鋼纖維混凝土施工技術(shù)探析

姚邦君

(湖南省路橋建設(shè)集團(tuán)公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通事業(yè)也加快了前進(jìn)步伐，越來越來多的高等級(jí)公路和橋梁建筑如雨后春筍般紛紛出現(xiàn)。因此，橋梁建設(shè)勢(shì)必往更好更精更安全耐用的方向發(fā)展，這就對(duì)建筑材料的要求越來越高。鋼纖維混凝土作為一種新型的優(yōu)質(zhì)水泥基復(fù)合材料，可以實(shí)現(xiàn)按照使用要求設(shè)計(jì)材料的目的。因其性能優(yōu)越、施工簡(jiǎn)便、價(jià)格相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)而在道路路面、橋梁結(jié)構(gòu)、房屋建筑等工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

2 鋼纖維混凝土的性能

鋼纖維混凝土與普通混凝土相比，具有一系列優(yōu)越的物理力學(xué)性質(zhì)：強(qiáng)度與重量比值增大；較高的抗拉、抗壓和抗彎的極限強(qiáng)度。在混凝土中摻人適量鋼纖維，其極限抗壓強(qiáng)度可以提高，單軸抗拉極強(qiáng)度可提高40%～50%，抗彎極限強(qiáng)度町提高50%～150%；良好的抗沖擊性能。鋼纖維混凝土在纖維摻量為 O．8%~2．0%時(shí)，其沖擊韌性指標(biāo)可提高 50～100倍，甚至更高；變形性能明顯改善。鋼纖維對(duì)混凝土抗壓彈性模量影響不顯著，但對(duì)抗拉彈性模量提高較多，鋼纖維對(duì)混凝土長(zhǎng)期收縮變形的影響也較明顯，鋼纖維可使混凝土的收縮率降低10%～30%；抗裂和抗疲勞性能顯著提高；優(yōu)越的抗剪性能；良好的阻止和抑制因溫度應(yīng)力引起裂縫產(chǎn)生與擴(kuò)展的能力；良好的抗凍性與耐磨性能。

3 鋼纖維混凝土的應(yīng)用

3.1 道路施工中的應(yīng)用

由于鋼纖維混凝土路面具有減薄鋪裝厚度、縱縫不設(shè)或少設(shè)、橫向縮縫少、良好的耐磨性及凍融性等優(yōu)點(diǎn)，延長(zhǎng)路面使用壽命，從而在路面工程中獲得廣泛應(yīng)用。

(1)新建全截面鋼纖維混凝土路面。全截面采用鋼纖維混凝土的路面厚度為普通混凝土路面厚度的50%～60%，鋼纖維摻量為0．8%～1．2%。雙車道路面一般不設(shè)縱逢，橫縫間距20～30m，最長(zhǎng)可取50m。

(2)新建復(fù)合式鋼纖維混凝土路面。復(fù)合式路面可以做成雙層式或三層式。雙層式路面的構(gòu)造是在全路面板厚的上層約全厚40%～60%鋪設(shè)鋼纖維混凝土。三層式復(fù)合路面是上下兩層分別做成鋼纖維混凝土層，中間夾普通混凝土層。結(jié)構(gòu)上比較合理，但施工復(fù)雜。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，三層式復(fù)合路面宜在機(jī)械化鋪設(shè)條件較高的地區(qū)使用。

(3)碾壓鋼纖維混凝土路面。將鋼纖維置于碾壓混凝土中，從而使路面的強(qiáng)度和韌性增強(qiáng)，改善碾壓混凝土的力學(xué)性能。

(4)鋼纖維混凝土罩面。舊混凝土路面損壞采用鋼纖維混凝土鋪筑罩面層。鋼纖維混凝土罩面分結(jié)合式、直接式、分離式二種結(jié)合。結(jié)合式罩面面層與舊混凝土相互粘結(jié)為一整體，共同發(fā)揮結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度作用。分離式罩面層與舊混凝土不粘結(jié)，而是中間設(shè)置一個(gè)隔離層，各層獨(dú)立發(fā)揮作用。直接式是直接在舊水泥混凝土面層上加鋪鋼纖維混凝土罩面層。一般用于損壞較輕微的舊水泥混凝土路面。

(5)鋼纖維水泥砂漿或細(xì)石混凝土罩面修補(bǔ)。用鋼纖維水泥砂漿或鋼纖維細(xì)石混凝土對(duì)損壞的路面進(jìn)行修補(bǔ)罩面。鋼纖維體積率以1%～2%為宜，長(zhǎng)徑比可略高于鋼纖維增強(qiáng)混凝土的長(zhǎng)徑比。一般限制在70～100范圍內(nèi)。

