鋼纖維混凝土路橋維修施工方法

梁金榜

(1.廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001；2.南寧市筑路技術(shù)與筑路材料工程技術(shù)研究中心，廣西 南寧 530001)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，國(guó)道干線道路上的車輛密度及載荷呈上升趨勢(shì)，多數(shù)公路建設(shè)完成后，投入應(yīng)用幾年時(shí)間，路面便出現(xiàn)多處斷裂，對(duì)公路使用安全性及可靠性構(gòu)成威脅。通常超重車輛在高速行駛下，會(huì)加劇路面裂縫擴(kuò)展?fàn)顩r，且伴有橋頭跳車現(xiàn)象，主要是因混凝土結(jié)構(gòu)被損害。為保持橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，需將原有混凝土去除，鋪設(shè)加密鋼筋層，最后澆筑新的混凝土。在路橋維修施工建設(shè)工程中，應(yīng)用鋼纖維混凝土施工技術(shù)成為主流趨勢(shì)，能夠切實(shí)提升工程質(zhì)量，為人們出行提供保證。

1 鋼纖維混凝土概述

1.1 鋼纖維混凝土簡(jiǎn)述

在普通混凝土中加入1%～2%的鋼纖維，便可獲得鋼纖維混凝土，具有將抗拉強(qiáng)度增大60%、抗彎強(qiáng)度增大100%、抗沖擊性增大3倍、抗疲勞性增大3倍等顯著優(yōu)勢(shì)，同時(shí)該方法也存在部分不足，如流動(dòng)性不佳，在攪拌及振搗進(jìn)程中，鋼纖維極易成團(tuán)或折斷，凝結(jié)時(shí)間較短等。鋼纖維混凝土主要以鋼纖維材料為主，在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)中，需將鋼纖維規(guī)范予以明確，對(duì)于水、砂、粗集料、水泥等材料具有較高要求。鋼纖維混凝土在設(shè)計(jì)中對(duì)配合比存在一定影響，設(shè)計(jì)內(nèi)容包含水灰比、鋼纖維體積率、含砂率等。與普通混凝土相較，鋼纖維混凝土除結(jié)構(gòu)存在差異外，還需對(duì)其進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，如強(qiáng)度試驗(yàn)中盡可能與抗壓及抗拉要求吻合。設(shè)計(jì)進(jìn)程中需對(duì)含砂率、用水量、鋼纖維體積與鋼纖維混凝土關(guān)系加以重視，鋼纖維混凝土施工配合比及用量見表1[1]。

表1 鋼纖維混凝土施工配合比及用量表

1.2 鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.2.1 鋼纖維混凝土配合比與素混凝土的異同

鋼纖維混凝土在集料中加入短鋼絲，其配合比與素混凝土存在以下差異：(1)采用較高含砂率，水泥漿液較多的配合比，且選取高標(biāo)號(hào)水泥，以此提升高纖維與基體粘結(jié)強(qiáng)度；(2)粗骨料最大尺寸應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通常應(yīng)<20 mm；(3)水灰比的確定需結(jié)合纖維含量、形狀及施工機(jī)械予以考量，為減少水泥使用量，提升和易性，可適當(dāng)加入粉煤灰及減水劑。

1.2.2 鋼纖維緩凝土配合比設(shè)計(jì)要求

鋼纖維混凝土配合比強(qiáng)調(diào)抗拉強(qiáng)度。首先需根據(jù)基體強(qiáng)度，確定素混凝土配合比，之后根據(jù)纖維混凝土要求達(dá)到的強(qiáng)度，確定鋼纖維含量。通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算，借鑒一般混凝土配合比設(shè)計(jì)方式，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

