鋼纖維混凝土的工程應用研究

■趙素艷 ■內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術學院，內(nèi)蒙古 赤峰 024005

鋼纖維混凝土施工技術的引用為路橋結構造型、工藝手段等方面提供良好的技術基礎，其能夠有效結合施工中涉及的技術與材料設備等內(nèi)容，實現(xiàn)資源合理配置的要求，保證路橋施工的質量。鋼纖維混凝土在路橋工程中應用比較多，并且收到了良好的效果，從整體上提高了道路施工的工藝水平，加速了建筑工程的發(fā)展。

1 鋼纖維混凝土基本概述

鋼纖維混凝土的多重優(yōu)良特性主要得益于其自身的增強機理。從復合力學理論角度，鋼纖維混凝土作為纖維強化體系，通過混合原理可以對混凝土在強度、應力以及彈性模量等方面進行推導，而在纖維方向系數(shù)的引入下，能夠對纖維的分布情況以及實際體積率進行充分考慮。從纖維間距理論角度，裂縫所受到的鋼纖維約束作用主要以相關的斷裂力學原理進行分析，其認為為使混凝土抗拉強度得以增強，應使混凝土內(nèi)部存在的缺陷尺寸減小。但在實際施工應用過程中，存在較多影響鋼纖維混凝土性能的因素如鋼纖維自身的類型、長徑比以及其他砂率、粗骨料以及摻合料等。特別在面層板較薄的情況下，路面材料若選擇鋼纖維混凝土，其性能將受到地下排水情況的影響。

2 鋼纖維混凝土技術

2.1 鋼纖維混凝土的增強機理

在影響纖維混凝土的抗裂強度的眾多因素中，纖維間距是具有決定作用的。纖維間距是指纖維能夠對裂縫發(fā)生和發(fā)展施加約束作用。研究理論表明，混凝土內(nèi)部存在結構松散、抗震性能差等缺陷，想要提高這種材料的整體性能，就必須盡可能地降低這些缺陷的影響。纖維混凝土與普通混凝土相比，其性能之所以能得到提高，根本原因就是由于鋼纖維的摻入改善了混凝土內(nèi)部的結構，加強了材料之間的粘合性，使整體形成松散的但是相互作用的的不規(guī)則結構。

2.2 鋼纖維混凝土的優(yōu)良性能

(1)抗彎性能得到強化。此類混凝土結構是利用傳統(tǒng)混凝土和鋼纖維混合形成的，一身兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)混凝土結構和鋼纖維二者的優(yōu)點。這種材料利用了鋼纖維的分布不規(guī)則的特性，對混凝土進行強化。在實際施工中，加入鋼纖維的混凝土結構，具備了超出之前0.5 倍到1.5 倍的抗彎性能。

(2)變形性能改善。當鋼纖維摻量為0.8%到2%之間時，鋼纖維混凝土的抗壓韌性能夠提高二到七倍，彎曲沖擊韌性也可以提高二到四倍。用板式試驗落錘法對其沖擊韌性進行測試，發(fā)現(xiàn)其所能夠承受的韌性提升水平，達到了驚人的五十至一百倍，甚至更好。

(3)較高的抗壓性、抗拉能力。在一項實驗中，將一般的混凝土中摻雜0.8%～2.0%鋼纖維，此時混凝土的沖擊韌性就會提升，和一般混凝土比較，會有其50～100 倍的抗沖擊能力。在一般的混凝土不能承受的外力情況下，例如地震，加入了鋼纖維混凝土后，道路的破壞程度就會相對較小，抗壓能力得到有效的提升。

(4)混凝土的變形性能突出。摻入鋼纖維的混凝土復合物，重量會加重，但對混凝土自身影響比較小，然而復合物的彈性會得到提升。在使用時間相同的情況下，鋼纖維混凝土道路的使用壽命更長，并且道路的路面形狀、收縮程度也會比較好。

