道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用探討核心思路

文／黃可 浙江交工國際工程有限公司 浙江杭州 310000

引言：

作為我國公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容，道路橋梁工程建設(shè)不僅關(guān)系著人們的出行效率和安全，而且對(duì)于區(qū)域聯(lián)系和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有深刻影響?，F(xiàn)階段，混凝土結(jié)構(gòu)在道路橋梁工程中的應(yīng)用極為廣泛，這與混凝土材料自身優(yōu)越的剛度、強(qiáng)度性能有較大關(guān)系，使用混凝土結(jié)構(gòu)能有效保證道路橋梁的穩(wěn)定性、耐久性和安全性。但是結(jié)合工程實(shí)際可知，混凝土材料在澆筑施工階段存在一定的水化熱反應(yīng)現(xiàn)象，這會(huì)造成混凝土材料本身的熱脹冷縮，同時(shí)受施工環(huán)境等因素的影響，混凝土道路橋梁在施工中還容易出現(xiàn)裂縫問題。基于高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的路橋工程建設(shè)需要，鋼纖維混凝土作為一種優(yōu)質(zhì)的復(fù)合型材料在路橋工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，其有效彌補(bǔ)了常規(guī)混凝土特性的不足，提升了道路橋梁工程施工的整體質(zhì)量。

1、鋼纖維混凝土性能分析

1.1 鋼纖維性能

鋼纖維是工程項(xiàng)目建設(shè)中較為常用的一種纖維材料，此類材料的制作方式多樣，除斷細(xì)鋼絲法、冷軋帶鋼剪切等方式外，鋼錠銑削也是較為常見制作方式?；谥谱鞣绞降牟町悾蓪摾w維材料分為不同類型，常見類型不僅包含切斷鋼纖維、剪切鋼纖維，而且涉及切削鋼纖維和熔抽鋼纖維（見圖1），這些鋼纖維材料的長徑比多處于40～80。路橋工程項(xiàng)目建設(shè)中，切斷鋼纖維和剪斷鋼纖維是較為常見的兩種鋼纖維材料應(yīng)用形態(tài)，其中切斷鋼纖維材料具有抗拉強(qiáng)度突出的特點(diǎn)，但其在施工中很難與水泥砂漿結(jié)合在一起，整體的粘結(jié)性較差，故而在項(xiàng)目初期階段，就必須完成切斷鋼纖維表面的變形處理，這樣能在改變鋼纖維外觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，改善鋼纖維的力學(xué)性能，繼而實(shí)現(xiàn)切斷鋼纖維與水泥砂漿的高效結(jié)合，提升鋼纖維混凝土的整體性能。通過剪切冷軋薄板的方式可獲得剪斷鋼纖維，道路橋梁項(xiàng)目施工中，剪斷鋼纖維材料的厚度約為0.2～0.5mm，寬度約為0.25～0.9mm，材料抗拉強(qiáng)度為450～800MPa，與水泥砂漿的粘結(jié)性能突出，能有效提升原有混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能，滿足工程項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際需要。

圖1 鋼纖維材料

1.2 鋼纖維混凝土性能

道路橋梁施工中，科學(xué)使用鋼纖維混凝土材料能有效限制外力作用下基體結(jié)構(gòu)中的裂縫擴(kuò)展，確保路橋工程的整體性、穩(wěn)定性和安全性。在鋼纖維混凝土道路橋梁中，水泥基料與鋼纖維共同發(fā)揮著承擔(dān)外力的作用；即在整個(gè)受力過程中，若混凝土集料出現(xiàn)開裂問題，則鋼纖維材料會(huì)通過材料自身的拉力提升材料整體的抗裂性能，該過程中，橫跨裂縫的鋼纖維材料是結(jié)構(gòu)外力的主要承受者。對(duì)比傳統(tǒng)的混凝土材料，鋼纖維混凝土抗拉極限強(qiáng)度較高，而且其還具有較強(qiáng)的抗壓能力、抗彎性能；憑借著良好的材料性能優(yōu)勢，鋼纖維混凝土材料在道路橋梁工程建設(shè)中的應(yīng)用不斷深入。結(jié)合工程實(shí)際可知，將鋼纖維材料加入到混凝土材料后，則原先混凝土材料的軸抗拉極限強(qiáng)度會(huì)提升40%～50%，同時(shí)材料的抗彎極限強(qiáng)度也會(huì)提升50%～150%。此外鋼纖維混凝土材料還能有效提升道路橋梁結(jié)構(gòu)整體的抗沖擊性能，有效地避免了道路橋梁早期裂縫變形、疲勞損壞等問題的發(fā)生。