1.2.2.1 骨料及含砂率

鋼纖維混凝土粗骨料粒徑大小，對(duì)復(fù)合材料具有較大影響。骨料過(guò)粗，會(huì)影響纖維分布均勻性；過(guò)細(xì)則對(duì)其強(qiáng)度具有影響。根據(jù)試驗(yàn)表明，當(dāng)纖維含量為1.1%～1.8%時(shí)，骨料粒徑≤15 mm為宜。普通混凝土粗骨料最大粒徑，主要由構(gòu)件斷面尺寸及鋼筋間距決定，通常對(duì)其強(qiáng)度未有明顯影響。粗骨料最大粒徑和含砂率對(duì)鋼纖維混凝土強(qiáng)度影響如圖1所示[2]。

圖1 粗骨料最大粒徑及含砂率對(duì)鋼纖維混凝土強(qiáng)度的影響示意圖

如圖1所示，當(dāng)鋼纖維為1.0%，粗骨料粒徑對(duì)撓曲強(qiáng)度的影響最小，而當(dāng)鋼纖維為1.8%時(shí)，影響較為顯著，粗骨料粒徑選取以15 mm為宜。

1.2.2.2 水泥及水灰比

配置鋼纖維混凝土?xí)r，需采用標(biāo)號(hào)較高的水泥，以此獲取較高的強(qiáng)度，利于拌和物和易性的增加。目前國(guó)外相關(guān)人員研究發(fā)現(xiàn)，加入1/3粉煤灰代替水泥劑量，可將其和易性切實(shí)改善，且不會(huì)使復(fù)合材料性能降低。鋼纖維混凝土水灰比，通常為0.4～0.55，主要為增強(qiáng)基體強(qiáng)度，水灰比對(duì)鋼纖維混凝土坍落度的影響如圖2所示[3]。

圖2 水灰比對(duì)鋼纖維混凝土坍落度的影響示意圖

2 傳統(tǒng)混凝土不足及鋼纖維混凝土特性

2.1 傳統(tǒng)混凝土的不足

2.1.1 極易出現(xiàn)裂縫

多數(shù)工程中應(yīng)用傳統(tǒng)混凝土澆筑方式，其雖具備較多工程項(xiàng)目建設(shè)優(yōu)勢(shì)，但在具體澆筑過(guò)程中，極易受外界因素影響，尤其是溫度、濕度。在混凝土凝固階段，裂縫問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，不僅影響路橋使用美觀性，而且會(huì)減少道路橋梁使用年限。隨著時(shí)間推移，裂縫逐漸擴(kuò)展，在氣候及車輛載荷共同作用下，致使主體結(jié)構(gòu)損傷，增加安全事故發(fā)生概率。

2.1.2 存在大量蜂窩麻面

傳統(tǒng)道路橋梁工程中，多采用混凝土澆筑施工工藝，其對(duì)運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等具有較高要求。若任何一個(gè)施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，混凝土凝固后表面易存在大量蜂窩麻面，如對(duì)其未能加以處理，會(huì)使橋梁工程結(jié)構(gòu)受損，降低應(yīng)用成效。

2.2 鋼纖維混凝土特性

2.2.1 良好的抗形變能力

與傳統(tǒng)混凝土相較，鋼纖維混凝土可在長(zhǎng)時(shí)間負(fù)載運(yùn)行下，依然保持良好的收縮能力，在普通混凝土中適當(dāng)加入鋼纖維，可將收縮率降低，確保擁有較強(qiáng)的抗形變能力。

2.2.2 抗壓、抗拉、抗彎極限強(qiáng)度較高

針對(duì)鋼筋混凝土施工工藝在橋梁及道路施工中的應(yīng)用，其自身混凝土澆筑技術(shù)優(yōu)勢(shì)較少，本質(zhì)為在普通混凝土中加入鋼纖維，可將其抗壓、抗拉、抗彎矩極限強(qiáng)度提升，確保應(yīng)用鋼纖維混凝土路面在遭受損害后，即使出現(xiàn)碎裂也不會(huì)發(fā)生松散，將鋼纖維材料及混凝土物理性能有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)新配比混凝土具備兩種材料的優(yōu)勢(shì)，提升路橋工程使用質(zhì)量。