2.3 鋼纖維混凝土路面的主要施工工藝

2.3.1 鋼纖維混凝土路面的施工特點和要求

(1)鋼纖維在混凝土的混合料中，必須具有良好的分散性和均勻性，這是保證鋼纖維混凝土路面施工質量的關鍵。(2)在保證路面混凝土一定的強度的基礎上，應使鋼纖維混凝土混合料有良好的和易性，以便于施工。(3)要有良好的路面表面性質。

2.3.2 工藝流程

備料和混合料配合比設計一測量放樣一基層檢驗和整修—支立模板—拌和混凝土一溜槽運輸混凝土一泵送混凝土—攤鋪下層混凝土—振動棒振搗混凝土—平板振動器振搗混凝土一攤鋪上層混凝土一補足混凝土一表面整修一接縫施工一養(yǎng)生一拆模一填嵌縫料。對于全纖維混凝土則一次性攤鋪，不再分層。

2.3.3 鋼纖維混凝土配比要求

鋼纖維混凝土施工技術應用效果的實現(xiàn)要求施工施工材料配比能夠滿足基本要求。為使路橋施工中路面的厚度以及橋梁的抗彎強度等得以提高，需進行鋼纖維混凝土的合理配比，具體根據(jù)施工相關的配制強度系數(shù)、強度設計等確定試配強度。一般確定鋼纖維混凝土強度值需引用fftm=ftm(1 +atmPfLf.df)的公式，公式中的fftm 便為其抗拆強度設計值;而表示材料抗強度值的為ftm;抗拆度受鋼纖維影響系數(shù)為atm，該數(shù)值確定過程中需進行相關的試驗;鋼纖維體積率以pf 表示;鋼纖維長徑比以Lf.df 表示。通過對試配配合比例的確定，才可使鋼纖維混凝土中水與灰的比例能夠滿足施工要求。

2.3.4 運輸與澆筑

混凝土主要采用自卸運輸車運輸，到達施工地點進行澆筑時，高度不應超過1.5m。鋼纖維混凝土使用人工攤鋪的方式，將其大致攤鋪整平，攤鋪后用平板振動器振搗，要保證持續(xù)一定時間直到混凝土停止下沉，不再冒氣泡并泛出水泥漿，振搗時間不宜超過合適范圍。振搗時要人工找平，混凝土整平采用振動梁振搗拖平，再用鋼滾筒依次滾壓再進一步進行整平，最后混凝土的表面不得裸露鋼纖維。在做面時應該分兩次進行，即先找平抹平，等到混凝土表面不再泌水時，再進行第二次抹平。抹平后沿著模板的方向實施拉毛，拉毛深度大約一到兩毫米。拉毛時盡量避免帶出鋼纖維，如果使用滾式壓紋器進行處理則效果更佳。

2.3.5 施工方式的要求

實際施工中，引用鋼纖維混凝土技術要注重正確的施工方式。因為在攪拌過程中極易出現(xiàn)纖維結團現(xiàn)象，所以施工人員可將攪拌量控制在80%左右，并注意均勻攪拌。同時，使用滾動式攪拌機過程時需做好適時澆水工作。若實際施工過程中發(fā)現(xiàn)存在結團纖維，應及時將其取出，避免鋼纖維混凝土施工質量受到影響。

2.3.6 成型

鋼纖維混凝土具有纖維亂向分布、砂率大、粗骨料細等方面的特點，因此鋼纖維混凝土路面是以采用機械抹平、真空吸水工藝，這樣能夠有效的防止路面出現(xiàn)鋼纖維外露的狀況。拆模后，如果發(fā)現(xiàn)漏振或者纖維外露的狀況，應該采用壓紋機壓紋工藝進行纖維外露的處理，保證鋼纖維混凝土的施工質量。