2、基于道路橋梁施工的鋼纖維混凝土技術(shù)要求

現(xiàn)代工程建設(shè)模式下，憑借著良好的性能優(yōu)勢，鋼纖維混凝土在公路橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用逐漸廣泛；出于提升道路橋梁施工質(zhì)量考慮，在鋼纖維混凝土施工中，還應(yīng)制定較為嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提升項(xiàng)目施工的指導(dǎo)性。鋼纖維混凝土材料對(duì)于工程項(xiàng)目整體的施工質(zhì)量具有較大影響，在項(xiàng)目施工初期階段，需嚴(yán)格按照工程建設(shè)規(guī)范控制鋼纖維混凝土材料的配置和使用。

在鋼纖維混凝土材料配置階段：（1）針對(duì)水泥原材料的選擇，需按照高強(qiáng)度、抗磨損、抗寒耐凍的標(biāo)準(zhǔn)和要求控制材料質(zhì)量；同時(shí)材料混合用水選擇中，需使用飲用水配置材料，用水標(biāo)準(zhǔn)需控制在130～180kg/m。（2）施工人員內(nèi)需按照0.4-0.55的水灰比要求進(jìn)行材料配置，保證鋼纖維材料強(qiáng)度與密實(shí)度滿足應(yīng)用要求。此外構(gòu)件抗折強(qiáng)度是鋼纖維混凝土材料配比設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素，基于這一應(yīng)因素，應(yīng)規(guī)范化地進(jìn)行水泥標(biāo)號(hào)、水灰比值設(shè)計(jì)，同時(shí)需合理控制鋼纖維長徑比值，確保配制材料、制作構(gòu)件滿足項(xiàng)目質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

在鋼纖維混凝土材料使用階段，考慮到材料自身凝結(jié)速度快、硬化時(shí)間短的特征，要求施工人員最大限度地加快項(xiàng)目施工進(jìn)度，避免材料過早凝結(jié)。譬如，在部分工程項(xiàng)目建設(shè)中，有的鋼纖維混凝土材料會(huì)出現(xiàn)拌和料水分蒸發(fā)過快、材料凝結(jié)干澀的問題，對(duì)此應(yīng)采用噴霧加水的方式延緩水分蒸發(fā)，避免肝纖維混凝土材料過早凝結(jié)。鋼纖維混凝土路橋工程建設(shè)中，還需要嚴(yán)格控制施工技術(shù)應(yīng)用，滿足項(xiàng)目高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)要求。如在細(xì)抗滑溝施工階段，需規(guī)范使用硬刻槽方式開展施工，嚴(yán)禁在細(xì)抗滑溝施工中使用粗制麻袋、掃帚及刷子。在鋼纖維混凝土路面板施工階段，應(yīng)控制路面板的長度保持在6～10m，最大面板的規(guī)格尺寸保持在8m×12m。另外若項(xiàng)目中鋼纖維摻量較大，則尺寸需要使用大值，而當(dāng)鋼纖維摻量很小時(shí)，應(yīng)對(duì)應(yīng)將其尺寸控制在小值范圍。

3、鋼纖維混凝土在道路橋梁施工中的應(yīng)用

3.1 道路工程應(yīng)用

相比傳統(tǒng)的混凝土道路，使用鋼纖維混凝土材料后，道路整體的穩(wěn)定性得到了極大提升，同時(shí)隨著混凝土開裂問題的減少，道路整體的使用壽命得以延長，這充分保證了道路工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益、質(zhì)量效益，為人們的交通出行創(chuàng)造了安全環(huán)境。結(jié)合工程項(xiàng)目實(shí)際可知，鋼纖維混凝土材料在道路工程建設(shè)中的應(yīng)用不斷廣泛，且施工技術(shù)也逐漸成熟。

目前，道路工程建設(shè)形態(tài)逐漸多樣，有多個(gè)類型的道路工程中均使用了鋼纖維混凝土技術(shù)。

3.1.1 全截面鋼纖維混凝土路面：在道路工程施工初期階段，施工人員在混凝土材料中加入鋼纖維材料，有效地提升了混凝土材料的整體性能。對(duì)比傳統(tǒng)道路，全截面鋼纖維混凝土路面的厚度大大減小，一般其厚度約為傳統(tǒng)路面厚度的50%～60%。另外在一些雙車道路面中，施工人員還會(huì)使用鋼纖維混凝土進(jìn)行路面施工，此時(shí)道路的路面不需要設(shè)置縱縫，施工人員按照20～30m的間隔設(shè)置橫縫，即可滿足路面的施工需要，提升雙車道路面整體的應(yīng)用效果。全截面鋼纖維混凝土雙車道路面中，若施工環(huán)境、施工條件允許，還可將按照間隔50m的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行橫縫施工，這樣能有效提升項(xiàng)目施工的便捷性。