2.2.3 優(yōu)良的抗剪、抗裂、抗疲勞性能

一般情況下，在路橋工程維修施工中，工程整體質(zhì)量及強(qiáng)度對(duì)交通安全存在一定影響。與普通混凝土相較，鋼纖維混凝土具有更高抗剪、抗裂、抗疲勞性能，普通混凝土的開裂載荷及極限載荷承受能力較差，路面開裂后難以使用，而鋼纖維混凝土路面路基發(fā)生錯(cuò)位后，或路面發(fā)生開裂，仍保持較強(qiáng)的承載能力，確保路面使用質(zhì)量。

2.2.4 極強(qiáng)的抗沖擊性能

在混凝土中加入鋼纖維，用其材料建設(shè)的道路橋梁項(xiàng)目更具抗沖擊性，滿足橋梁工程實(shí)際所需。針對(duì)普通混凝土而言，路橋工程中鋼纖維混凝土路面抗沖擊性更高。路橋工程較為特殊，對(duì)抗沖擊性要求較高，為切實(shí)避免路橋遭受較大沖擊，影響正常使用，鋼纖維混凝土抗沖擊性能為普通混凝土的50～100倍。

2.2.5 降低道路厚度

應(yīng)用鋼纖維混凝土施工技術(shù)在道路工程鋪設(shè)中，主要采用復(fù)合式路面鋪設(shè)形式，其中涉及雙層及三層式鋪設(shè)，可將道路厚度降低。施工人員需根據(jù)設(shè)計(jì)狀況，選取合理的鋪設(shè)方式，確保道路剛性，提升路面使用強(qiáng)度。

3 鋼纖維混凝土的施工控制要點(diǎn)

鋼纖維混凝土施工技術(shù)得到不斷推廣及應(yīng)用，其使用范圍擴(kuò)展，但各個(gè)工程領(lǐng)域存在差異，若想提升鋼纖維混凝土施工技術(shù)成效，需立足于工程項(xiàng)目實(shí)際情況，選取適合的施工方式，如當(dāng)前最常見的澆筑、灌漿、噴射等方式，鋼纖維混凝土在不同領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)。此外，還需對(duì)鋼纖維混凝土原材料進(jìn)行嚴(yán)格把控，對(duì)其混凝土施工各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督，確保鋼纖維混凝土使用成效。

3.1 選取合理的原材料

鋼纖維結(jié)構(gòu)存在較大差異，所以混凝土在進(jìn)行融合時(shí)，需根據(jù)鋼纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，之后選取與鋼纖維混凝土類型相匹配的施工環(huán)境及技術(shù)。路橋工程在維修施工前，需對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及氣候進(jìn)行全方位考量，根據(jù)實(shí)際考察結(jié)果，選取合理的鋼纖維混凝土施工方式。選取原材料時(shí)，不能將價(jià)格作為唯一指標(biāo)，需根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選取資質(zhì)可靠、信譽(yù)高的供應(yīng)商，在滿足施工要求的基礎(chǔ)上，盡可能選取成本較低的材料。

3.2 遵循鋼纖維摻入比例要求

若想切實(shí)提升鋼纖維混凝土在路橋維修中的應(yīng)用成效，應(yīng)對(duì)鋼纖維攪拌進(jìn)程加以關(guān)注，嚴(yán)格控制鋼纖維加入比例，其摻量及混凝土比例公式為：混凝土抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)值×(1+鋼纖維長(zhǎng)徑比×鋼纖維體積率×鋼纖維強(qiáng)度系數(shù))。若在混凝土中加入鋼纖維的比例與固定值相差較大，可能會(huì)使混凝土整個(gè)結(jié)構(gòu)承受載荷能力降低；若其比例比固定值小，也會(huì)使混凝土材料使用成效不佳。所以，對(duì)混凝土中摻入鋼纖維的比例需進(jìn)行嚴(yán)格管控，避免與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)不匹配。

