鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用下的道路橋梁施工方法

摘要 為提高道路橋梁的承壓能力，使其具有良好的極限抗彎承載力，充分發(fā)揮鋼纖維混凝土的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，文章以山西省某橋梁工程為案例，對(duì)比鋼纖維混凝土和普通混凝土的性能，詳細(xì)闡述鋼纖維混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)量控制措施。該工程經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度>40 MPa，極限抗彎承載力>300 kN/m2，具有較好的施工效益，提高了道路橋梁施工質(zhì)量，研究成果以期為相關(guān)從業(yè)人員提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞 鋼纖維混凝土技術(shù)；極限抗彎承載力；道路橋梁工程；澆筑；養(yǎng)護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 文章編號(hào) 2096-8949（2024）19-0124-03

0 引言

道路橋梁作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，承載著日益繁重的交通流量，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中逐漸顯露出一些問(wèn)題，如裂縫、變形和耐久性不足等。為了提高道路橋梁的施工質(zhì)量和延長(zhǎng)使用壽命，鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)摻入鋼纖維，可以顯著提高混凝土的抗裂性能、抗變形能力和耐久性，從而有效延長(zhǎng)道路橋梁的使用壽命。該文結(jié)合實(shí)例深入探討鋼纖維混凝土技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用方法，研究成果對(duì)于推動(dòng)該技術(shù)在道路橋梁領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用、提升道路橋梁工程的質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命具有重要意義。

1 工程概況

山西省某道路橋梁工程含一座長(zhǎng)186.5 m的橋梁，橋面的整體寬度為23.5 m，采用雙向四車(chē)道設(shè)計(jì)，運(yùn)行速度60 km/h。橋梁是區(qū)域交通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，具有車(chē)輛荷載大、通行量高等特點(diǎn)，在橋面混凝土施工環(huán)節(jié)，高度重視結(jié)構(gòu)的耐久性和穩(wěn)定性，確定橋面結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量目標(biāo)如下：（1）抗壓強(qiáng)度>40 MPa；（2）極限抗彎承載力>300 kN/m2；（3）投入使用后最大限度減少質(zhì)量病害情況出現(xiàn)。因此，相關(guān)人員提出普通混凝土施工技術(shù)與鋼纖維混凝土施工技術(shù)，為確定科學(xué)的施工技術(shù)方案，對(duì)不同施工方案進(jìn)行優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)分析。

2 橋梁混凝土施工技術(shù)分析

在橋梁工程中，普通混凝土的使用相對(duì)普遍，但對(duì)于車(chē)輛通行量大、荷載大的橋梁結(jié)構(gòu)而言，隨著車(chē)輛的荷載和環(huán)境因素的影響，水泥混凝土路面容易出現(xiàn)脫落、斷板等情況，影響整體施工質(zhì)量，降低車(chē)輛通行安全性，縮短使用壽命。

而鋼纖維混凝土是在混凝土材料配比過(guò)程中加入一定量的鋼纖維材料，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下幾方面：（1）抗裂性能更好：鋼纖維的摻入可以在混凝土中形成一個(gè)均勻分布的增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，阻止裂縫的擴(kuò)展并提高混凝土的穩(wěn)定性和延性，減少混凝土的開(kāi)裂和斷裂。（2）提高抗沖擊和抗疲勞性能：鋼纖維能夠有效地吸收和分散沖擊載荷，在抗沖擊和抗疲勞方面表現(xiàn)出色。（3）提高耐久性：鋼纖維能夠防止混凝土的龜裂和由人工、自然因素引起的損傷，如溫度變化、化學(xué)腐蝕等，改善混凝土的耐久性能[1]。（4）冷軋薄板是鋼纖維材料的主要來(lái)源，其具有450～800 MPa的抗拉強(qiáng)度性能參數(shù)，在極限荷載情況下，即使出現(xiàn)損壞也不會(huì)表現(xiàn)出大面積的松散，提高了橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量穩(wěn)定性。如下表1所示為在試驗(yàn)室環(huán)境下測(cè)定的C30普通混凝土和C30鋼纖維混凝土的性能參數(shù)，可見(jiàn)相同的混凝土標(biāo)號(hào)下，鋼纖維混凝土具有更高的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

