基于鋼纖維混凝土施工技術(shù)在路橋工程中的實(shí)踐分析

文/陳石林

1 前言

鋼纖維混凝土施工技術(shù)是一種被廣泛應(yīng)用于當(dāng)代路橋工程的新型技術(shù)，其關(guān)鍵在于對(duì)鋼纖維混凝土材料的應(yīng)用。在我國(guó)公共交通工程規(guī)模越來(lái)越大、建設(shè)要求越來(lái)越高的情況下，傳統(tǒng)的混凝土材料及施工技術(shù)無(wú)法滿足當(dāng)代路橋工程建設(shè)的需要。因此，有必要進(jìn)一步對(duì)鋼纖維混凝土技術(shù)的特點(diǎn)、用法進(jìn)行深入研究，以進(jìn)一步提升路橋工程的施工建設(shè)水平。

2 鋼纖維混凝土施工技術(shù)概述

2.1 技術(shù)概念

鋼纖維混凝土是一種在普通混凝土材料中混入一定比例短鋼纖維，進(jìn)而形成的一種復(fù)合型工程材料。在鋼纖維混凝土中，鋼纖維材料是亂向分布的，不僅可以很好地提升混凝土的強(qiáng)度，還可以有效避免混凝土內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生。通常情況下，該技術(shù)用到的鋼纖維都是通過(guò)冷軋帶鋼剪切鋼釘銑削法制作而成，而混凝土普遍用到的是普通水泥及部分骨料、外摻料制作的混凝土。鋼纖維混凝土施工技術(shù)主要在當(dāng)今路橋工程、大型建筑工程中得到重用，得益于其良好的強(qiáng)度以及抗拉、抗剪能力，可以很好地提升工程的施工質(zhì)量[1]。

2.2 技術(shù)特性

在路橋工程施工中，鋼纖維混凝土施工技術(shù)主要應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)、路面施工之中。在實(shí)際施工過(guò)程中，該技術(shù)的應(yīng)用主要展現(xiàn)出以下幾點(diǎn)特性：其一，擁有良好的力學(xué)性能。得益于傳統(tǒng)混凝土以及鋼纖維摻料的特性，鋼纖維混凝土制成的工程結(jié)構(gòu)體具有很高的物理強(qiáng)度，同時(shí)其抗壓、抗拉、抗彎折強(qiáng)度也特別高。其二，擁有良好的抗沖擊性能[2]。通常情況下，鋼纖維混凝土中鋼纖維含量約為2%左右，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表面，其抗沖擊能力相較于普通混凝土提升100%以上。在路橋工程中，這種特性可以讓工程結(jié)構(gòu)體很好的抵抗溫差、形變?cè)斐傻挠绊憽Ｆ淙蛊诩澳途枚雀撸靡嬗阡摾w維和混凝土組成的特殊結(jié)構(gòu)，由此制成的混凝土結(jié)構(gòu)體的抗疲勞能力更強(qiáng)，可以很好地延長(zhǎng)路橋工程使用壽命。

3 鋼纖維混凝土施工技術(shù)應(yīng)用中的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 材料構(gòu)成及配比

鋼纖維混凝土材料的主要構(gòu)成材料包括水泥、鋼纖維、砂、外加劑、水等，其中外加劑的使用要根據(jù)實(shí)際工程需求而定。在路面工程施工中，對(duì)鋼纖維混凝土的基本要求是強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，同時(shí)還要具有比較好的耐磨性、抗?jié)B性。所以，普遍會(huì)選擇性能較好的硅酸鹽水泥，并且將混凝土中水泥的用量保證在每立方米400kg 以上。同時(shí)，要選用細(xì)度模數(shù)在1.5～3.0 范圍內(nèi)的河砂，并使用無(wú)污染水進(jìn)行混合攪拌。

針對(duì)鋼纖維混凝土配合比的控制，要結(jié)合傳統(tǒng)工藝經(jīng)驗(yàn)以及工程現(xiàn)場(chǎng)具體環(huán)境特點(diǎn)。在我國(guó)多數(shù)地區(qū)的路橋工程施工中，鋼纖維混凝土的相關(guān)配合比指標(biāo)如下所示：首先，混凝土中鋼纖維材料的含量為0.6～2.0%；其次，混凝土中鋼纖維長(zhǎng)度和直徑應(yīng)當(dāng)分別控制在100cm 和0.5mm 左右，并且要確保鋼纖維中沒(méi)有銹蝕現(xiàn)象，沒(méi)有油污、雜質(zhì)；然后，工程基材強(qiáng)度和鋼纖維材料的強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)保持匹配性，兩者的極限抗拉強(qiáng)度要高于500MPa；另外，需要根據(jù)工程質(zhì)量要求及具體的施工環(huán)境，在混凝土中加入一些減水劑，以改善混凝土的性能，同時(shí)還有助于減少水泥使用量，進(jìn)而減少水熱化現(xiàn)象帶來(lái)的負(fù)面效果，并降低成本[3]。

