道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術(shù)的應(yīng)用研究

萬 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格配比混合制成的一種復(fù)合型材料。原本常見于建筑工程中的混凝土結(jié)構(gòu)抗壓性較差，在長期承受外界壓力后可能會出現(xiàn)擠壓變形等問題，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，抗拉性、耐高溫性都比另外3 種鋼纖維結(jié)構(gòu)更強，應(yīng)用范圍較廣。制作過程中，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)通常會選用厚鋼板，切割面是三角形，厚度較大，其強度、堅固度和黏合性也會更好。

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

2.1 高強度

短鋼纖維和混凝土材料混合后，強度、延展性、抗變形能力都將會大大提升。在同重量的抗壓測試中，鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的強度明顯高于傳統(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)強度過低引起的路橋結(jié)構(gòu)病害。但鋼纖維混凝土技術(shù)也會提高路橋自重，這一點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，路橋長期投入使用后，將會出現(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)計階段，施工團隊?wèi)?yīng)派出專業(yè)技術(shù)人員進行現(xiàn)場勘測，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，所以實際施工時，必須加大現(xiàn)場的質(zhì)量管控力度，并選用合理的輔助技術(shù)，以提高該技術(shù)的實際應(yīng)用質(zhì)量。如施工團隊可以在攤鋪作業(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，對水泥、外摻劑和水都有相應(yīng)的要求。一般的工藝中，會選擇抗壓強度、防凍、抗裂性能較強的硅酸鹽水泥，加上符合工程質(zhì)量要求的外摻劑，強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決定。以路橋工程的基本設(shè)計參數(shù)、強度需求、施工質(zhì)量要求為基礎(chǔ)配比參數(shù)，計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)嚴格把控，如無意外，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，也將會直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的各項性能。攪拌時，要求嚴格按照工藝流程規(guī)范作業(yè)。配置后，混凝土材料的運輸工具以混凝土罐車為主，此時要求司機控制好車速，要求罐車始終處于較為平穩(wěn)的狀態(tài)，同時注意罐內(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度和韌性，優(yōu)化路面的力學(xué)性能。此時施工人員通常會選用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。在碾壓過程中，需要施工人員做好現(xiàn)場的質(zhì)量監(jiān)督工作，關(guān)注路面壓實的緊實度以及平整度，嚴控施工質(zhì)量。利用鋼纖維混凝土技術(shù)進行路面碾壓施工，可以在節(jié)約施工材料的同時穩(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，實際應(yīng)用性極強。

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)量問題。通常，道路路面常年處于露天環(huán)境，長時間投入使用后，路面將會出現(xiàn)一些質(zhì)量問題，這時采用混凝土罩面作業(yè)便可以有效修復(fù)路面，延長路面的使用年限。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。這種處理方法會同時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)強度，強化路面修復(fù)的實際效果[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，一般來說，復(fù)合式路面會分為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。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，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、強度。如果是雙層路面，那么鋼纖維混凝土將會直接鋪設(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)。一般來說，三層復(fù)合式路面的施工技術(shù)會更復(fù)雜一些，需要施工單位具有較高的機械化水平，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，施工團隊就可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，配置好滿足現(xiàn)場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)用鋼纖維混凝土進行施工的方式與道路路面施工是極為相似的，其優(yōu)勢也極為雷同，可以在降低橋梁路面厚度的同時提高橋面的穩(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，要求提前做好實地勘測，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，也有效避免了過度錘擊致使樁體被擊穿的現(xiàn)象。同時，鋼纖維混凝土的樁尖結(jié)構(gòu)強度也可以大大提高樁體的進土效率，有效縮短了施工周期，并提升工程質(zhì)量。鋼纖維混凝土造價成本較高，在實際施工過程中，除了樁尖、樁頂外的樁身，還可以采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土來替代，并不會對混凝土樁的整體結(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，橋梁施工中的細節(jié)較多，難度也更高，橋墩、橋樁等重點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，則需要施工人員對相應(yīng)位置開展錘擊作業(yè)，保持橋墩、樁體表面的平整度，這樣才能鞏固其穩(wěn)定性，強化樁體結(jié)構(gòu)。一般來說，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0.9%，當(dāng)施工人員按照加固點位的情況完成鋼纖維混凝土配置后，便可以使用噴射機將配置好的混凝土漿液噴射到加固點位，以完成橋梁的局部加固。另外，橋梁薄弱點位、裂縫病害等均可使用這種方式進行修復(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

鋼纖維混凝土材料在道路橋梁工程中的優(yōu)勢極為明顯，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。

（1）鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的厚度較小，強度卻比傳統(tǒng)混凝土高出許多，這就需要施工人員認真鉆研其基礎(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)檢精準性，需要選用3 組樣品完成兩次檢測，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，還需要對其進行烘干處理。

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

7.結(jié)語

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)量以及超強的環(huán)境適應(yīng)性，能夠有效改善我國道路橋梁工程的建設(shè)質(zhì)量。因此，建筑單位需加大對該技術(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，開發(fā)更多的應(yīng)用方式，發(fā)揮出該項技術(shù)在路橋建設(shè)工程中的最大價值。