3.3 保證鋼纖維均勻攪拌

鋼纖維混凝土的攪拌需嚴(yán)格按照相關(guān)要求操作，根據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)際所需，選取合理的攪拌設(shè)備，避免攪拌設(shè)備在進(jìn)行鋼纖維攪拌時(shí)，承受負(fù)載較大，增加攪拌不均勻的風(fēng)險(xiǎn)。若攪拌設(shè)備出現(xiàn)超負(fù)荷工作，會(huì)降低攪拌質(zhì)量，對(duì)施工進(jìn)度產(chǎn)生影響。因此，施工人員在進(jìn)行攪拌時(shí)，需進(jìn)行均勻攪拌，使其與混凝土充分融合，提升混凝土應(yīng)用成效。此外，為確保鋼纖維混凝土充分均勻攪拌，可在鋼纖維投放時(shí)，根據(jù)先干后濕的原則，投入各種原材料，確保鋼纖維混凝土攪拌質(zhì)量[4]。

3.4 堅(jiān)持連貫性原則

在混凝土澆筑進(jìn)程中，需確保其連續(xù)性，才能保證應(yīng)用成效。若在鋼纖維混凝土澆筑進(jìn)程中出現(xiàn)中斷情況，可能會(huì)使混凝土及鋼纖維分離，影響鋼纖維混凝土使用成效。因此，施工人員在進(jìn)行澆筑過(guò)程中，需確保其連續(xù)性，根據(jù)施工實(shí)際所需，對(duì)其澆筑進(jìn)行合理控制。此外，對(duì)其進(jìn)行振搗時(shí)，需采用平板振搗設(shè)備，確保振搗密實(shí)性，進(jìn)一步提升混凝土承載力，同時(shí)需對(duì)鋼筋混凝土接縫高質(zhì)量完成，為路橋工程各項(xiàng)日后養(yǎng)護(hù)提供便利。

3.5 確保運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定性

路橋工程維修是一項(xiàng)系統(tǒng)復(fù)雜工程，施工原材料運(yùn)輸進(jìn)程中若出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)對(duì)材料使用性能造成影響，因此對(duì)材料運(yùn)輸穩(wěn)定性提出新的任務(wù)及要求。鋼纖維混凝土在具體運(yùn)輸進(jìn)程中，為確保材料自身性能不發(fā)生變更，應(yīng)通過(guò)選取合理運(yùn)輸方式，盡可能縮短運(yùn)輸時(shí)間，而長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸可能會(huì)使鋼纖維混凝土中含氣量減少，自身粘稠度降低。同時(shí)，在運(yùn)輸進(jìn)程中，應(yīng)避免大幅度振動(dòng)現(xiàn)象，確保鋼纖維混凝土均勻性。

3.6 做好抹光及養(yǎng)護(hù)工作

鋼纖維混凝土材料的質(zhì)量，對(duì)路橋工程施工具有重要作用。若混凝土材料質(zhì)量存在缺陷，會(huì)引發(fā)一系列安全問(wèn)題。施工人員待工程完成后，對(duì)其實(shí)施抹光及壓實(shí)，若路面不平整，通過(guò)人工方式對(duì)其凹陷處進(jìn)行處理，對(duì)其養(yǎng)護(hù)加以重視，避免產(chǎn)生裂縫。

4 鋼纖維混凝土施工技術(shù)在路橋維修中的具體應(yīng)用

4.1 橋面鋪設(shè)環(huán)節(jié)

橋面鋪裝工作開始前，相關(guān)技術(shù)人員需對(duì)其橋板面標(biāo)高，進(jìn)行仔細(xì)準(zhǔn)確地測(cè)量，且將橋板面多余混凝土及其異物清除，避免其與鋼纖維混凝土融合，對(duì)其使用性能造成影響。在施工環(huán)節(jié)，應(yīng)用鋼纖維混凝土施工技術(shù)，可將橋面鋪設(shè)厚度降低，增強(qiáng)橋面應(yīng)用剛度，使橋面受力均勻，減少裂縫產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久使用目標(biāo)。