3.2 混凝土的運(yùn)輸

當(dāng)鋼纖維混凝土材料配制完成之后，如何將其輸送到施工位置，是需要重視的問(wèn)題。通常情況下，鋼纖維混凝土最佳的輸送方式是泵送，有助于讓其在相對(duì)比較穩(wěn)定的環(huán)境中被輸送到施工位置。但是，在部分橋梁工程的施工建設(shè)中，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境無(wú)法支持泵送方式，所以要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，靈活采用更合適的輸送方法。關(guān)于鋼纖維混凝土的輸送，需要堅(jiān)持的原則是避免混入雜質(zhì)，避免過(guò)多顛簸，并將溫度控制在合理范圍之內(nèi)。這主要是為了避免雜質(zhì)及顛簸改變鋼纖維在混凝土中的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，同時(shí)確保混凝土材料的坍落度、含氣量保持在合理的范圍內(nèi)。

3.3 混凝土澆筑和振搗

在混凝土工藝中，澆筑和振搗是施工成形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鋼纖維混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用也是如此。為了保證施工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的澆筑、振搗方式[4]。在倒料之前，要根據(jù)實(shí)際施工安排，計(jì)劃好倒料量，并確保倒料過(guò)程的持續(xù)性，進(jìn)而保證鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的整體性。同時(shí)，在路橋施工的鋼纖維混凝土澆筑中，應(yīng)當(dāng)避免使用插入式的振搗方法，有效避免混凝土發(fā)生集束效應(yīng)。振搗施工期間要確保混凝土中鋼纖維密實(shí)度，避免影響鋼纖維的分布狀態(tài)。在澆筑完成之后，需要做好表面的平整工作，使用專用機(jī)械將露于表面的鋼纖維抹平。

4 鋼纖維混凝土施工技術(shù)在路橋工程中的實(shí)踐分析

4.1 鋼纖維混凝土施工技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用

4.1.1 攤鋪和整平。在道路工程攤鋪之前，需要根據(jù)工程施工要求，配制鋼纖維混凝土。具體來(lái)講，首先將鋼纖維通過(guò)分散機(jī)分散之后，加入攪拌機(jī)，然后加入水泥、外加劑等混凝土材料。在投料攪拌的過(guò)程中，采取先干后濕的方法，先將水泥、骨料及鋼纖維攪拌均勻，再加入水和液體外加劑，避免鋼纖維結(jié)團(tuán)。在攤鋪的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)保證摻合物和混凝土坍落度保持一致。為了確保鋼纖維混凝土澆筑的均勻性，應(yīng)當(dāng)確保攤鋪施工的連續(xù)性，且盡量避開(kāi)天氣變化過(guò)大的時(shí)間。攤鋪完成之后，先使用小型機(jī)械或工具對(duì)混凝土進(jìn)行初步壓實(shí)和整平。再使用壓路機(jī)進(jìn)行多次碾壓，直到達(dá)到施工要求[5]。

4.1.2 振搗。在混凝土振搗環(huán)節(jié)當(dāng)中，將鋼纖維進(jìn)行縱向排列，可以很好地提升混凝土邊緣的密度和強(qiáng)度。針對(duì)干下各位混凝土使用機(jī)械振搗工藝，提高其承載力和密實(shí)度，進(jìn)而讓鋼纖維路面耐久性得到提升。振搗環(huán)節(jié)需要按照一定的順序和頻率進(jìn)行，避免出現(xiàn)過(guò)振、漏振的情況。

4.1.3 修整。在鋼纖維混凝土施工工藝的應(yīng)用當(dāng)中，鋼纖維分布不均、外露都是比較常見(jiàn)的。尤其是道路路面施工中，鋼纖維的外露不符合道路施工的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，在攤鋪、振搗完成之后，需要對(duì)路面進(jìn)行處理，目前比較常用的技術(shù)是壓紋技術(shù)，通過(guò)壓紋機(jī)械，避免路面出現(xiàn)鋼纖維外露的現(xiàn)象。

4.1.4 養(yǎng)護(hù)。在使用鋼纖維混凝土施工技術(shù)完成施工之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)相關(guān)路段進(jìn)行全面封閉，避免行人、車輛對(duì)混凝土造成損傷。同時(shí)，要密切關(guān)注天氣狀況，針對(duì)溫度較高的晴朗天氣，應(yīng)當(dāng)視情況通過(guò)在混凝土表面灑水的方式，避免其內(nèi)外溫差過(guò)大而引起的開(kāi)裂現(xiàn)象。如果有下雨、刮風(fēng)的天氣，應(yīng)當(dāng)使用塑料薄膜對(duì)混凝土表面進(jìn)行覆蓋。通常情況下，養(yǎng)護(hù)時(shí)間需要保證不低于7d，經(jīng)過(guò)檢查確定其達(dá)到應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)之后，再開(kāi)放使用[6]。

