欠振，应结合机械性能将振捣器振频控制在21 000r/min左右。滑模摊铺机操作员应根据混凝土塌落度，实时调整摊铺速度及振频，当混凝土塌落度高时，应适当加快摊铺速度，降低振动频率；而当混凝土塌落度较低时，减缓摊铺速度，提升振动频率。摊铺后的复合路面如果存在气泡及拱包等现象，必须适当减缓摊铺速度，提升振捣频率，并降低进料门控制高度[4]。待摊铺机起步后开启振动棒连续振捣2～3min，而当摊铺结束且脱离混凝土后，及时将振动棒关闭。

待完成混凝土摊铺后，紧跟喷洒缓凝剂，具体采用压入喷洒方式，喷洒量控制在0.25kg/m2，喷洒后利用塑料布覆盖保湿养生。摊铺9h后还应通过强力清刷机刷毛处理，刷毛沿路线方向从一侧向另一侧匀速进行，根据设计，刷毛处理4遍效果最佳；此后通过高压水枪将处理后的混凝土路面砂浆、石子等彻底清除。

2.3.6 切缝、灌缝、养生

纵向缩缝切缝时间不得超出48h，且越早越好，切缝前应通过经纬仪准确测量缝位，并使用墨线弹出标记，用于指导切缝施工。此后借助手推式切缝机按照4cm厚度切缝，完成后通过清水冲洗，并待混凝土板养生期结束后及时灌缝。

根据工程所在地区气候情况，采用喷洒养生剂且覆盖塑料膜保湿的方式养生，塑料薄膜厚度适中，两侧宽度均应超出覆盖面60cm，并在薄膜上覆盖细砂。混凝土表面湿润时间及覆盖细砂时间不少于7d和28d。

3结语

根据工程应用结果，玄武岩纤维筋由多股连续长纤维和基材胶结而成，并通过特制模具挤压拉拔成型；玄武岩纤维筋材料与传统钢筋相比，质轻且强度高，其质量是普通钢筋的1/5，但强度是普通钢筋的6倍，热膨胀系数与普通水泥混凝土基本一致。连续配筋水泥混凝土复合路面可充分利用工程所在地碎石、粉煤灰等材料，取得较高的社会效益和经济效益。本文所提出的玄武岩纤维筋价格低廉，原材料丰富，在公路工程复合路面施工中具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 陈梦霞，吴霞.连续配筋混凝土路面施工问题探讨[J].交通建设与管理，2022(2):104-105.

[2] 曹文娟.连续配筋混凝土路面在重载交通路面设计中的应用——以上隍路维修工程为例[J].工程技术研究，2022(7):197-199.

[3] 周舟，王骁帆.连续配筋混凝土路面温湿翘曲效应的敏感性分析[J].公路交通技术，2022(1):68-73.

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