4.2 結(jié)構(gòu)加固施工環(huán)節(jié)

路橋工程建設(shè)主要為交通提供便捷，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這對(duì)路橋工程質(zhì)量提出較高要求，需確保其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免橋梁表面損傷、裂縫產(chǎn)生。在工程加固施工環(huán)節(jié)，使用鋼纖維混凝土施工技術(shù)，可增加路橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保工程施工質(zhì)量。如何通過(guò)應(yīng)用鋼纖維混凝土，將其橋面裂縫予以補(bǔ)充，確保料面平整性。對(duì)路橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，需使用合理的噴射機(jī)設(shè)備，對(duì)可能出現(xiàn)裂縫地方進(jìn)行噴補(bǔ)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性[5]。

4.3 樁基礎(chǔ)施工環(huán)節(jié)

樁基礎(chǔ)為路橋工程施工核心環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量與路橋使用質(zhì)量息息相關(guān)，需將樁基礎(chǔ)強(qiáng)度及承載力加強(qiáng)。在具體施工進(jìn)程中，樁頂及樁尖強(qiáng)度極易受施工質(zhì)量影響，可在橋樁頂尖部分澆筑鋼纖維混凝土，提升該部位強(qiáng)度及承壓能力。此外，為切實(shí)提升樁基打擊速度，使用鋼纖維混凝土施工技術(shù)，可減少人力及物力耗損，對(duì)施工成本進(jìn)行有效控制，提升建設(shè)單位經(jīng)濟(jì)效益。

4.4 主梁施工環(huán)節(jié)

橋梁主梁為路橋施工中的核心部分，主要承擔(dān)橋面負(fù)荷，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較高，所以需對(duì)主梁施工加以重視。使用鋼纖維混凝土制作主梁，可將其自身特性充分發(fā)揮，增強(qiáng)橋梁主梁結(jié)構(gòu)抗性。在傳統(tǒng)混凝土建筑主梁中，伴隨主梁的不斷使用，在拉力、重力等因素作用下，極易出現(xiàn)形變，如果采用鋼纖維混凝土，材料自身韌性高，可提升主梁抗形變能力。同時(shí)，鋼纖維混凝土材料的應(yīng)用，可切實(shí)提升主梁強(qiáng)度，消除傳統(tǒng)混凝土質(zhì)量缺陷。

4.5 邊坡和隧道防護(hù)施工環(huán)節(jié)

路橋工程自身具有特殊性，其建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，在施工中需采用先進(jìn)施工技術(shù)，可解決環(huán)境不良影響，提升施工質(zhì)量。若路橋施工中，在邊坡地質(zhì)中存在巖石裂隙現(xiàn)象，可先通過(guò)普通混凝土對(duì)其進(jìn)行支護(hù)，之后使用鋼纖維混凝土對(duì)其噴射，實(shí)現(xiàn)加固目標(biāo)。同時(shí)針對(duì)邊坡界面，也可應(yīng)用噴射鋼纖維混凝土方式，在隧道防護(hù)層面使用鋼纖維混凝土，可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性能，避免隧道出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

在道路橋梁建設(shè)及維修進(jìn)程中，工程項(xiàng)目建設(shè)企業(yè)需根據(jù)實(shí)際狀況，結(jié)合施工環(huán)境，制定科學(xué)、完善的施工實(shí)施方案，對(duì)施工各個(gè)環(huán)節(jié)加以管控，確保工程建設(shè)質(zhì)量可靠。通過(guò)在橋梁建設(shè)中應(yīng)用鋼纖維混凝土，提升其強(qiáng)度、抗形變等能力，提高路橋工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量，為人們及車輛通行提供便利。