摘要：桥梁伸缩缝是桥梁结构的薄弱部分，为此要基于桥梁结构特点提出一种无缝化的方案，在原有桥梁设计的伸缩缝处填充延性较好的复合纤维材料——纤维增强水泥基复合材料，通过材料的变形吸收温度效应带来的桥梁结构变形现象，提高桥梁结构的性能，消除桥梁伸缩缝带来的不良影响。
关键词：复合纤维；桥梁伸缩缝；纤维增强水泥基复合材料
纤维增强水泥基复合材料是一种超高韧性、高抗拉、高抗裂性能的复合纤维，能够较好地应用于桥梁伸缩缝施工之中，通过纤维增强水泥基复合材料自身的拉伸压缩变形作用，吸收桥梁主梁结构的变形，提高桥梁结构的抵抗灾害能力。
一、复合纤维在桥梁伸缩缝的应用概述
1、普通纤维增强水泥基复合材料的应用
钢纤维的强度极高，弹性模量较大，将其应用于混凝土之中能够有效提高抗渗能力，降低收缩率，提高韧性和延性。然而这种材料有其不足之处，对于搅拌设备的要求较高，添加值超过其阈值时会出现分散性差、稠度高、搅拌困难的现象，增加混凝土的自重，不利于混凝土结构构件的受力。
玻璃纤维混凝土整合混凝土材料和玻璃纤维的特性，提高复合材料的强度和韧性，体现出良好的成型工艺性能，适用于制造不同的预制构件。然而其缺陷在于耐碱性差，在暴露于空气的条件下会降低其强度和韧性，缺乏推广应用价值。
碳纤维是一种高强度、高模量的材料，碳纤维增强混凝土是新型的水泥基复合材料，在水泥基体中加入一定量的碳纤维而制成，当碳纤维的体积掺量仅为0.2%-0.4%时时，就可以达到较高的抗拉强度和抗冲击性能，温度敏感性和受压敏感性较高；当碳纤维体积掺量增至2%-3%时，可以大幅提高碳纤维混凝土的抗弯拉强度，并使韧性提高20倍。然而其不足之处在于易于老化，脆性较大，成本昂贵。
2、高性能纤维增强水泥基复合材料的应用
水泥基复合材料是超韧性高性能的纤维增强水泥基复合材料，以水泥、砂、水、矿物掺合料和化学外加剂作为基体，以高强高弹模短纤维作为增韧材料，硬化之后成为新型高性能纤维增韧水泥基复合材料（ECC）。其在工程中的实际应用主要包括有：（1）无伸缩缝桥面板。由于桥梁结构的伸缩缝是薄弱环节，极易出现伸缩变形而导致内部钢筋锈蚀的现象。为此可以采用ECC替代普通混凝土，减少配筋率，满足桥梁伸缩变形的需求。（2）ECC－钢混杂结构。采用40mm厚的ECC材料替代桥面板上的沥青混凝土面层，以平板销钉加以固定，确保ECC与钢板面板的牢固连接，增强桥梁的刚度、承载能力和应力。（3）高层抗震结构。ECC复合材料有极高的韧性和形变吸收能力，适用于有抗震要求的桥梁结构。（4）桥梁面板修复。可以采用ECC进行桥梁面板的修复，利用ECC材料的多点开裂性能和良好的耐久性，提高桥梁面板的修复效果。
二、纤维增强水泥基复合材料在桥梁伸缩缝施工中的应用
纤维增强水泥基复合材料以水泥、砂浆、填料为基材，以非连续的短纤维或连续的长纤维增强材料组合而成，用于遏止水泥基体材料中初始微裂缝的扩展，承受桥梁结构的部分拉应力，提高桥梁结构的抗拉、抗压、抗裂性能。
1、试验设计
选取水泥、砂、水、矿物掺合料和化学外加剂作为基体，水泥和粉煤灰作为复合胶凝材料，石英砂、合成纤维、水和减水剂作为填料，纤维作为增韧材料，制作成纤维增强水泥基复合材料，体现出阻裂、防渗、增强、增韧的性能。
试验测试方法包括有：（1）抗折、抗压试验。采用标准胶砂试验所用试件尺寸进行抗折、抗压试验，抗折试验的加载速度为50N/S，抗压试验的加载速度为2.4KN/S，通过计算机自动控制加载测试，实时采集和输出实验数据。（2）直接拉伸试验。采用与试件尺寸相同的夹具加载装置，进行试件的直接拉伸试验，获悉纤维增强水泥基复合材料的多缝开裂和伪应变－硬化特性。（3）四点弯曲试验。
