道路橋梁施工中鋼纖維混凝土施工技術

李棟臣

（山東華邦建設集團有限公司，山東 濰坊 262500）

1 鋼纖維混凝土特點

與傳統的混凝土結構相比，鋼纖維混凝土材料中添加了鋼纖維，這種復合材料能充分發揮鋼材的延展性作用，實現道路橋梁整體抗裂性能和抗外界沖擊能力的優化，從而提高工程整體質量、延長使用周期。鋼纖維混凝土的特點主要體現在以下幾點：

1.1 強度較高

混凝土強度低、延展性差是導致道路橋梁裂縫病害的主要原因。隨著道路橋梁工程建設規模不斷擴大、結構功能不斷提高，很多道路橋梁對結構整體性能的要求也越來越高。鋼纖維混凝土無論在強度還是延展性上都優于傳統的混凝土結構。鋼纖維混凝土作為混合材料，主要由短鋼纖維和混凝土材料組成。鋼纖維混凝土比傳統混凝土的抗變形能力更強，在同等荷載作用下，結構發生變形的情況更小。通過對鋼纖維混凝土在道路橋梁中的應用分析，發現該結構形式能從很大程度上降低結構裂縫問題。

1.2 良好的抗裂性

將一定數量的短鋼纖維材料添加到普通混凝土材料中，可提高鋼纖維混凝土材料的質量，并控制道路橋梁裂縫、變形等問題。現在車輛通行的數量和荷載都有所增加，如果道路橋梁出現嚴重的裂縫，很容易引發交通安全事故，縮短工程的使用壽命，造成工程整體穩定性不足。通過合理使用鋼纖維混凝土，可改善結構性能，充分發揮其裂縫控制價值，提高工程整體質量和安全水平。

1.3 抗外界沖擊能力強

相比于傳統混凝土，鋼纖維混凝土的抗沖擊和抗壓能力更強，短鋼纖維含量為2%的鋼纖維混凝土的抗沖擊能力提高了大約50倍，顯著提高了道路橋梁整體結構的抗沖擊能力，一旦遇到地震、洪水等自然災害，可充分發揮作用，避免道路橋梁發生變形、坍塌等嚴重事故。

2 鋼纖維混凝土的應用

2.1 項目概況

某高速公路橋梁共有4條車道，全長大約100km，按照100km/h的速度設計，以及至少5.5MPa的抗拉強度、不低于40MPa的抗壓強度建設該項目。為提高路橋整體性能，決定部分路段采用鋼纖維混凝土結構。

2.2 鋼纖維混凝土配合比設計

結合鋼纖維使用要求配置鋼纖維混凝土材料。

2.2.1 鋼纖維材料的選擇

對各種鋼纖維性能進行綜合對比，該工程最終選擇的是規格為0.5mm（長）×0.5mm（寬）×25mm（高）的剪切異形直紋鋼纖維，材料密度為6.8g/cm3，指紋形狀，經過檢測確定鋼纖維達到600MPa的抗拉強度要求。

2.2.2 水泥材料的選擇

作為鋼纖維混凝土中的膠結材料，水泥的選擇十分重要，不僅要保證水泥的膠結能力，而且要降低水化熱。該工程最終選擇的是P·O42.5R硅酸鹽水泥。

2.2.3 粗集料的選擇

鋼纖維混凝土的骨架材料為粗集料，該工程選用碎石為粗集料。通過試驗選擇在鋼纖維長度2/3以內粒徑的碎石。該工程選用25mm長度的鋼纖維，故按照5～20mm的粒徑范圍篩選粗集料。該工程按照如下配比進行碎石配置：60%的粗集料粒徑在9.5～19mm范圍，40%的粗集料粒徑在2.36～4.75mm 范圍。

2.2.4 細集料的選擇

按照施工質量要求，該工程可使用天然砂、機制砂或混合砂作為細集料。混凝土和易性受到細集料的細度系數影響，在拌制混凝土過程中，粗砂過多會導致離析問題，而水量會隨著細砂用量的增多而增加，經過均衡和細致地計算，該工程選擇的是2.5細度的中粗砂。

2.2.5 配合比控制

確定各種原材料質量標準后，要做好混合料的配置，明確各種組分用量的控制，確保鋼纖維混凝土充分發揮優越性能。該項目鋼纖維混凝土配置中各項指標之間的關系如圖1、圖2所示。通過圖1、圖2可知，鋼纖維混凝土強度會隨著坍落度的增加而降低，通過平衡按照0.43控制水灰比，此時無論是坍落度還是抗壓強度都能達到鋼纖維混凝土的最佳狀態。