因此，該工程為達(dá)到施工質(zhì)量目標(biāo)，在橋梁工程施工時(shí)運(yùn)用鋼纖維混凝土施工技術(shù)，總結(jié)具體技術(shù)要點(diǎn)及質(zhì)控措施如下。

3 橋梁工程鋼纖維混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工前準(zhǔn)備工作，創(chuàng)造良好的施工環(huán)境

為確保鋼纖維混凝土施工的順利開(kāi)展，該工程落實(shí)如下施工準(zhǔn)備內(nèi)容：（1）現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備：由施工人員全面清理現(xiàn)場(chǎng)的雜物；平整凹凸不平的位置；合理規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)的交通布局及材料擺放等；依照施工設(shè)計(jì)方案對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)放線定位。（2）技術(shù)準(zhǔn)備：對(duì)參與施工的工作人員全面交底鋼纖維混凝土的施工要點(diǎn)，提出具體的施工質(zhì)量控制目標(biāo)、施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)防范措施等內(nèi)容。（3）機(jī)械準(zhǔn)備：施工機(jī)械由專(zhuān)人負(fù)責(zé)保養(yǎng)、檢修，保證連續(xù)性完成鋼纖維混凝土施工作業(yè)[2]。（4）環(huán)境準(zhǔn)備：該工程在施工時(shí)正值雨季，降雨會(huì)影響鋼纖維混凝土性能，因此在施工現(xiàn)場(chǎng)配備遮雨棚等設(shè)施。

3.2 配比鋼纖維混凝土，保證材料性能質(zhì)量

鋼纖維混凝土的配比是否合理將直接影響施工質(zhì)量，該工程注重混凝土的科學(xué)配比，在配比前對(duì)材料性能進(jìn)行全面的質(zhì)量檢驗(yàn)，具體如下。

3.2.1 鋼纖維性能

該工程在選擇鋼纖維時(shí)，原材料的最低標(biāo)準(zhǔn)是一級(jí)碳鋼，材料到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行質(zhì)檢，合格后驗(yàn)收。同時(shí)，鋼纖維的長(zhǎng)度、形狀和寬度等也會(huì)影響混凝土的性能，如果長(zhǎng)度較長(zhǎng)，將影響混凝土的流動(dòng)性；若較短，會(huì)削弱強(qiáng)化混凝土的作用。因此，該工程選取剪切型鋼纖維材料，等效直徑0.5 mm，長(zhǎng)度40 mm，比表面積75 m2/kg，彎曲度30 mm，抗拉強(qiáng)度600 MPa。

3.2.2 水泥性能

用于制作鋼纖維混凝土的水泥材料選擇：P.0.42.5，具有早強(qiáng)性特點(diǎn)，經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)，性能指標(biāo)如下表2所示。

3.2.3 集料性能

該工程鋼纖維混凝土的粗集料材料分為粒徑4.8～9.5 mm與粒徑9.5～19 mm兩類(lèi)，比例為6∶4，對(duì)不同粒徑的集料性能予以檢驗(yàn)，如下表3所示。

在拌制鋼纖維混凝土?xí)r，選用中粗砂作為細(xì)集料材料，經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)，其性能指標(biāo)如下：表觀密度2.65 g/cm3，堆積密度1 430 kg/m3，含泥量2.5%，空隙率44.0%。

3.2.4 配合比設(shè)計(jì)

全面檢驗(yàn)上述材料質(zhì)量，均符合施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)施工質(zhì)量要求對(duì)材料實(shí)施配合試驗(yàn)，確定最終的配合比如下，水泥∶鋼纖維∶集料∶礦粉∶水=1∶0.21∶4.31∶0.01∶0.4，混凝土材料的坍落度為140～160 mm[3]。

3.3 橋面處理作業(yè)，營(yíng)造良好施工環(huán)境

施工人員全面清掃橋面結(jié)構(gòu)，清理建筑垃圾等雜物，檢測(cè)橋面的平整度，初步整平并壓實(shí)凹凸不平的位置，隨后使用高壓水槍對(duì)橋面進(jìn)行沖洗，沖洗后晾干，確保無(wú)水分殘留，重點(diǎn)關(guān)注齒槽位置是否干燥，必要時(shí)使用鼓風(fēng)機(jī)加速干燥。

橋面處理完成后，以施工設(shè)計(jì)方案為依據(jù)，定位鋼筋網(wǎng)的位置，在鋼筋交叉位置，以20 cm為間距鉆孔施工，將短的鋼筋插入其中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，截?cái)噤摻?，鋪設(shè)并固定鋼筋網(wǎng)。

