鋼纖維混凝土技術在市政路橋工程中的應用

收稿日期：2023-11-13

作者簡介：張義江（1978—），男，土家族，貴州遵義人，本科，高級工程師，研究方向：市政工程。

摘 要：對鋼纖維混凝土技術進行概述，解釋其優(yōu)勢、組成和性能特點以及與傳統(tǒng)混凝土的差異，重點探討鋼纖維混凝土技術在市政路橋建設中的應用，詳述其施工工藝和注意事項。通過成本效益分析，比較了鋼纖維混凝土與傳統(tǒng)混凝土的施工成本和運營維護成本，為市政路橋施工技術中的鋼纖維混凝土技術研究和應用提供參考和指導。

關鍵詞：市政路橋施工；鋼纖維混凝土；混凝土

中圖分類號：TU37? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2024）03-0031-03

0 引言

隨著城市不斷發(fā)展，市政路橋面臨著更高的使用要求和更復雜的外部環(huán)境。近年來，鋼纖維混凝土技術逐漸成為市政路橋施工中備受關注的技術之一。鋼纖維混凝土作為一種新型材料，通過在混凝土中添加鋼纖維，顯著改善混凝土的性能，從而彌補傳統(tǒng)混凝土的不足。鋼纖維能夠增加混凝土的拉伸強度，提高抗裂性能，并且能夠在混凝土中形成三維均勻分布的增強體系，從而有效地提高混凝土的整體性能。鋼纖維混凝土還能增加混凝土的耐久性和抗?jié)B性，緩解裂縫的擴展，從而延長路橋的使用壽命，降低維護成本。

雖然鋼纖維混凝土技術具有許多優(yōu)勢，但在市政路橋施工中應用仍然面臨一些挑戰(zhàn)。想要合理控制鋼纖維混凝土的配比和施工工藝，確保其性能穩(wěn)定和施工質量，需要評估鋼纖維混凝土路橋的長期性能和耐久性，分析鋼纖維混凝土的成本效益等。

1 鋼纖維混凝土技術概述

1.1 鋼纖維混凝土的優(yōu)勢

鋼纖維混凝土是一種先進的混凝土材料，它在傳統(tǒng)混凝土中添加了高強度鋼纖維，從而改善了混凝土的性能和力學特性[1]。相較于傳統(tǒng)混凝土，鋼纖維混凝土具有以下3個顯著區(qū)別和優(yōu)勢。

首先，鋼纖維混凝土在抗拉強度方面表現出色。傳統(tǒng)混凝土由于缺乏纖維增強，其抗拉強度較低，容易出現裂縫和斷裂現象。而鋼纖維混凝土添加了高強度鋼纖維，這些鋼纖維能夠有效吸收和分散外部載荷，使混凝土在拉伸狀態(tài)下的極限強度得到提升，從而顯著提高其抗拉強度和韌性。

其次，鋼纖維混凝土具有更好的抗裂性能。在傳統(tǒng)混凝土中，溫度變化、荷載作用等因素容易導致裂縫的產生和擴展，進而影響混凝土結構的穩(wěn)定性。而鋼纖維混凝土中的鋼纖維能夠有效地抑制裂縫的擴展，并防止裂縫的形成，從而提高了混凝土的耐久性和抗裂性能。

最后，鋼纖維混凝土具有更好的耐久性。鋼纖維的存在有助于減緩混凝土的老化，抑制水分滲透和化學腐蝕等因素對混凝土的侵蝕，從而延長了混凝土的使用壽命。

1.2 鋼纖維混凝土適用性和應用范圍

鋼纖維混凝土技術在市政路橋建設中有廣泛的適用性，被用于解決傳統(tǒng)混凝土在市政路橋建設中所面臨的諸多問題，并為工程提供更加可靠的解決方案。

在路面鋪設方面，鋼纖維混凝土能夠有效增強路面的承載能力和耐久性，減少路面的裂縫和變形，提高路面的抗滑性能，從而保障道路交通的安全和暢通。

在橋梁建設中，鋼纖維混凝土常用于伸縮縫澆注、加固橋梁墩身和橫梁等關鍵構件，增加其抗震和抗風能力，提高橋梁的整體穩(wěn)定性和安全性。

鋼纖維混凝土技術還被廣泛應用于地基加固和抗震設計。通過在地基土中注入鋼纖維混凝土，可以提高地基土的抗壓強度和抗剪強度，有效防止地基沉降和土體液化現象，從而為路橋工程提供更可靠的地基支撐。

