道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術應用探討

金邦柱

（呼倫貝爾市市政公用事業(yè)管理局，內蒙古呼倫貝爾021008）

道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術應用探討

金邦柱

（呼倫貝爾市市政公用事業(yè)管理局，內蒙古呼倫貝爾021008）

簡析鋼纖維混凝土的應用優(yōu)勢、使用特點，并進一步探討了路橋工程實踐中鋼纖維混凝土技術的應用和要點，希望有所指導和幫助。

道路橋梁；鋼纖維混凝土技術；優(yōu)勢；實踐應用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.069

1 引言

對于路橋項目施工而言，傳統(tǒng)的鋼混結構要想達到設計承載需求值，其施工成本相對高昂，同時鋼筋混凝土材料也在很大程度上破壞了周圍環(huán)境。鋼纖維混凝土是一種新型建筑材料，是將一定量的鋼纖維加入混凝土中，減少水泥用量并強化結構承載性能，同時也有效節(jié)約了工程成本支出。在當前部分大型市政基礎建設項目或者道路橋梁施工項目中，鋼纖維混凝土的應用極為廣泛，因而探討鋼纖維混凝土技術在路橋項目施工中的應用具有積極的現(xiàn)實意義[1]。

2 鋼纖維混凝土技術的使用特點分析

按照制造方法不同可將鋼纖維材料分為抗剪纖維、環(huán)切纖維以及抗壓纖維3種，三者差異主要表現(xiàn)在材料抗外力性能不同，但具有較為接近的承載效果。通過實驗對比我們發(fā)現(xiàn)，將鋼纖維材料摻入混凝土中可大大提高結構抗壓強度，其抗壓數(shù)值約為普通混凝土的5倍作用，抗拉強度則高出約3倍。分析其作用機理發(fā)現(xiàn)，鋼纖維能夠控制豎向的混凝土裂縫，并在受彎或者受拉側作為承力單位，其中纖維材料最先承力，待其承受能力達到最大荷載數(shù)值時，混凝土體開始承力。這樣一來，結構體承載能力明顯增強，當鋼纖維材料在荷載作用影響下發(fā)生變形后，混凝土結構也將發(fā)生相應形變，二者最終達到共同屈服狀態(tài)[2]。

鋼纖維材料均勻分布于混凝土構件上，混凝土與鋼纖維以硬化的方式粘合為一體，共同承受荷載。實驗證明，混凝土材料中鋼纖維量摻入量為0.4%～0.6%時，結構抗剪能力大幅提升，抗變形能力也得到顯著改善。與以往彈性模量相比，鋼纖維材料結構彈性模量明顯提升，收縮率隨之下降。路橋項目建設與使用期間，溫度等附加應力往往是引起混凝土裂縫以及失穩(wěn)的重要影響因素，而鋼纖維混凝土材料可有效提升結構體抗溫度應力性能，防止附加應力影響而出現(xiàn)橋梁失穩(wěn)的問題。

3 鋼纖維性能與鋼纖維混凝土性能

3.1 鋼纖維

按照制造方式的差異可將鋼纖維分為如下四種：熔抽鋼纖維、切斷鋼纖維、剪切鋼纖維以及切削鋼纖維。熔抽鋼纖維來自熔融的鋼水，其強度受熔融溫度和熔融鋼材料的影響，表面氧化層不規(guī)則，強度相對較低，且氧化層對混凝土和鋼纖維之間的粘結強度產生嚴重影響。切斷鋼纖維抗拉強度超強，但是與混凝土之間的粘結效果較差，需要對表面實施變形處理，制備為末端帶鉤、表面刻印或者波紋型鋼纖維，使之與混凝土之間的粘結性得到有效提升。剪切鋼纖維抗拉強度數(shù)值約在440～780MPa，由剪切冷軋薄板制造而成，其厚度一般在0.18～0.48mm范圍內，寬度值通常不超過0.24～0.88mm，和混凝土的粘結效果較好。切削鋼纖維是厚鋼板、軟鋼錠經過旋轉銑刀切削制造而成，其粘結性較好，截面呈三角形，具有較高的強度。