3.2 橋梁施工中的應(yīng)用

(1)橋面鋪裝。采用鋼纖維混凝土橋面鋪裝層不僅可以增強(qiáng)橋面的抗裂性、耐久性和提高舒適性能，還可以增強(qiáng)橋梁抗折強(qiáng)度，增加橋梁本身剛度，減少鋪裝厚度，降低結(jié)構(gòu)自重，改善橋梁受力狀況。此外，采用鋼纖維混凝土和橡膠瀝青混凝土復(fù)合的雙層橋面也是一種有效措施。

(2)橋梁上部承受荷載部位。采用鋼纖維混凝土作為主拱圈(主梁)或在應(yīng)力集中區(qū)局部加強(qiáng)，改善結(jié)構(gòu)受力性能，有效控制結(jié)構(gòu)變形，減輕自重，推動(dòng)橋梁結(jié)構(gòu)向大跨度、輕型化方向發(fā)展。結(jié)構(gòu)性能良好，造型美觀，而且可減少上部材料用量，使下部墩臺(tái)數(shù)量也相應(yīng)減少，從而降低造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。通過修建鋼纖維混凝土橋梁降低梁高，滿足使用上的特殊要求。

(3)橋梁墩臺(tái)等結(jié)構(gòu)局部加固。對(duì)動(dòng)載長(zhǎng)期作用下造成的橋梁墩臺(tái)及橋面板裂縫或表層剝落病害，采用轉(zhuǎn)子Ⅱ型噴射機(jī)噴射5～20cm鋼纖維混凝土以滿足結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性要求。一般鋼纖維類型采用剪切鋼纖維，摻量為110%；采用硫鋁酸鹽快硬水泥和Ts型速凝劑提高早期抗裂性能；對(duì)舊混凝土表面噴砂或鑿毛，增加新舊混凝土的整體性。

(4)鋼筋混凝土樁加強(qiáng)。采用鋼纖維混凝土對(duì)樁頂或樁尖局部增強(qiáng)，樁的穿透力有較大提高，錘擊次數(shù)減少，大大提高打擊速度。一般在樁頂和樁尖部位采用鋼纖維混凝土，增強(qiáng)樁頂?shù)目箾_擊韌性，避免樁頂在打入設(shè)計(jì)深度以前出現(xiàn)破裂，并增加樁尖入土能力，提高打擊速度。樁身部分仍用預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。當(dāng)然也可以全斷面整體澆筑鋼纖維混凝土，但其經(jīng)濟(jì)效益會(huì)有所下降。

3.3 襯砌隧道和邊坡防護(hù)加固

采用噴射鋼纖維混凝土襯砌隧道是一種有效的技術(shù)措施。具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性和防止隧道滲漏水的作用。在邊坡巖石節(jié)理裂隙發(fā)育的地質(zhì)不良地段，采用普通混凝土支護(hù)并用噴射鋼纖維混凝土加強(qiáng)或全截面采用噴射纖維混凝土支護(hù)加固。

4 鋼纖維混凝土施工方面的控制

(1)泵送混凝土的質(zhì)量控制。泵送混凝土的連續(xù)不間斷地、均衡地供應(yīng)，能保證混凝土泵送施工順利進(jìn)行。泵送混凝土要按照配合比要求、拌制得好，混凝土泵送時(shí)則不會(huì)產(chǎn)生堵塞。因此，泵送施工前周密地組織泵送混凝土的供應(yīng)，對(duì)混凝土泵送施工是重要的。

泵送混凝土的供應(yīng)，包括泵送混凝土的拌制和泵送混凝土的運(yùn)送。泵送混凝土宜采用預(yù)拌混凝土，在商品混凝土工廠制備，用混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，這樣制備的泵送混凝土容易保證質(zhì)量。泵送混凝土由商品混凝土工廠制備時(shí)，應(yīng)按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，《預(yù)拌混凝土》的有關(guān)規(guī)定，在交貨地點(diǎn)進(jìn)行泵送混凝土的交貨檢驗(yàn)。拌制泵送混凝土?xí)r，應(yīng)嚴(yán)格按混凝土配合比的規(guī)定對(duì)原材料進(jìn)行計(jì)量，也應(yīng)符合《預(yù)拌混凝土》中有關(guān)的規(guī)定。

混凝土攪拌時(shí)的投料順序，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定投料。如配合比規(guī)定摻加粉煤灰時(shí)，則粉煤灰宜與水泥同步投料。外加劑的添加時(shí)間應(yīng)符合配合比設(shè)計(jì)的要求，且宜滯后于水和水泥。泵送混凝土的最短攪拌時(shí)間，應(yīng)符合《預(yù)拌混凝土》中有關(guān)的規(guī)定，一定要保證混凝土拌合物的均勻性，保證制備好的混凝土拌合物有符合要求的可泵性。

攪拌好的混凝土拌合物最好用混凝土攪拌運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸?，F(xiàn)在大量使用的是攪拌筒6~7m，的混凝土攪拌運(yùn)輸車。用攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸途中，攪拌筒以3-6r/min的緩慢速度轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷攪拌混凝土拌合物，以防止其產(chǎn)生離析。