2.3.7 注意事項

由于纖維混凝土對自身材料構成比例有著嚴格的要求，所以在材料配比工作中有許多的因素需要進行把控，以便達到纖維混凝土的嚴格標準，保證其優(yōu)良性能，提高工程整體質量。注意事項主要體現(xiàn)在一下幾個方面:(1)由于鋼纖維混凝配比對水的比例要求很嚴格，因此不宜在陰雨天氣或者風力較大的情況下進行施工。最佳選擇是晴好天氣，遇到下雨情況時必須停止施工，并立即使用土工布等工具覆蓋尚未硬化的混凝土橋面，在必要時可以搭建臨時施工防雨棚，及時完成剩余工作。(2)根據(jù)氣溫、風力條件的變化及時調(diào)整鋼纖維混凝土的用水比例，保證達到要求標準，施工時間應安排在氣溫不高于22℃時進行。(3)氣溫較高或大風條件下應及時對養(yǎng)生劑的噴灑量進行調(diào)整，養(yǎng)生劑噴灑后工作人員應及時給予覆蓋土工布等保護措施，輔助混凝土按時成型?；炷脸跄髴撛谕凉げ忌蠟⑺疂駶?，增加濕度，防止橋面因為干燥發(fā)生收縮開裂的現(xiàn)象。(4)如果在通行條件下進行橋梁加寬工程，使用鋼纖維混凝土鋪裝橋面時，一方面要保證施工現(xiàn)場道路通暢;另一方面，由于車輛通行時產(chǎn)生的顛簸會造成舊橋橋面震動，進而導致新鋪鋼纖維混凝土的開裂，因此建議在新舊橋橋面間之間保留30 cm的間隔帶，暫時保留不做鋪裝，以便新格面鋪裝成型后再補做。

3 結合實例分析鋼纖維混凝土在路橋工程中的應用

3.1 裝配式空心板橋(工程實例)的結構概況

洛陽市某橋為三跨空心板橋，該橋使用混凝土結構，單跨跨徑為13m，全長39m。本次工程中使用了鋼釬維混凝土，使用了先進的施工工藝以及優(yōu)良材質，整體工程呈現(xiàn)效果良好。本次工程的工藝流程如下:準備→鋼筋鋪設→模板安裝→鋼纖維混凝土的攪拌→運輸→混凝土攤鋪→振搗棒振搗→平板振振搗→表面拉毛→切縫→養(yǎng)護。

3.2 鋼纖維混凝土在路橋工程中的具體應用

(1)從橋面鋪裝角度。路橋施工中涉及的橋面鋪裝當前采用的主要為鋼纖維混凝土，其應用的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在使橋面的抗裂性能、耐磨性能以及舒適度大幅度提高。而且橋梁本身的剛度與抗壓能力在應用鋼纖維混凝土后得到大幅度提高。對于傳統(tǒng)路橋鋪裝中存在的自重結構、厚度以及受力情況也得以改善。

(2)從路橋結構加固角度。路橋結構加固主要針對受動載影響而產(chǎn)生的橋梁表面損壞、裂縫出現(xiàn)以及橋梁墩臺的情況而提出的，利用鋼纖維混凝土過程中通常需引入能夠達到一定噴射范圍標準的噴射機。這樣可使鋼纖維混凝土應用中使橋梁的整體結構得以加固，并符合抗震要求。施工中對鋼纖維進行修整所采用的主要以剪切方式為主，為保證橋梁抗裂性能提高可將速凝劑與硫鋁酸鹽等共同使用。

(3)從樁基礎加強角度。樁頂與樁尖的強度是影響路橋施工質量的關鍵因素，通過鋼纖維混凝土的應用，不僅使其局部硬度得以增強，而且使樁的穿透性得到提高。同時，在樁頂?shù)目勾驌粜耘c韌性提高的條件下，減少樁頂破裂現(xiàn)象的發(fā)生。但需注意的是很多路橋施工中即使禁用鋼纖維混凝土，但在樁身方面所選取的仍為傳統(tǒng)預應力與非預應力的鋼筋混凝土，若進行斷面的整體澆筑，將浪費大量的資源，因此這種情況不宜運用鋼纖維混凝土施工技術。

