道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術(shù)的應(yīng)用研究

萬(wàn) 磊 吳學(xué)謙

（中交一公局第一工程有限公司，北京 100000）

1.鋼纖維混凝土技術(shù)概述

1.1 鋼纖維混凝土技術(shù)簡(jiǎn)介

顧名思義，鋼纖維混凝土是一種將混凝土和鋼纖維按照嚴(yán)格配比混合制成的一種復(fù)合型材料。原本常見(jiàn)于建筑工程中的混凝土結(jié)構(gòu)抗壓性較差，在長(zhǎng)期承受外界壓力后可能會(huì)出現(xiàn)擠壓變形等問(wèn)題，容易引起路橋面沉降、塌陷等事故。將鋼纖維融入混凝土結(jié)構(gòu)中，能夠有效提升整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、延展性和抗拉性能，大大提高混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼纖維混凝土中有四種較為常見(jiàn)的鋼纖維結(jié)構(gòu)，其效用、性能均有不同。施工單位需要結(jié)合本工程項(xiàng)目的建筑要求選用合適的纖維材料[1]。

1.2 鋼纖維混凝土的分類及性能

（1）切斷鋼纖維混凝土：綜合性能較強(qiáng)，抗拉性、耐高溫性都比另外3 種鋼纖維結(jié)構(gòu)更強(qiáng)，應(yīng)用范圍較廣。制作過(guò)程中，工作人員可以在鋼纖維表面上劃出幾道痕跡，增加表面摩擦力，可以使混凝土與鋼纖維之間的黏合更加牢固。使用前再將痕跡除掉，以免影響材料的抗拉性能。

（2）切削鋼纖維混凝土：這類混凝土結(jié)構(gòu)通常會(huì)選用厚鋼板，切割面是三角形，厚度較大，其強(qiáng)度、堅(jiān)固度和黏合性也會(huì)更好。

（3）剪切鋼纖維混凝土：選用剪切、冷軋過(guò)后的薄鋼板制成，其黏結(jié)性很好，常用于道路縫隙的修補(bǔ)、黏合作業(yè)中。

（4）熔抽鋼纖維混凝土：取熔融狀態(tài)下的鋼水與混凝土混合制作，因此表面極其不規(guī)則，且容易出現(xiàn)氧化情況，性能較差，應(yīng)用范圍較窄。

2.路橋工程中鋼纖維混凝土的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 高強(qiáng)度

短鋼纖維和混凝土材料混合后，強(qiáng)度、延展性、抗變形能力都將會(huì)大大提升。在同重量的抗壓測(cè)試中，鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度明顯高于傳統(tǒng)混凝土材料，非常適用于路橋的建設(shè)工程，最大程度避免因路橋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度過(guò)低引起的路橋結(jié)構(gòu)病害。但鋼纖維混凝土技術(shù)也會(huì)提高路橋自重，這一點(diǎn)需要施工人員格外關(guān)注[2]。

2.2 高抗裂性

在混凝土中融合鋼纖維后，雖然提升了整體結(jié)構(gòu)的重量，但可以有效控制路橋裂縫、變形等現(xiàn)象發(fā)生。若混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能不好，路橋長(zhǎng)期投入使用后，將會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形和路面沉降病害，橋頭位置也常出現(xiàn)跳車現(xiàn)象，極易引發(fā)交通安全事故。因此，鋼纖維混凝土技術(shù)優(yōu)越的抗裂性能，可以大大提高路橋工程質(zhì)量。

3.路橋工程中的鋼纖維混凝土技術(shù)要求

3.1 施工技術(shù)要求

在道路橋梁工程設(shè)計(jì)階段，施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)派出專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，分析當(dāng)?shù)貧夂驐l件以及水文地質(zhì)情況，掌握施工區(qū)域范圍內(nèi)的地質(zhì)、地貌結(jié)構(gòu)和土壤特征后，確定符合工程質(zhì)量要求的鋼纖維混凝土種類以及施工技術(shù)。由于鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的固化速度較快，所以實(shí)際施工時(shí)，必須加大現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量管控力度，并選用合理的輔助技術(shù)，以提高該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量。如施工團(tuán)隊(duì)可以在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)中使用噴霧技術(shù)，控制混凝土的水分蒸發(fā)情況[3]。