2 鋼纖維混凝土的組成和性能

2.1 鋼纖維的類型和特性

鋼纖維是一種短且細小的鋼材顆粒，廣泛用于鋼纖維混凝土的制備。鋼纖維根據形狀和特性的不同，可以分為以下3種類型。

2.1.1 直徑鋼纖維

直徑鋼纖維是最常見的鋼纖維類型，通常直徑范圍在0.25～1.0 mm。其特點是易于控制混凝土的配合比和增強混凝土的強度和韌性。

2.1.2 形狀鋼纖維

此類鋼纖維的形狀可以是鋼鉤、鋼纖維束、鋼纖維絲等，通過形狀設計使得鋼纖維在混凝土中更容易形成三維均勻分布，從而增強了混凝土的抗裂性能。

2.1.3 纖維束鋼纖維

纖維束鋼纖維是由多個細小鋼絲捆綁而成的鋼纖維束，其優(yōu)勢在于提供更高的抗拉強度，尤其適用于抗震和抗爆等特殊工程場景。

鋼纖維的添加量和長度可以根據混凝土的應用場景和性能要求進行調整。綜合考慮鋼纖維的類型和特性對其進行調整，能夠有效地改善混凝土的性能，提高其整體的強度、耐久性和抗裂性。

2.2 鋼纖維混凝土與傳統(tǒng)混凝土的對比

與傳統(tǒng)混凝土相比，鋼纖維混凝土具有明顯的優(yōu)勢和差異。以下是鋼纖維混凝土與傳統(tǒng)混凝土在強度、耐久性和抗裂性方面的對比。

在強度方面，鋼纖維混凝土由于添加了鋼纖維，其抗拉強度和抗沖擊能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土。鋼纖維能夠有效地吸收和分散外部荷載，提高混凝土在拉伸狀態(tài)下的承載能力，從而提升混凝土的整體強度。

在耐久性方面，鋼纖維混凝土在耐久性方面表現更為出色。鋼纖維能夠減緩混凝土的老化過程，防止水分和化學物質對混凝土的侵蝕，從而延長混凝土的使用壽命[2]。

在抗裂性方面，鋼纖維混凝土具有更好的抗裂性能。鋼纖維能夠有效地抑制混凝土裂縫的擴展，防止裂縫的形成，從而減少裂縫對混凝土結構的影響，提高混凝土的耐久性。

2.3 實驗室測試和現場驗證結果的案例分析

許多實驗室測試和現場驗證已經證實了鋼纖維混凝土技術的有效性。通過對不同配比的鋼纖維混凝土進行拉伸、抗壓、抗裂等性能測試可知，鋼纖維混凝土的強度和韌性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土。

在現場驗證方面，許多市政路橋工程已經采用了鋼纖維混凝土技術。例如，在路面鋪設中使用鋼纖維混凝土，可以顯著減少路面的裂縫和變形，增加路面的承載能力。在橋梁建設中應用鋼纖維混凝土，可以有效增強橋梁的抗震能力和整體穩(wěn)定性。這些應用案例驗證了鋼纖維混凝土技術在市政路橋建設中的實際效果和可行性。

3 市政路橋施工中的鋼纖維混凝土應用

3.1 在路面鋪設中的應用

鋼纖維混凝土在市政路面鋪設中廣泛應用，有助于提高路面的耐久性和抗裂性能。傳統(tǒng)混凝土路面容易因交通荷載、溫度變化和地基沉降等因素產生裂縫和變形，影響道路的平整度和使用壽命。而鋼纖維混凝土的添加能夠有效地抵抗裂縫的擴展，提高混凝土的抗拉強度和韌性，使路面更具耐久性。鋼纖維混凝土還可以減少路面的維護和修復頻率，降低維護成本，為城市交通的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。

3.2 在橋梁建設中的應用

鋼纖維混凝土在橋梁建設中的科學應用，對于提高橋梁的結構強度和抗震性能至關重要。橋梁作為交通樞紐的關鍵部分，其穩(wěn)定性和安全性直接關系到城市交通的暢通和居民出行的安全。通過在橋梁墩身和橫梁等關鍵構件中使用鋼纖維混凝土，可以增加混凝土的抗拉強度和韌性，有效抵抗裂縫的產生和擴展。鋼纖維混凝土還可以提高橋梁的抗震能力，減少地震引起的損壞，增加橋梁的整體穩(wěn)定性，確保橋梁在地震等極端情況下的安全性。

3.3 在地基加固和抗震設計中的應用

鋼纖維混凝土在市政路橋地基加固和抗震設計中發(fā)揮著重要作用。地基是支撐路橋結構的基礎，地基的穩(wěn)定性直接影響到路橋的安全和使用壽命。通過在地基土中注入鋼纖維混凝土，可以提升地基土的抗壓強度和抗剪強度，改善地基的承載能力和穩(wěn)定性，這對于加固老化地基或增強地基土的抗液化能力非常有效。鋼纖維混凝土的使用可以增強建筑物的抗震性能。鋼纖維在混凝土中形成均勻分布的增強體系，吸收和分散地震荷載，減少結構的震動位移，保護建筑物的結構完整性，提高抗震能力。