(2)混凝土泵送施工質(zhì)量控制。開始泵送時(shí)，混凝土泵應(yīng)在可慢速、勻速并隨時(shí)可反泵的狀態(tài)。待各方面情況都正常后再轉(zhuǎn)人正常泵送。正常泵送時(shí)，泵送要連續(xù)進(jìn)行，盡量不停頓，遇有運(yùn)轉(zhuǎn)不正常的情況，可放慢泵送速度。

5 鋼纖維混凝土施工技術(shù)

鋼纖維混凝土的施工，按其施工方法來分有澆注鋼纖維混凝土、噴射鋼纖維混凝土和灌漿鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土道橋工程質(zhì)量的優(yōu)劣，在很大程度上取決于施工質(zhì)量。因此在鋼纖維混凝土施工時(shí)，除了滿足普通混凝土的施工要求外，還應(yīng)特別重視鋼纖維給施工帶來的技術(shù)問題，確保鋼纖維均勻分布在基體中。

(1)設(shè)置鋼纖維分散裝置。由于鋼纖維一次性直接投入攪拌機(jī)易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，為使鋼纖維充分分散，宜將鋼纖維通過分散機(jī)再進(jìn)入攪拌機(jī)。鋼纖維應(yīng)事先與細(xì)骨料定量拌合均勻或選擇直徑較粗、材質(zhì)較好的纖維，并在料斗入口處設(shè)置振動(dòng)篩。

(2)攪拌投料順序和攪拌時(shí)間。為防止鋼纖維結(jié)團(tuán)，需采取分級(jí)投料，先干后濕工藝。即按砂—鋼纖維—碎石一水泥?；旌土舷仍跀嚢铏C(jī)內(nèi)干拌1min,然后加水和外加劑濕拌2min。

(3)采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。鋼纖維混凝土攪拌機(jī)，一般最好使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)和雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)。當(dāng)纖維摻量較高和坍落度較小時(shí)。為不使攪拌機(jī)超負(fù)荷工作，攪拌機(jī)的利用率相應(yīng)有所降低。

(4)澆注和振搗。鋼纖維混凝土在澆注時(shí)，不得有明顯的澆注接頭。每次倒料相壓15~20㎝,使鋼纖維混凝土保持整體連續(xù)性。同時(shí)，鋼纖維混凝土的澆注必須連續(xù)進(jìn)行。因使用插入式振動(dòng)棒插入鋼纖維混凝±進(jìn)行振搗會(huì)使鋼纖維朝振動(dòng)著的振動(dòng)棒聚集，產(chǎn)生集束效應(yīng)。為確保鋼纖維的二維分布，宜使用平板振動(dòng)器振搗成型。當(dāng)采用振搗棒時(shí)，為保證邊角混凝土密實(shí)，應(yīng)使鋼纖維縱向條狀集束排列有利于抵抗板體收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力及荷載的傳遞。振搗好的混凝土表面應(yīng)抹平，將外露的鋼纖維壓人混凝土中，以防止露出表面的纖維銹蝕或刺人。

(5)成型。鋼纖維混凝土具有粗骨料細(xì)、砂率大、纖維亂向分布的特點(diǎn)，因此鋼纖維混凝土路面宜采用真空吸水工藝，機(jī)械抹平以防止鋼纖維外露現(xiàn)象。采用壓紋機(jī)壓紋工藝以避免拉毛產(chǎn)生纖維外露現(xiàn)象。拆模后對(duì)纖維外露或漏振時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。

(6)接縫施工。鋼纖維混凝土的收縮性小、抗裂性能好。有條件封閉交通的施工路段，采用混凝土攤鋪機(jī)可做成整幅式，不設(shè)縱縫。鋼纖維澆筑要達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度5O%后切鋸縮縫。

(7)運(yùn)輸。鋼纖維混凝土在運(yùn)輸過程中，坍落度和含氣量都會(huì)有損失，拌和物稠度下降。由于在運(yùn)輸時(shí)受到振動(dòng)使鋼纖維下沉影響了鋼纖維混凝土的均勻性。因此鋼纖維混凝土的運(yùn)輸距離應(yīng)盡量縮短料斗出口尺寸要大—些。有條件時(shí)也可以采用泵送。

6 結(jié)語

鋼纖維混凝土自發(fā)展以來，已在道路路面、橋面、機(jī)場(chǎng)跑道等工程中得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)也取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。由于鋼纖維混凝土具有較大的抗拉強(qiáng)度，較高的抗裂性能和抗沖擊性能，其用于路橋面鋪裝層可使其優(yōu)越性能得以充分發(fā)揮，從而使道路路面、橋梁結(jié)構(gòu)處于良好的工作狀態(tài)。隨著鋼纖維生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和基礎(chǔ)理論的不斷完善，鋼纖維混凝土在路橋工程的應(yīng)用將越來越廣泛。

[1]程慶國，高路彬等．鋼纖維混凝土理論及應(yīng)用[M]．北京：中國鐵道出版社，1999．

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