3.2 材料選擇、配比要求

制備鋼纖維混凝土?xí)r，除了要選用合適的鋼纖維外，對(duì)水泥、外摻劑和水都有相應(yīng)的要求。一般的工藝中，會(huì)選擇抗壓強(qiáng)度、防凍、抗裂性能較強(qiáng)的硅酸鹽水泥，加上符合工程質(zhì)量要求的外摻劑，強(qiáng)化混凝土部分的性能。配比的參數(shù)要依據(jù)工程要求及工程用料來(lái)決定。以路橋工程的基本設(shè)計(jì)參數(shù)、強(qiáng)度需求、施工質(zhì)量要求為基礎(chǔ)配比參數(shù)，計(jì)算出鋼纖維混凝土材料所需的其他參數(shù)，如抗拆、抗壓等。混凝土部分的水灰比參數(shù)以及外摻劑參數(shù)也應(yīng)嚴(yán)格把控，如無(wú)意外，水灰比應(yīng)在0.4 ～0.5，具體數(shù)值可以根據(jù)工程要求相應(yīng)調(diào)整。

3.3 攪拌、運(yùn)輸要求

攪拌工藝在鋼纖維混凝土制作環(huán)節(jié)中較為重要，也將會(huì)直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能。攪拌時(shí)，要求嚴(yán)格按照工藝流程規(guī)范作業(yè)。配置后，混凝土材料的運(yùn)輸工具以混凝土罐車為主，此時(shí)要求司機(jī)控制好車速，要求罐車始終處于較為平穩(wěn)的狀態(tài)，同時(shí)注意罐內(nèi)攪拌的溫度和攪拌速度，以防混凝土變質(zhì)。

4.鋼纖維混凝土技術(shù)在路面工程中的應(yīng)用

4.1 混凝土路面碾壓

在路面碾壓施工中，在混凝土結(jié)構(gòu)中加入一定比例的鋼纖維，可以有效提高路面的強(qiáng)度和韌性，優(yōu)化路面的力學(xué)性能。此時(shí)施工人員通常會(huì)選用0.6%的B 型鋼纖維和0.53%的F 型鋼纖維，混入路面碾壓所需的混凝土材料中，以此提高路面質(zhì)量。在碾壓過(guò)程中，需要施工人員做好現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量監(jiān)督工作，關(guān)注路面壓實(shí)的緊實(shí)度以及平整度，嚴(yán)控施工質(zhì)量。利用鋼纖維混凝土技術(shù)進(jìn)行路面碾壓施工，可以在節(jié)約施工材料的同時(shí)穩(wěn)定提升路面性能，且鋼纖維混凝土路面結(jié)構(gòu)的厚度只有常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)的55%左右，實(shí)際應(yīng)用性極強(qiáng)。

4.2 混凝土罩面

混凝土罩面施工可以有效解決混凝土路面的質(zhì)量問(wèn)題。通常，道路路面常年處于露天環(huán)境，長(zhǎng)時(shí)間投入使用后，路面將會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量問(wèn)題，這時(shí)采用混凝土罩面作業(yè)便可以有效修復(fù)路面，延長(zhǎng)路面的使用年限。在鋼纖維混凝土罩面施工中通常分為直接式、分離式以及結(jié)合式3種，其中以結(jié)合式應(yīng)用范圍較廣。這種處理方法會(huì)同時(shí)采用普通混凝土罩面與鋼纖維材料罩面，以提升路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，強(qiáng)化路面修復(fù)的實(shí)際效果[4]。