圖1 不同水灰比與混凝土坍落度關系曲線

圖2 不同水灰比與混凝土抗壓強度關系曲線

圖3、圖4為鋼纖維混凝土坍落度、抗壓強度與鋼纖維體積率之間的關系。通過折線圖可知，混凝土坍落度會隨著鋼纖維體積率增加而降低，鋼纖維混凝土的抗壓強度在鋼纖維體積率為1.0%時達到峰值。設計時，在平衡混凝土指標、綜合成本后最終確定鋼纖維體積率為1.0%。

圖3 不同鋼纖維體積率與混凝土坍落度關系曲線

圖4 不同鋼纖維體積率與混凝土抗壓強度關系曲線

2.3 鋼纖維混凝土施工要點

2.3.1 布料和攤鋪

在混凝土面板中適量摻加鋼纖維或直接攤鋪鋼纖維混凝土混合物，可有效解決材料結團問題。鋼纖維混凝土材料攪拌時一般用分散劑進行投料。在試鋪階段，攤鋪工作應充分考慮鋼纖維混凝土坍落度要求。鋼纖維混凝土由于添加了鋼纖維材料，會導致坍落度有一定的損失。

2.3.2 振搗和整平

攤鋪鋼纖維混凝土后應及時采取振搗措施。該工程采用的是插入式振搗棒，面層采用大功率平板振動器振搗，使用刮板進行收面高程控制。由于鋼纖維混凝土缺乏足夠的流動性，為保證工程結構整體施工效果，要重點對邊角部位進行振搗，避免產生蜂窩病害。在振搗過程中，混凝土不再下沉則表示振搗結束。振搗人員操作振搗棒應堅持快插慢拔的原則，控制好振搗間距、時間等要素，避免發生過振、漏振等問題。振搗時，如果發現鋼纖維外露，應及時壓下鋼纖維和石子，確保鋼纖維在結構10～30mm深度，以免后期行車階段影響車輛安全通行。

2.3.3 嚴格控制施工速度

避免澆筑過慢導致鋼纖維混凝土發生凝結而影響結構完整性。如果遇到材料供給不足、設備故障等問題，可以噴霧處理延緩鋼纖維混凝土凝固速度，降低表面水分蒸發的速度，嚴禁隨意增加拌和水量。

2.3.4 橋墩和樁基結構加固

鋼纖維混凝土不僅能減輕橋墩和樁基礎結構的整體重量，而且能優化橋墩整體性能，有效解決結構脫落等問題。剪切鋼纖維和削切鋼纖維材料都是橋墩施工常用的鋼纖維材料，可以起到優化橋墩牢固性、提高抗震效果的作用。在樁基礎施工中，施工人員如果發現存在外露的鋼纖維，可及時捶打，將其壓入樁基內部，提高橋墩和樁基礎表面的平整度、穩定性，強化其應用效果。

2.4 鋼纖維施工技術管理

精細化管理模式的應用可以提高施工效率和施工質量，有助于提高企業市場發展的創新能力。施工企業員工尤其是管理層首先應充分認識精細化管理模式的價值、應用意義、應用方式，然后結合路基路面施工項目采取精細化管理方式，編制并落實精細化管理體系。管理體系中應包括如下內容：

（1）細致地編寫整體項目各大環節內容，同時利用信息化技術加強相關數據的收集、監測和整理。

（2）借助信息技術分析相關信息，如云計算、大數據等技術，及時確認施工方案中的安全隱患問題并采取預防措施，以此為基礎編制管理方案。

（3）通過管理程序提高管理水平。此外，以國家相關法律法規和行業發展動態為基礎完善項目管理內容，提高建筑工程管理質量和效率，實現全面、精細化管理。

3 工程效益

3.1 經濟效益

該工程使用的鋼纖維混凝土大約是傳統混凝土結構1/2的厚度，同時在碎石、水泥等原材料節約方面效果顯著，經過分析，鋼纖維混凝土的單價是普通混凝土的80%，同時路面的整體性能得到了提高，不僅可以節省后期維修養護成本，還能延長工程使用周期，最終提高工程經濟效益。

3.2 社會效益

工程運行一年后，檢查路面未出現干縮、裂縫等問題，路面出現磨損。可見，相比于普通混凝土路面，鋼纖維混凝土路面的社會效益更高。

總之，鋼纖維混凝土路面的經濟效益和社會效益都比較明顯，值得進一步推廣應用。

4 結語

鋼纖維混凝土材料與普通混凝土材料相比，能實現道路橋梁整體性能優化。鋼纖維混凝土結構強度高、抗裂性強、抗沖擊能力強。在道路橋梁工程中應用鋼纖維混凝土材料，有利于提高建設項目的綜合效益，為居民提供更加舒適、安全、可靠的交通基礎條件。