4.2 鋼纖維混凝土施工技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

4.2.1 梁體及橋面施工。在橋梁工程施工中，利用鋼纖維施工，可以在滿足梁體強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，降低橋面厚度，滿足更大跨度的橋梁施工需求，同時(shí)還可以減少鋼筋網(wǎng)的使用，節(jié)省建造成本。例如，在京珠高速公路廣珠段的黃瀝大橋工程中，該橋梁總長(zhǎng)2870m，2 座主橋?yàn)檫B續(xù)剛構(gòu)箱梁橋，三段引橋由50m 長(zhǎng)的T形梁構(gòu)成。該橋梁橋面部分為雙向六車道分離式結(jié)構(gòu)，每副橋面凈寬為13.50m。在該橋面的鋪裝施工中，施工單位使用了鋼纖維混凝土技術(shù)，鋼纖維增強(qiáng)總面積超過(guò)4.1 萬(wàn)m2。基于此，施工單位還采用了間距為15cm 的方格鋼筋網(wǎng)與鋼纖維混凝土相結(jié)合，提高橋面強(qiáng)度和可靠性[7]。在本工程中，鋼纖維混凝土構(gòu)筑體的抗壓強(qiáng)度達(dá)到了45.3MPa，體積率為1%，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4.2.2 橋梁結(jié)構(gòu)施工。鋼纖維混凝土得益于良好的強(qiáng)度和支撐效果，在橋梁工程的核心結(jié)構(gòu)施工中，也能夠發(fā)揮重要的作用。例如，在隸屬于三峽工程的聯(lián)沱特大橋工程中，橋梁主跨使用的是47.9m 加115.0m 加47.9m的三跨一聯(lián)的中承式鋼筋混凝土拱橋。其中，在拱腳約8m 長(zhǎng)的范圍之內(nèi)，使用了含量為1.5%的鋼纖維混凝土工藝。在橋梁的墩頂位置，涉及恒隔墻、框架、邊拱結(jié)構(gòu)，因此該位置的盈利狀況比較復(fù)雜。為此，技術(shù)人員在墩頂約4.30m 的范圍之內(nèi)使用了C40 預(yù)應(yīng)力，并且使用了含量為1%的鋼纖維混凝土。另外，在衡量中性軸上部，使用了含量為1.5%的鋼纖維混凝土，使橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度更優(yōu)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)更為合理。

4.2.3 橋梁加固。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，一些已經(jīng)建成的橋梁無(wú)法滿足日常使用的需要，因此部分情況下需要對(duì)橋梁進(jìn)行改造。同時(shí)，在橋梁的管理維護(hù)過(guò)程中，需要對(duì)橋梁出現(xiàn)的老化、裂縫等問(wèn)題進(jìn)行處理，而橋梁加固尤為重要。其中，使用鋼纖維混凝土施工技術(shù)，達(dá)到橋梁加固的目的。例如，北京市著名的西直門、安貞等立交橋自20 世紀(jì)80年代建造已經(jīng)有逾30年的歷史。如今，這些橋梁不同程度上出現(xiàn)了老化、開(kāi)裂的現(xiàn)象，部分橋面出現(xiàn)鋼筋網(wǎng)外露的情況。為此，修復(fù)人員對(duì)這些橋梁進(jìn)行了全面的檢查，制定了相應(yīng)的修復(fù)加固方案。在橋面修復(fù)加固方面，施工單位將橋面普遍開(kāi)裂、凹陷的混凝土層橋面拆除，然后重新鋪設(shè)了鋼筋網(wǎng)，再使用含量為1.5 的鋼纖維混凝土進(jìn)行澆筑。針對(duì)橋墩、墩頂位置，通過(guò)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，灌注含量為1%的鋼纖維混凝土進(jìn)行加固[8]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，如今我國(guó)公共交通工程建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，大量路橋工程在各個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。在當(dāng)代路橋工程的施工中，鋼纖維混凝土施工技術(shù)展現(xiàn)出極高的應(yīng)用價(jià)值，一方面可以提升混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、抗壓、抗拉能力，另一方面還能延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)體使用壽命，同時(shí)有效降低施工成本。因此，相關(guān)施工單位應(yīng)當(dāng)重視對(duì)鋼纖維混凝土施工技術(shù)的深入研究，在路橋工程的施工以及工程修復(fù)、加固中進(jìn)行實(shí)踐，確保施工過(guò)程的規(guī)范性，進(jìn)一步發(fā)揮鋼纖維混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。