4.3 復(fù)合式路面

復(fù)合式路面施工是一種較為特殊的道路路面施工工藝，一般來(lái)說(shuō)，復(fù)合式路面會(huì)分為2 ～3 層結(jié)構(gòu)，每層使用的混凝土材料有所不同，其造價(jià)成本低，建材耗量小，路面穩(wěn)定性高，因此在各類道路橋梁建設(shè)工程中較為常見(jiàn)。鋼纖維混凝土技術(shù)也常應(yīng)用于復(fù)合式路面施工中，如在三層的復(fù)合式路面施工時(shí)，將鋼纖維混凝土材料放置于中間層，便能有效提高路面的韌性、強(qiáng)度。如果是雙層路面，那么鋼纖維混凝土將會(huì)直接鋪設(shè)在路面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上，要求原先路面結(jié)構(gòu)60%的位置均有混凝土鋪設(shè)。一般來(lái)說(shuō)，三層復(fù)合式路面的施工技術(shù)會(huì)更復(fù)雜一些，需要施工單位具有較高的機(jī)械化水平，但它的路面穩(wěn)定性能極為優(yōu)越，是路面施工的最佳選擇之一。

4.4 路面防凍

鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的導(dǎo)熱性，可以用于路面防凍養(yǎng)護(hù)作業(yè)中。若路面已經(jīng)出現(xiàn)凍傷裂縫病害等情況，施工團(tuán)隊(duì)就可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，配置好滿足現(xiàn)場(chǎng)要求的鋼纖維混凝土材料，作用于路面裂縫處。另外，在常出現(xiàn)路面凍傷的位置，也可以鋪設(shè)鋼纖維混凝土，以提高路面的防凍性。

5.鋼纖維混凝土技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

5.1 橋梁路面鋪裝

橋梁路面鋪裝中應(yīng)用鋼纖維混凝土進(jìn)行施工的方式與道路路面施工是極為相似的，其優(yōu)勢(shì)也極為雷同，可以在降低橋梁路面厚度的同時(shí)提高橋面的穩(wěn)定性能。橋梁路面鋪裝中，施工人員需要注意計(jì)算橋梁自重，例如切削鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)中使用的厚鋼板，雖然性能極為優(yōu)越，但本身自重較大，并不適用于所有的橋梁路面施工。因此，施工人員需要結(jié)合工程設(shè)計(jì)中要求的橋梁自重，選用合理的鋼纖維材料完成橋梁路面的鋪裝作業(yè)。橋面鋪裝的流程與傳統(tǒng)的工藝相同，要求提前做好實(shí)地勘測(cè)，利用水平儀找平以提高橋面平整度等。

5.2 混凝土樁施工

混凝土樁結(jié)構(gòu)是整個(gè)橋梁的基礎(chǔ)構(gòu)架，也是非常重要的一道工序。鋼纖維混凝土施工技術(shù)可以用于樁尖、樁頂，以提高樁體的穿透性、強(qiáng)度、抗沖擊性以及樁頂?shù)捻g性。傳統(tǒng)混凝土施工中，需要施工人員錘擊樁體以提高混凝土樁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而應(yīng)用鋼纖維混凝土，便能夠有效減少錘擊次數(shù)，大大降低了因錘擊而導(dǎo)致樁體受損的可能性，也有效避免了過(guò)度錘擊致使樁體被擊穿的現(xiàn)象。同時(shí)，鋼纖維混凝土的樁尖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也可以大大提高樁體的進(jìn)土效率，有效縮短了施工周期，并提升工程質(zhì)量。鋼纖維混凝土造價(jià)成本較高，在實(shí)際施工過(guò)程中，除了樁尖、樁頂外的樁身，還可以采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土來(lái)替代，并不會(huì)對(duì)混凝土樁的整體結(jié)構(gòu)造成影響，還可以有效降低施工的造價(jià)成本。

