路橋工程中鋼纖維混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用

王 振 ，胡 朋

1.江蘇省交通運輸廳公路事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 南京 210004

2.山東交通學(xué)院，山東 濟南 250357

公路橋梁項目建設(shè)是我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容，現(xiàn)階段路橋施工多采用混凝土結(jié)構(gòu)形式，然而混凝土自身具有熱脹冷縮的性質(zhì)，如果施工工藝控制不當，那么就容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫等問題，嚴重影響路橋使用的穩(wěn)定性和安全性。基于此，施工人員有必要對路橋施工材料進行優(yōu)化。鋼纖維混凝土是一種優(yōu)質(zhì)的復(fù)合型材料，其有效彌補了傳統(tǒng)混凝土特性的不足，提升了路橋施工質(zhì)量。除了預(yù)應(yīng)力梁、橋面鋪裝層，鋼纖維混凝土在路面、橋梁的維修加固等施工環(huán)節(jié)也得到了廣泛應(yīng)用。

1 鋼纖維和鋼纖維混凝土的基本性能

1.1 鋼纖維性能

鋼纖維指的是長徑比為40～80的纖維，這些纖維多采用切斷細鋼絲法、冷軋帶鋼剪切或鋼錠銑削等方法制成，鋼纖維材料見圖1。按照制造方式的差異，鋼纖維大致可分為四種類型，包括切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維和熔抽鋼纖維。在路橋項目建設(shè)中，切斷鋼纖維、剪斷鋼纖維的應(yīng)用較多。其中，切斷鋼纖維的抗拉強度較高，但其與水泥砂漿的黏結(jié)性較差，因而在施工階段還需要對纖維表面進行變形處理，以此改善鋼纖維的力學(xué)性能。剪切鋼纖維多按照剪切冷軋薄板的方式獲得，此類纖維材料厚、寬分別為0.2～0.5mm和0.25～0.9cm，材料抗拉強度為450～800MPa，相比于切斷鋼纖維，剪切鋼纖維材料與水泥砂漿的黏結(jié)性能明顯更為優(yōu)秀。

圖1 鋼纖維材料

1.2 鋼纖維混凝土性能

在混凝土中應(yīng)用鋼纖維材料的主要目的是限制外力作用下基體裂縫的擴展。將鋼纖維材料和混凝土結(jié)合在一起，則兩者共同發(fā)揮承擔外力的作用。在受力過程中，一旦基料裂開，則橫跨裂縫的鋼纖維會轉(zhuǎn)為外力的主要承受者，有效地提升材料整體的抗裂性能。從鋼纖維混凝土整體性能看，其不僅具有較高的抗拉極限強度，而且抗壓和抗彎性能較為突出。工程實踐表明，在混凝土材料中添加鋼纖維后，單軸抗拉、抗彎的極限強度會分別提升40%～50%和50%～150%。同時混凝土和鋼纖維的融合可以有效提升復(fù)合結(jié)構(gòu)體的抗沖擊性能，并且實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體抗裂、抗疲勞、抗變形能力。此外，將鋼纖維混凝土用于具體項目建設(shè)后，還能保證材料的抗凍性與耐磨性[1]。

2 路橋施工中鋼纖維混凝土施工技術(shù)要點

2.1 鋼纖維制作

制作符合項目建設(shè)要求的鋼纖維，是鋼纖維混凝土施工的基礎(chǔ)性工作。依據(jù)制作原理的差異，鋼纖維的制作方法大致可分為鋼絲切斷法和冷拔法。其中，鋼絲切斷法對沖床與切刀的依賴性較強，并且出于提升切割效率的考慮，選擇使用旋轉(zhuǎn)刀具；其不足之處在于采用鋼絲切斷法制作鋼纖維時，對鋼絲原材料的耗損問題較為嚴重，容易增加工程項目的建設(shè)成本，故而在當路橋工程施工規(guī)模較大時，鋼絲切斷法制作鋼纖維的適用性較差。采用冷拔法制作鋼纖維時，不僅能確保鋼纖維表面的光滑程度，而且能有效增加鋼纖維自身的黏結(jié)強度。目前，在鋼纖維制作中，大多會選擇鋼絲切斷法和冷拔鋼絲法的聯(lián)合制作，以0.4～0.8mm直徑的冷拔鋼絲為例，采用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，這樣能有效地提升鋼纖維的抗拉強度，在具體施工中，采用這種功法制成的鋼纖維混凝土，其抗拉強度可達到1000～ 2000MPa。

2.2 鋼纖維混凝土設(shè)計制造

鋼纖維混凝土制作要點把控具體如下：（1）在鋼纖維混凝土配合比設(shè)計中，可按照普通混凝土的配合比要求來決定最終配比。（2）在鋼纖維品種選擇中，應(yīng)確保鋼纖維與基材強度相適應(yīng)，并且應(yīng)確保鋼纖維極限抗拉強度超過500MPa。當使用圓直和熔抽鋼纖維時，應(yīng)選擇圓直和熔抽鋼纖維進行配制；當使用剪斷鋼纖維時，應(yīng)選擇高標號混凝土完成配制，確保鋼纖維的含量保持在0.5%～2.0%。（3）鋼纖維混凝土制作需要控制鋼纖維的長度和最小直徑，以此保證混凝土材料的力學(xué)性能，使其滿足施工和易性要求。通常鋼纖維長度不應(yīng)太長，而最小直徑應(yīng)不小于0.4mm，一般鋼纖維的最小直徑保持在0.45～0.70mm，長徑比保持在50～80。（4）與普通混凝土相比，要求提升鋼纖維混凝土的砂率。并且考慮到鋼纖維同基體結(jié)合的牢固性，應(yīng)選擇較小粒徑的骨料，骨料中大粒徑保持在10～20mm。（5）注重水泥用量的控制，在保證鋼纖維混凝土材料性能的情況下，盡可能地減少水泥用量，降低工程成本。同時應(yīng)借助減水劑或其他外摻劑，不斷提升鋼纖維混凝土材料的設(shè)計和制造水平。