3.1.2 復(fù)合式鋼纖維混凝土路面：在復(fù)合式混凝土路面施工中，鋼纖維混凝土材料的使用包含了2種復(fù)合方式：（1）雙層復(fù)合鋼纖維混凝土路面，此類路面按照全板厚度的40%～60%鋪設(shè)鋼纖維混凝土材料，有效地提升了路面的整體性、穩(wěn)定性。（2）三層復(fù)合鋼纖維混凝土路面，此類路面分3層進(jìn)行施工，通常在基礎(chǔ)層和面層使用鋼纖維混凝土，而在中間層會(huì)鋪設(shè)普通的混凝土。為有效協(xié)調(diào)3層復(fù)合鋼纖維混凝土道路的工期效益和質(zhì)量效益，還應(yīng)注重其施工條件的控制，即當(dāng)?shù)缆饭こ添?xiàng)目建設(shè)中機(jī)械化程度較高時(shí)，可建設(shè)3層復(fù)合鋼纖維混凝土路面。

3.1.3 碾壓鋼纖維混凝土路面，相比其他鋼纖維混凝土路面，此類路面先需要完成普通混凝土的澆筑施工，隨后按一定設(shè)計(jì)比例撒入鋼纖維，然后在重力設(shè)備的作用下通過碾壓將鋼纖維壓入路面，這樣不僅能提升道路的強(qiáng)度，而且能改善路面的韌性，延長路面的使用壽命。

3.1.4 鋼纖維混凝土罩面。在一些道路工程罩面施工中，鋼纖維混凝土材料也有廣泛應(yīng)用，通常鋼纖維混凝土在罩面中的應(yīng)用包含結(jié)合式、分離式、直接式是3種形式。其中在結(jié)合式的罩面施工中，通過鋼纖維混凝土材料的使用，道路面層會(huì)和舊混凝土結(jié)構(gòu)融為一體，這不僅節(jié)省了項(xiàng)目施工材料，而且提升了既有道路的整體強(qiáng)度。選擇在分離式罩面施工中使用鋼纖維混凝土材料時(shí)，施工需重視隔離層的規(guī)范設(shè)置，一般隔離層設(shè)置中間部位。另外，在直接式鋼纖維混凝土罩面施工中，原來的道路會(huì)被作為基礎(chǔ)層，完成基礎(chǔ)層表明清潔工作后，施工人員會(huì)在其上部覆蓋鋼纖維混凝土，施工效率較高。現(xiàn)階段，在一些損壞不嚴(yán)重的舊水泥混凝土路面修復(fù)工作中，直接式鋼纖維混凝土罩面施工方式應(yīng)用較多，該施工方式有效地實(shí)現(xiàn)了既有路面的保護(hù)，延長了道路的使用壽命。

3.2 橋梁工程應(yīng)用

隨著鋼纖維混凝土技術(shù)的成熟，其在橋梁工程中也得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，除鋼筋混凝土樁加強(qiáng)、橋梁墩臺(tái)局部加固外，鋼纖維混凝土技術(shù)在橋面鋪裝中也得到了廣泛應(yīng)用。

（1）在鋼筋混凝土樁體加強(qiáng)施工中，選擇鋼纖維混凝土作為樁尖或樁頂?shù)臐仓牧希苡行嵘龢扼w樁尖、樁頭的整體性和力學(xué)性能，改善樁尖、裝頂?shù)目箾_擊能量。工程項(xiàng)目建設(shè)中，考慮到鋼纖維混凝土造價(jià)較高等因素，在樁體中間層施工中，可選擇使用常規(guī)的混凝土材料，但這種施工方式會(huì)間接增加工序操作的負(fù)載性，需結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行樁體處理方式的優(yōu)化。