5.3 局部加固

相較于道路建設(shè)工程，橋梁施工中的細(xì)節(jié)較多，難度也更高，橋墩、橋樁等重點(diǎn)位置還需要額外加固，避免橋梁塌陷。在橋墩加固作業(yè)中，施工人員應(yīng)選用剪切鋼纖維或是切削鋼纖維，可以有效地提高橋墩的穩(wěn)固性和抗震效果。若在施工中，樁體結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)鋼纖維外露的情況，則需要施工人員對(duì)相應(yīng)位置開(kāi)展錘擊作業(yè)，保持橋墩、樁體表面的平整度，這樣才能鞏固其穩(wěn)定性，強(qiáng)化樁體結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，用于局部加固的鋼纖維混凝土材料中的鋼纖維占比不應(yīng)超過(guò)0.9%，當(dāng)施工人員按照加固點(diǎn)位的情況完成鋼纖維混凝土配置后，便可以使用噴射機(jī)將配置好的混凝土漿液噴射到加固點(diǎn)位，以完成橋梁的局部加固。另外，橋梁薄弱點(diǎn)位、裂縫病害等均可使用這種方式進(jìn)行修復(fù)。

5.4 橋梁罩面

將鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用于橋梁罩面中，可以有效抑制混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力，避免橋梁罩面出現(xiàn)裂縫，保護(hù)好橋面。應(yīng)用方式與路面罩面應(yīng)用方式相同，需要使橋梁罩面與混凝土結(jié)構(gòu)粘合在一起，構(gòu)成一個(gè)全新的混凝土層，以提高橋面的使用壽命。

6.鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

鋼纖維混凝土材料在道路橋梁工程中的優(yōu)勢(shì)極為明顯，但若想發(fā)揮出鋼纖維混凝土材質(zhì)的最大效益，需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的厚度較小，強(qiáng)度卻比傳統(tǒng)混凝土高出許多，這就需要施工人員認(rèn)真鉆研其基礎(chǔ)材質(zhì)的性能質(zhì)量，才能夠使其滿足工程要求。首先，要求選擇具有高抗凍性、耐磨性，但塑性相對(duì)較小的水泥原材料。鋼纖維混凝土材料配置完成后，還需要取樣質(zhì)檢。為提高質(zhì)檢精準(zhǔn)性，需要選用3 組樣品完成兩次檢測(cè)，材料完全滿足工程需求后方能投入使用。若在配置環(huán)節(jié)后，發(fā)現(xiàn)骨料的含水量超出規(guī)定值，還需要對(duì)其進(jìn)行烘干處理。

（2）鋼纖維混凝土施工結(jié)束后，也需要施工人員對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。待混凝土結(jié)構(gòu)完全凝固后，需要施工人員對(duì)所有混凝土結(jié)構(gòu)面進(jìn)行檢查，主要查看表面平整度以及是否出現(xiàn)裂縫病害。若表面不存在嚴(yán)重問(wèn)題，就可以開(kāi)始進(jìn)行為期7d 以上的混凝土養(yǎng)護(hù)工程。養(yǎng)護(hù)過(guò)程以維持混凝土表面濕潤(rùn)為主，在混凝土表面鋪設(shè)經(jīng)過(guò)濕潤(rùn)處理的、具有較高持水性草袋等物體，以防混凝土表面受陽(yáng)光暴曬、風(fēng)雨的侵襲。

7.結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)路橋工程中的混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼纖維混凝土明顯有著更加優(yōu)越的性能，其極高的質(zhì)量以及超強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，能夠有效改善我國(guó)道路橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量。因此，建筑單位需加大對(duì)該技術(shù)的探索和鉆研力度，結(jié)合工程情況優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用策略，開(kāi)發(fā)更多的應(yīng)用方式，發(fā)揮出該項(xiàng)技術(shù)在路橋建設(shè)工程中的最大價(jià)值。