3.3 鋼纖維混凝土橋面鋪裝層使用性能分析

(1)減少鋪裝層裂縫和推遲裂縫出現(xiàn)時間。裂縫是橋面鋪裝最常見的問題，按照裂縫產(chǎn)生的不同原因，可將裂縫分為干縮裂縫、溫度裂縫和疲勞裂縫三種不同形式。一定量的鋼纖維可以在混凝土內(nèi)部混亂分布的支撐結構，從而阻止混凝土干縮。同時混凝土的抗疲勞性能也能得到提高，可以提高對重復荷載作用的抵抗能力。

(2)減薄鋪裝的厚度。鋼纖維混凝土的抗拉、抗剪和彎曲韌性等力學性能都較素混凝土明顯提高，在相同荷載條件下，鋪裝厚度可減少百分之三十到五十，這樣既減少了工程施工量又降低了橋梁自重。

(3)加強橋面鋪裝與伸縮縫的連接強度。在橋面工程中，伸縮縫一直是一個薄弱環(huán)節(jié)。車輛在剛性橋面和柔性伸縮縫之間不斷轉換，會形成振動，并且釋放出巨大能量，這對伸縮縫與混凝土連接結構有非常大的破壞力。鋼纖維混凝土橋面鋪裝層的抗沖擊能力較強，橋面振動小。車輛經(jīng)過時，鋼纖維混凝土路面實測振動加速度僅占普通混凝土路面的極小比例。這說明鋼纖維混凝土橋面具有優(yōu)良的韌性和較強的耐沖擊性，這些特性保證橋面與伸縮縫連接鋼筋粘接牢固，伸縮縫變形、位移或翹曲程度達到較低值，提高了伸縮縫的使用年限。

(4)提高橋面的使用壽命。鋼纖維混凝土抗裂性能、耐磨性都比較高，在重交通壓力下，鋼纖維混凝土橋面鋪裝層底面裂縫的發(fā)展也十分緩慢，出現(xiàn)的裂縫也是窄小、不連續(xù)的，開裂后延性非常好，而且抗凍融性也很好。這都會有利于提高橋面和橋梁的使用壽命。

(5)加強了橋梁整體的安全性。在橋梁工程中，因當下的交通量、車輛荷重及車速都不斷增大，素混凝土已難以滿足這種要求，而鋼纖維混凝土卻能適應這種形勢。鋼纖維混凝土能夠提高橋面的使用功能，不僅大大提高極限荷載，而且具備較高的塑性性能。鋼纖維應用在橋梁結構中，可減小橋面的自身重量和材料重量，從而能在在整體上加強了橋梁結構的安全性、可靠性。

3.4 鋼纖維混凝土的其他應用

鋼纖維混凝土施工技術不僅在路橋施工中得到使用，而且對隧道和邊坡的防護加固也有很重要的作用。在隧道工程中使用噴射襯砌的方法，不僅可以使隧道結構整體得到強化，而且還能夠避免發(fā)生隧道滲漏水現(xiàn)象。另外，對于一些例如巖石節(jié)理產(chǎn)生裂縫等地質條件差的地段，需要在全截面采用噴射鋼纖維混凝土或局部噴射鋼纖維混凝土支護工作，對邊坡進行加固防護。

4 結束語

總而言之，鋼纖維混凝土作為一種新型材料，憑借自身諸多的優(yōu)勢在工程現(xiàn)場得到快速推廣，特別是在路橋工程施工中，它的各方面表現(xiàn)要遠遠高于普通混凝土，能夠提高整個工程的施工水平和質量，給工程行業(yè)帶來巨大發(fā)展。只要在具體施工中采用合理的施工技術，并控制好施工質量，便可以有效確保工程的整體質量。鋼纖維混凝土的應用在我國工程建設的發(fā)展過程中具有非常重要的意義。

［1］王立生，陳川峰.試析路橋施工中鋼纖維混凝土施工技術應用［J］.江西建材，2015(07).

［2］葛文宇.淺談鋼纖維混凝土技術在路橋施工中的應用［J］.科技創(chuàng)新與應用，2015(05).