4 施工工藝和注意事項

4.1 鋼纖維混凝土的施工步驟和工藝流程

鋼纖維混凝土的施工需要按照一定的步驟和工藝流程進行，以確?；炷恋馁|量和性能。一般施工步驟和工藝流程如下。

4.1.1 準備材料

根據設計要求準備好混凝土所需的材料，包括水泥、骨料、砂子、鋼纖維等。

4.1.2 攪拌

將預先準備好的材料送入攪拌機中進行充分攪拌，確保混凝土的成分均勻分布。在攪拌過程中，應根據具體要求控制水灰比和混凝土的配合比，以保證混凝土的強度和工作性能。

4.1.3 添加鋼纖維

在攪拌的過程中，逐步添加預先確定的鋼纖維，確保鋼纖維能夠均勻分散在混凝土中。鋼纖維的種類、添加量應根據混凝土的設計要求和使用場景進行選擇和控制。

4.1.4 澆筑

攪拌好的鋼纖維混凝土要迅速澆筑到預定位置，防止混凝土失去流動性。在澆筑過程中，應避免產生過多的空隙和孔洞，以保證混凝土的致密性。

4.1.5 振搗

對澆筑好的混凝土進行振搗，以排除氣泡和提高混凝土的密實性。振搗能夠讓混凝土更好地與鋼纖維結合，提高鋼纖維混凝土的整體性能。

4.1.6 養(yǎng)護

澆筑和振搗后的鋼纖維混凝土需要進行養(yǎng)護，以確保其充分硬化和發(fā)揮最佳性能。養(yǎng)護過程中要控制混凝土的溫度和濕度，防止過快干燥和龜裂。

4.2 使用鋼纖維混凝土時需要注意的問題

在使用鋼纖維混凝土時，需要特別注意問題具體內容，見表1。

5 成本效益分析

5.1 鋼纖維混凝土施工的成本對比

在考慮鋼纖維混凝土的成本對比時，需要綜合考慮其施工成本和與傳統(tǒng)混凝土的差異。盡管鋼纖維混凝土相對傳統(tǒng)混凝土可能有較高的材料成本，但在施工過程中也帶來了諸多優(yōu)勢，降低了其他方面的成本，如施工周期、勞動力成本和維護成本[3]。

鋼纖維混凝土的施工過程相對傳統(tǒng)混凝土可能更加簡便和高效。添加鋼纖維可以減少施工中需要的鋼筋數量，簡化施工工序，縮短工期，從而降低了施工過程的成本。鋼纖維混凝土在施工過程中不需要使用鋼筋網或鋼筋骨架，這減少了鋼筋采購、加工和安裝的成本。鋼纖維的攪拌和混凝土的澆筑可以通過普通的混凝土攪拌機和泵車完成，無需特殊的設備和技術，也節(jié)約了相關設備的投資和降低了維護成本。

5.2 鋼纖維混凝土在長期運營中的維護成本和效益

在長期運營中，鋼纖維混凝土的維護成本和效益是一個重要的考慮因素。相較于傳統(tǒng)混凝土，鋼纖維混凝土在長期使用中能夠帶來以下3個方面的效益。

第一，鋼纖維混凝土的抗裂性和耐久性較高，能夠減少混凝土表面的裂縫和變形，延長混凝土的使用壽命。這意味著在長期運營中，鋼纖維混凝土所需的維護和修復頻率較低，從而減少了維護成本。

第二，鋼纖維混凝土的抗裂性能和耐久性優(yōu)勢，使其在使用過程中對路面、橋梁等結構的維修成本較低。相比傳統(tǒng)混凝土，鋼纖維混凝土結構不易出現大面積裂縫和損壞，減少了日常維修和局部修補的成本。

第三，鋼纖維混凝土應用在路面鋪設和橋梁建設中，能夠增加結構的穩(wěn)定性和承載能力，降低交通事故和橋梁故障的風險，保障交通暢通和安全。這為城市交通的高效運行和經濟發(fā)展帶來顯著效益。

6 結束語

鋼纖維混凝土技術在市政路橋建設中的應用呈現出巨大的潛力和優(yōu)勢。它相較傳統(tǒng)混凝土，具有增強耐久性、提高抗裂性和抗震能力等優(yōu)點。在市政路橋建設中，鋼纖維混凝土廣泛應用于路面鋪設、橋梁建設以及地基加固和抗震設計等多個領域。盡管施工成本較高，但長期運營中的維護成本相對較低。

為進一步推廣和應用該技術，可以不斷改進鋼纖維類型和特性，加強施工規(guī)范和標準，推廣示范應用，并收集實際數據和經驗。通過持續(xù)的技術創(chuàng)新和應用推廣，鋼纖維混凝土技術將為城市交通基礎設施的可持續(xù)發(fā)展和提升城市交通質量發(fā)揮關鍵作用。

參考文獻

[1] 王志平.路橋施工中鋼纖維混凝土施工技術[J].全面腐蝕控制，2023，37（5）：61-63.

[2] 周真?zhèn)?路橋施工中的鋼纖維混凝土技術研究[J].黑龍江交通科技，2022，45（12）：25-27.

[3] 張毅.道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術應用[J].運輸經理世界，2021（18）：98-100.