3.4 搭設(shè)模板體系，避免混凝土漏漿

完成鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)工作后，在橋梁混凝土澆筑位置進(jìn)行模板支設(shè)，選用鋼模板作為模板材料，根據(jù)設(shè)計(jì)的標(biāo)高設(shè)立并固定模板結(jié)構(gòu)。在模板拼接位置容易出現(xiàn)縫隙漏漿情況，該工程將回彈性良好的橡膠條嵌入模板拼接縫隙中，確保模板體系具有良好的嚴(yán)密性。完成模板支設(shè)后，施工人員對(duì)模板的底部及四周均勻涂抹一層脫模劑，避免拆模時(shí)損壞結(jié)構(gòu)表面，對(duì)于涂抹完脫模劑的模板體系，在澆筑混凝土前均做好保護(hù)覆蓋，避免灰塵影響脫模效果。

3.5 拌和及運(yùn)輸施工節(jié)點(diǎn)，避免混凝土離析

該工程鋼纖維混凝土的拌和工作在拌和廠統(tǒng)一完成生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中先加入粗集料和細(xì)集料，隨后加入鋼纖維和礦粉，在一次拌和工作中，將鋼纖維的總量分三次完成投入，確保前一次投放的鋼纖維充分混合后再次投放。所有材料投入完畢后，進(jìn)行至少2 min的干拌處理，加入水后進(jìn)行至少3 min的拌和，整體拌和時(shí)間控制在7 min左右。完成混凝土拌和后，每一批次均進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，確保坍落度在140～160 mm之間。

鋼纖維混凝土由運(yùn)輸罐車(chē)向現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)送，在裝載混凝土?xí)r做到分次裝載，避免因集中裝載形成混合料離析情況。運(yùn)輸過(guò)程中要求駕駛?cè)藛T同步開(kāi)啟攪拌功能，在既定線路中保持勻速行駛，避免突然加速或者急剎車(chē)，保證混凝土運(yùn)輸質(zhì)量。

3.6 把握施工技術(shù)要求，控制澆筑及振搗作業(yè)

鋼纖維混凝土運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，由質(zhì)檢人員檢查是否存在明顯的泌水，測(cè)試坍落度是否符合要求，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，組織現(xiàn)場(chǎng)卸料施工。該工程以泵送的方式澆筑混凝土，將混合料的鋪設(shè)系數(shù)控制為1.2，由施工人員跟進(jìn)，確保材料到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后的40 min內(nèi)完成澆筑，避免長(zhǎng)時(shí)間等待[4]。

振搗作業(yè)緊跟澆筑工作開(kāi)展，該工程振搗設(shè)備包括平板式振搗器、插入式振搗器。在流動(dòng)性特征方面，鋼纖維混凝土不如普通混凝土，若振搗不及時(shí)，容易在邊角位置產(chǎn)生蜂窩問(wèn)題。因此，先使用插入式振搗棒在邊角位置充分振搗，對(duì)于橋面的大部分，使用平板式振搗器完成振搗，確保鋼纖維材料以條狀縱向集束性排列，使其在凝固后發(fā)揮出良好的抗荷載和應(yīng)力作用。

結(jié)束混凝土振搗工作后，橋面混凝土使用三軸混凝土機(jī)實(shí)施初步的整平和壓實(shí)，如下圖1所示。對(duì)于機(jī)械設(shè)備無(wú)法整平的位置，由人工使用鋁合金刮板從不同方向整平，使用3 m靠尺，嚴(yán)格控制混凝土平整度。

橋面混凝土平整度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)后，為進(jìn)一步提高車(chē)輛通行的安全性，由施工人員在表面刻槽施工，使橋面具有一定的摩擦力。根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案確定刻槽參數(shù)，該工程槽體的寬度3～6 mm，深度5～6 mm，兩槽之間的距離20～30 mm。

橋面混凝土施工后，需設(shè)定施工縫，該工程最大限度控制切縫的數(shù)量，對(duì)于必須設(shè)定切縫的地方，將深度控制在20 mm左右，使橋面整體性良好。

3.7 鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)施工，預(yù)防質(zhì)量病害發(fā)生