2、复合纤维在桥梁伸缩缝施工的改善方法应用
纤维增强水泥基复合材料填充于桥梁伸缩缝处，能够承受桥梁上部结构温差效应而产生的变形量，并以其优良的抗裂性能提高其工程施工应用效果，在外力的荷载作用下会产生细微的开裂裂缝，表现出材料的优良抗渗特性，并能够在环境中进行二次水化反应，体现出优良的耐久性能和自我修复能力。具体改善方法包括有：
（1）添加聚丙烯纤维
原有的桥梁伸缩缝混凝土之中采用钢纤维材料，尽管该材料能够增强伸缩缝混凝土的抗弯拉强度，然而其难以在混凝土中均匀分散，且表面抗裂性能较差。为此，可以在钢纤维材料中采用添加聚丙烯纤维的措施，改善混凝土的均质性，充分发挥聚丙烯纤维密度小、分散均匀度好、不易下沉的优势性能，增强纤维之间的黏结力，使纤维和混凝土材料形成完整的整体，规避混凝土的微裂缝现象，增强混凝土表面的抗裂性能。
（2）添加粉煤灰、铁矿渣粉
可以在桥梁伸缩缝混凝土中添加粉煤灰、铁矿渣粉，优化复合纤维的配合比设计，尽量减少水泥用量，降低桥梁伸缩缝混凝土的水化热现象，并保证桥梁结构的抗压性能和抗弯拉强度。在添加粉煤灰和铁矿渣粉的过程中，要充分考虑和选择其坍落度，进行混凝土材料的初步凝结理论计算和试验分析，使入模、出机的坍落度分别为30-50mm、50mm。在实际施工应用中还要进行粗集料级配的合理选择，可以采用双控的方式，引入骨架密实结构粗集料VCR指标和《水泥混凝土路面施工技术细则》，计算粗集料的最佳填隙率，并最终确定不同规格粗集料的最佳掺配比例，即：4.75-9.5mm的粗集料掺配比例为25%，9.5-19mm的粗集料掺配比例为60%，19-26.5mm的粗集料掺配比例为15%，保证良好的填隙效果，使合成混合料的密度最大。
3、加强混凝土施工工艺控制
要对混凝土拌和质量进行管控，考虑到复合纤维的添加量大，混凝土的黏聚性好，必须将混凝土总拌和时间控制在100s以上，所有原材料、纤维掺加量的搅拌时间要控制在60s以上，并注重拌和作业中的计量偏差，使之具有良好的精准度。
还要做好混凝土拌和站的管理，必须由专人称量相关原材料，进行配合比的严格控制，确保拌和水灰比的准确性，合理控制拌和的时间。还要对混凝土质量进行检查，确保混凝土拌合料不存在离析、灰团、纤维抱团等缺陷。在混凝土坍落度试验的过程中，还要进行坍落度的有效控制，确保出机、到场坍落度分别在50-70mm、30-50mm。另外，还要做好混凝土的振捣控制，选取ф50型的插入式振动棒进行振捣作业，保持45°的倾角、50cm的间隔。对于边部和伸缩缝底部钢筋密集区域而言，通常选取ф30型的振动棒进行振捣作业，保持振捣作业的匀速性，并避免漏振现象，增强混凝土的密实度。
4、做好成品后期养护管理
要对成品进行养护管理，在混凝土浇筑终凝后采用双层透水土工布进行全面覆盖，不间断洒水养护14d，确保混凝土表面的湿润。并由专人进行养生，确保土工布覆盖贴合严密，避免采用塑料薄膜覆盖的保水养生方式。
综上所述，桥梁伸缩缝有不同的种类，如：塑性微裂缝、环境收缩裂缝、温度收缩裂缝、应力收缩裂缝等，由于原有的普通钢纤维混凝土材料存在诸多欠缺，为此可以将复合纤维引入到桥梁伸缩缝施工之中，将复合纤维填充于桥梁伸缩缝中，配置成高品质的伸缩缝混凝土，进行材料试验、配比设计、施工工艺控制和管理，减少裂缝的生成，提高桥梁伸缩缝混凝土的质量。
参考文献：
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