2.3 投料攪拌

在鋼纖維混凝土投料攪拌過程中，除了專用的強制式攪拌機，還可使用雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌機設(shè)備。在攪拌設(shè)備利用過程中，一旦纖維摻量較高或混凝土坍落度較小，為避免攪拌機超負荷作業(yè)，應(yīng)降低攪拌機的利用率。在實際攪拌中，應(yīng)注意攪拌投料順序和攪拌時間的控制。通常，當鋼纖維一次性直接投料時，攪拌機內(nèi)的鋼纖維容易出現(xiàn)結(jié)團問題，因而需要按照分級投料的原則進行投料，確保鋼纖維充分分散，要求分散機功率保持在0.75～1.0kW，分散力控制在20～60kg/min。最后按照先干后濕的要求投料攪拌，要求混合料在攪拌機內(nèi)干攪拌1min后，開始加水并濕攪拌2min。鋼纖維混凝土整體投料順序見圖2。

圖2 鋼纖維混凝土整體投料順序

2.4 澆筑振搗

為進一步提升鋼纖維混凝土路橋施工質(zhì)量，在材料澆筑過程中，一是應(yīng)確保鋼纖維混凝土澆筑的連續(xù)性，要求各路橋單元沒有明顯的澆筑接頭，以此保證澆筑單元的連續(xù)性；二是在鋼纖維混凝土振搗中，要求使用平板振搗器振搗成型，因為使用插入式振搗棒時，鋼纖維會朝著振搗棒方向聚集，由此產(chǎn)生了集束效應(yīng)，影響了路橋澆筑施工質(zhì)量[2-3]；三是在平板振搗器振搗操作中，應(yīng)充分保證邊角部位混凝土振搗的密實程度，在邊角地區(qū)要求鋼纖維按照縱向條狀的狀態(tài)集束排列，以此抵抗板體收縮應(yīng)力、溫度應(yīng)力及荷載的傳遞；四是完成振搗后，要求將振搗面抹平，并且應(yīng)確保外露的鋼纖維壓入混凝土，避免鋼纖維發(fā)生銹蝕或者對人體造成傷害。

3 鋼纖維混凝土施工技術(shù)在路橋施工項目中的具體應(yīng)用

3.1 項目概況

某高速公路全段總長為28.85km，設(shè)計公路為雙向四車道，路基寬度為25m，設(shè)計速度為80km/h。受地形因素影響，該項目建設(shè)需要建設(shè)多個橋梁，為提升橋梁整體抗壓、抗拉和抗彎效應(yīng)，在橋梁澆筑施工中，采用鋼纖維混凝土澆筑施工工藝，有效提升橋梁項目的施工質(zhì)量，滿足了高速公路運行需求。

3.2 具體應(yīng)用

在該項目施工中，高速公路橋梁澆筑采用鋼纖維混凝土澆筑施工技術(shù)。在澆筑前期階段，嚴格配置鋼纖維、鋼纖維混凝土，要求鋼纖維抗拉強度達到1000～2000MPa，鋼纖維混凝土中鋼纖維的含量保持在1.0%。而且該項目選擇使用硫鋁酸鹽快硬水泥和速凝劑材料，提升了澆筑構(gòu)件的早期抗裂性能。然后嚴格按照鋼纖維混凝土投料攪拌、澆筑振搗的操作要點進行施工，必須控制橋梁上部承受荷載部位、橋梁墩臺結(jié)構(gòu)的澆筑質(zhì)量。其中在上部承受荷載部位澆筑中，要求合理控制鋼纖維混凝土的澆筑量，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力性能、澆筑構(gòu)件自重、橋梁美觀及工程經(jīng)濟效益的協(xié)調(diào)。在墩臺等結(jié)構(gòu)局部加固處理中，重點考慮橋梁結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性，該項目采用轉(zhuǎn)子Ⅱ型噴射機進行施工，確保噴射鋼纖維混凝土保持在5～20cm，避免了后期使用中橋梁墩臺、橋面板裂縫或表層剝落病害的發(fā)生[4]。

4 結(jié)束語

施工人員規(guī)范化地使用鋼纖維混凝土施工技術(shù)，能夠有效地提升路橋項目的施工質(zhì)量，減少路橋工程裂縫問題。現(xiàn)今，路橋建設(shè)項目逐漸增多，施工人員只有充分認識鋼纖維混凝土的材性能和施工技術(shù)優(yōu)勢，并加強鋼纖維混凝土施工技術(shù)各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)管理，才能有效提升鋼纖維混凝土的施工質(zhì)量，確保路橋建設(shè)應(yīng)用的穩(wěn)定性、安全性。