（2）作為橋梁主體的主要支撐單元，墩臺(tái)長期處于受壓狀態(tài)，在高強(qiáng)荷載的作用下，橋梁的墩臺(tái)容易出現(xiàn)斷裂問題，這嚴(yán)重的影響了橋梁結(jié)構(gòu)的整體性，對(duì)于橋梁后期的運(yùn)行安全造成較大威脅。新時(shí)期，鋼纖維混凝土材料在橋梁墩臺(tái)中得到了廣泛應(yīng)用，使用該材料，能有效實(shí)現(xiàn)橋梁墩臺(tái)的局部加強(qiáng)處理。結(jié)合橋梁墩臺(tái)施工實(shí)際可知，在墩臺(tái)局部加強(qiáng)處理中，施工人員多會(huì)選擇Ⅱ型噴射機(jī)完成材料噴射施工，一般混合料中會(huì)使用1.0%的剪切鋼纖維，控制鋼纖維混凝土材料的噴射厚度保持在5～20cm，這樣能提升墩臺(tái)的承載能力，保證橋梁墩臺(tái)的穩(wěn)定性、整體性和安全性。另外在一些橋梁路面鋪裝中，施工人員也會(huì)使用鋼纖維混凝土材料，其不僅能提升橋梁的剛度、抗折強(qiáng)度，而且能減少路面的鋪裝厚度，降低橋梁自重，有效地滿足了橋梁工程高質(zhì)量的建設(shè)和應(yīng)用要求，對(duì)于橋梁工程發(fā)展具有積極作用。

4、基于路橋工程建設(shè)的鋼纖維混凝土施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 鋼纖維制作

作為鋼纖維混凝土施工中的基礎(chǔ)性內(nèi)容，鋼纖維制作對(duì)于材料配置和項(xiàng)目整體的施工質(zhì)量具有較大影響。現(xiàn)階段，道路橋梁工程中的鋼纖維多采用鋼絲切斷法及冷拔法進(jìn)行施工時(shí)。其中通過鋼絲切斷法進(jìn)行鋼纖維制作時(shí)，不僅應(yīng)注重沖床的合理選擇，而且應(yīng)注重旋轉(zhuǎn)刀具規(guī)格參數(shù)的控制，此外應(yīng)考慮到鋼絲切斷法制作鋼纖維具有較大的原材料耗損維問題，故而在工程項(xiàng)目較大時(shí)應(yīng)避免使用這種方式制作鋼纖維。采用冷拔法制作鋼纖維時(shí)，鋼纖維材料表面的光滑程度、粘結(jié)強(qiáng)度均會(huì)得到極大地改善。出于工程項(xiàng)目施工效率考慮，可聯(lián)合使用鋼絲切斷法和冷拔鋼絲法制作鋼纖維，如在0.4～0.8mm的冷拔鋼絲制作中，可通過鋼絲切斷法將冷拔鋼絲切割成固定長度纖維，然后將其加入混凝土材料中，這樣鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度可上升到1000～2000pa，為道路橋梁的質(zhì)量控制奠定了良好基礎(chǔ)。

4.2 鋼纖維混凝土配比設(shè)計(jì)

要進(jìn)一步提升鋼纖維混凝土的材料性能和技術(shù)水平，還應(yīng)注重其配比的有效設(shè)計(jì)。施工人員可按照普通混凝土的配比要求來決定鋼纖維混凝土的最終配比，該環(huán)節(jié)中，應(yīng)注重鋼纖維品種的有效選擇。如鋼纖維與基材應(yīng)具有相適應(yīng)的強(qiáng)度，同時(shí)鋼纖維的極限抗拉強(qiáng)度應(yīng)超過500MPa，在使用剪斷鋼纖維材料時(shí)，還應(yīng)注重鋼纖維與高標(biāo)號(hào)混凝土材料的有效配置，一般鋼纖維材料在混合料中的占比多保持在0.5%～2.0%。另外在控制各類材料用量的基礎(chǔ)上，還需重材料質(zhì)量的控制，如鋼纖維的最小直徑應(yīng)盡可能控制在0.45～0.70mm，長徑比應(yīng)保持在50～80。而在混凝土材料應(yīng)用中，應(yīng)減少水泥用量，嚴(yán)格控制骨料粒徑，一般骨料中大粒徑應(yīng)保持在10～20mm，同時(shí)應(yīng)注重減水劑和其他摻加劑的使用，提升材料整體性能。