鋼纖維混凝土進(jìn)入初凝狀態(tài)后，于其上方覆蓋一層具有一定韌性和厚度的塑料薄膜，以免在養(yǎng)護(hù)期間出現(xiàn)破損情況。塑料薄膜的寬度比橋面寬出60 cm，兩側(cè)使用沙袋壓實(shí)，施工人員定期灑水養(yǎng)護(hù)，保證面層始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)，減少混凝土內(nèi)外結(jié)構(gòu)的溫差及水泥水化熱對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫的影響。該工程連續(xù)養(yǎng)護(hù)21 d，持續(xù)監(jiān)測(cè)混凝土強(qiáng)度，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，可撤下塑料薄膜，予以自然養(yǎng)護(hù)，達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，通車(chē)運(yùn)行。

4 橋梁工程鋼纖維混凝土施工質(zhì)量控制措施

施工材料質(zhì)量和澆筑時(shí)間的把控是鋼纖維混凝土施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，該工程在鋼纖維材料質(zhì)量檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，檢測(cè)各項(xiàng)性能指標(biāo)，通過(guò)外觀檢查法檢查鋼纖維的銹蝕情況，確保銹蝕率不超過(guò)總量的1%，嚴(yán)格控制鋼纖維長(zhǎng)度誤差±5%、寬度誤差±10%；對(duì)鋼纖維材料手動(dòng)的90°彎折，若有2根以上的斷絲情況，則增加抽檢比例，若仍存在明顯斷絲情況，則需更換材料[5]。

在鋼纖維混凝土澆筑施工環(huán)節(jié)，水泥材料可影響初凝和終凝的時(shí)間，澆筑時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者過(guò)短均會(huì)影響整體施工質(zhì)量。因此該工程根據(jù)施工時(shí)環(huán)境溫度情況，制定具體的混凝土澆筑時(shí)間，如下表4所示。若受多重因素影響，無(wú)法在要求的時(shí)間內(nèi)完成混凝土的施工，該工程向混凝土材料中加入適量的外加劑材料，延長(zhǎng)鋼纖維混凝土的凝結(jié)時(shí)間，進(jìn)而延長(zhǎng)澆筑時(shí)間。

5 橋梁工程鋼纖維混凝土施工質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果

該橋梁工程以抗壓強(qiáng)度>40 MPa、極限抗彎承載力>300 kN/m2作為質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)，在養(yǎng)護(hù)施工結(jié)束后，于施工范圍內(nèi)選取5個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)抗壓強(qiáng)度和極限抗彎承載力進(jìn)行測(cè)定。匯總質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，各測(cè)點(diǎn)抗壓強(qiáng)度均值為42.6 MPa，極限抗彎承載力均值為412 kN/m2，均達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。該道路橋梁通車(chē)運(yùn)行至今，在養(yǎng)護(hù)管理環(huán)節(jié)未發(fā)現(xiàn)明顯的質(zhì)量病害，有效保障車(chē)輛通行的舒適性與安全性。

6 結(jié)束語(yǔ)

鋼纖維混凝土技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用具有很大的潛力和優(yōu)勢(shì)，引入鋼纖維能夠提升混凝土的抗裂性能和承載能力、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。山西省某道路橋梁工程借助合理的材料選用、控制施工工藝、可靠的質(zhì)量檢測(cè)手段，使鋼纖維混凝土技術(shù)取得良好的效果。在城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)下，鋼纖維混凝土技術(shù)將在道路橋梁領(lǐng)域得到更廣泛地應(yīng)用，并為城市的發(fā)展和交通的便利作出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]田敏.基于鋼纖維混凝土技術(shù)的道路橋梁施工方法[J].交通世界，2023（1）：279-281.

[2]鐘龍.市政橋梁施工中鋼纖維混凝土施工技術(shù)[J].建設(shè)科技，2023（2）：52-55.

[3]郝玉龍.市政橋梁施工中鋼纖維混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2023（5）：60-61+64.

[4]劉超.基于鋼纖維混凝土技術(shù)的道路橋梁施工方法[J].建筑與裝飾，2024（4）：80-82.

[5]侯強(qiáng).探析鋼纖維混凝土技術(shù)在道路橋梁施工中的應(yīng)用[J].四川建材，2023（3）：7-8+11.

收稿日期：2024-06-18

作者簡(jiǎn)介：張婷（1987—），女，本科，工程師，研究方向：道路橋梁。