4.3 投料攪拌

強(qiáng)制式攪拌機(jī)、雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)在鋼纖維混凝土材料攪拌中的應(yīng)用較多。設(shè)備操作中，首先針對(duì)鋼纖維摻量高、混合料坍落度小的情況，應(yīng)適當(dāng)降低攪拌速率，這樣才能實(shí)現(xiàn)攪拌機(jī)負(fù)荷的有效控制，減少無用做工問題發(fā)生。其次投料攪拌過程中需嚴(yán)格按照圖2順序進(jìn)行投料，鋼纖維應(yīng)分三次投放，在干攪拌一段時(shí)間后才可加水?dāng)嚢琛８蓴嚢璩掷m(xù)1min后開始加水?dāng)嚢?，加水?dāng)嚢钑r(shí)間應(yīng)保持在2min。最后為避免鋼纖維在攪拌過程中出現(xiàn)結(jié)團(tuán)問題，還需要按照分級(jí)投料的要求進(jìn)行投料，該過程中應(yīng)注重分散機(jī)的有效控制。一般功率、分散力是分散機(jī)控制的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，分散機(jī)作業(yè)中，其功率應(yīng)保持在0.75～1.0kW，而分散力應(yīng)控制在20～60kg/min。

圖2 鋼纖維混凝土整體投料順序

4.4 澆筑振搗

作為鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，材料的澆筑振搗對(duì)于道路橋梁整體施工質(zhì)量具有較大影響。

（1）在鋼纖維混凝土材料澆筑初期階段，先應(yīng)注重材料質(zhì)量的系統(tǒng)檢查，在實(shí)際檢查中，應(yīng)注重鋼纖維混凝土材料中鋼纖維長徑比、組團(tuán)情況的檢查，同時(shí)應(yīng)重視混凝土材料配比、混凝土與鋼纖維粘結(jié)性檢查，在確保材料質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求后，需按照連續(xù)澆筑的要求進(jìn)行道路橋梁施工。

（2）鋼纖維混凝土材料連續(xù)澆筑中，應(yīng)確保前后倒料相壓15～20mm，各路橋單元沒有明顯的澆筑接頭，同時(shí)在澆筑中應(yīng)嚴(yán)格控制澆注料的坍落度，避免材料在澆筑中出現(xiàn)鋼纖維組團(tuán)或混凝土離析問題。

（3）完成鋼纖維混凝土材料澆筑后，還需要規(guī)范化的進(jìn)行材料的振搗和壓實(shí)處理。鋼纖維混凝土施工中，應(yīng)盡可能地使用平板振搗器進(jìn)行澆注料的振搗處理，保證澆筑材料的密實(shí)程度。這是因?yàn)槭褂貌迦胧秸駬v棒時(shí)，鋼纖維會(huì)朝著振搗棒方向聚集，這種較為明顯的集束效應(yīng)會(huì)影響路橋工程的施工質(zhì)量。在平板振搗器具體操作中，應(yīng)注重邊角地區(qū)振搗質(zhì)量的控制；在此過程中，還應(yīng)重視邊角地區(qū)鋼纖維的排列處理，要求這些部位的鋼纖維按照縱向條狀的狀態(tài)集束排列，這樣不僅能抵抗板體收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力地傳遞，而且能提升板體荷載能力，對(duì)于路橋后期應(yīng)用具有積極作用。

（4）路橋工程項(xiàng)目建設(shè)中，若已經(jīng)完成鋼纖維混凝土的振搗施工，還需要對(duì)經(jīng)過振搗的平面進(jìn)行抹平處理，振搗面抹平中，應(yīng)將暴露在外的鋼纖維壓入混凝土，這樣避免鋼纖維材料的過早腐蝕和老化，而且能減少鋼纖維對(duì)人體的傷害，工程質(zhì)量效益突出，耐久性較好。

（5）為進(jìn)一步提升鋼纖維混凝土道路的施工質(zhì)量，在完成工程項(xiàng)目建設(shè)后，還應(yīng)規(guī)范化地進(jìn)行鋼纖維混凝土澆筑構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)施工。在具體的養(yǎng)護(hù)工作中，應(yīng)嚴(yán)格控制鋼纖維混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)溫度、濕度，同時(shí)應(yīng)注重混凝土構(gòu)件中常見病害的檢測和早期應(yīng)對(duì)處理，這樣能有效提升鋼纖維混凝土路橋工程的施工質(zhì)量，創(chuàng)造完全、穩(wěn)定的交通出行環(huán)境。

結(jié)語：

規(guī)范化的使用鋼纖維混凝土技術(shù)能有效提升道路工程建設(shè)質(zhì)量。新時(shí)期，施工人員只有充分認(rèn)識(shí)到鋼纖維混凝土的性能優(yōu)勢，結(jié)合工程項(xiàng)目建設(shè)要求和實(shí)際施工情況，深層次分析鋼纖維混凝土技術(shù)要點(diǎn)，規(guī)范其在項(xiàng)目施工各環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，才能有效地提升鋼纖維混凝土技術(shù)，保證道路橋梁施工質(zhì)量，繼而推動(dòng)道路橋梁工程的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。