3.2 鋼纖維混凝土

將定量的鋼纖維均勻分布于普通混凝土表層即為鋼纖維混凝土，鋼纖維混凝土具有更為優(yōu)異的性能，其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在如下幾點：（1）具有較高的抗凍性和耐磨性；（2）具有良好的抗剪性能；（3）可有效抑制或組織溫度應力裂縫；（4）具有良好的抗裂以及抗疲勞性能；（5）具有較高的抗變形能力以及抗沖擊性能；（6）具有較高的抗拉、抗彎折以及抗壓極限強度；（7）質量與強度比值較大。將混凝土與鋼纖維混合可有效改善外力作用引起的混凝土裂縫擴張。一旦有外力作用施加到結構體上，鋼纖維和混凝土將會協(xié)同抵御外力影響，這種復合受力方式大大提升了混凝土結構體的抗拉強度。對于鋼纖維混凝土來說，其強度影響因素主要包括粗骨料最大粒徑、長徑比、砂率、摻量、減水劑以及鋼纖維類型，等等。

4 鋼纖維混凝土的設計

制備鋼纖維混凝土時，技術人員應遵循普通混凝土配合比原則來選擇和設計鋼纖維混凝土的配合比，條件允許的情況下技術人員可結合現(xiàn)場實際情況進行試驗，結合實驗數(shù)據確定配合比。應根據基材強度選擇與之相當?shù)匿摾w維品種，并確保其抗拉極限數(shù)值不低于480MPa，其中鋼纖維含量約為0.46%～1.96%。熔抽鋼纖維以中低標號混凝土為佳，剪切鋼纖維則以高標號混凝土為佳，同時應控制鋼纖維長徑比，確保其力學特性符合設計與施工要求。一般情況下鋼纖維直徑最小值應不超過0.42～0.65mm這一范圍，鋼纖維長度不宜過長。與同標號混凝土相比，鋼纖維細石混凝土含砂率略高，主骨料最大粒徑不超過15mm，確保基體和鋼纖維之間能夠牢固固結?？刂其摾w維長徑比在45～75范圍內，同時還應對攪拌時間予以嚴格控制；可適量加入減水劑、外摻劑，以改善混合料施工，保證施工質量的同時減少水泥用量。

5 道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術的應用

5.1 橋梁施工方面

以某市政路橋項目施工為例，該項目長度為1244m，為雙向2車道，寬為15.8m，橋梁斜拉橋主梁、箱梁以及吊橋均為鋼纖維混凝土。

1）橋面鋪裝。將鋼纖維混凝土鋪設于橋梁表面可提高橋梁結構抗折強度與剛度性能，同時也可降低鋪裝厚度，合理控制橋梁自重，橋梁結構受力狀況得到改善。除此之外，橋梁耐久性和抗裂性能有顯著提升，使用壽命大大延長。

2）鋼筋混凝土樁結構的強化。一般來說，在混凝土樁尖或者樁頂使用鋼纖維混凝土有利于提高樁的穿透性，同時也可強化樁頂韌性以及抗沖擊強度，錘擊次數(shù)隨之減少，較好地解決了錘擊過程中可能導致樁頂被擊穿的問題，同時樁尖進土效果明顯增強，打擊速度大幅提升。應強調的是，倘若橋梁結構體全部采用鋼纖維混凝土材料，則會耗費巨量資金，所以在樁身部分的設計中依然采用非預應力或者預應力鋼筋混凝土材料，確保橋梁整體強度的基礎上合理控制施工成本。

3）局部結構的加固。一般情況下制備鋼纖維混凝土時應選擇切削鋼纖維或者剪切鋼纖維，并合理控制摻入量，以不超過0.9%為宜。通過轉子II型噴射機將鋼纖維混凝土噴射在橋面上，噴射厚度為4～18cm，這樣可保證橋梁整體結構穩(wěn)定性與安全性要求，加強橋梁主體抗震性能，同時還可避免加固作用下橋面、橋梁墩臺以及橋面板裂縫等局部發(fā)生表層剝落或者損壞等問題。此外也可采用TS速凝劑或者硫酸鹽快凝水泥來強化橋梁主體薄弱部位，優(yōu)化結構早期抗裂能力。

4）隧道襯砌以及邊坡防護操作。對于部分地質狀況較差的路段，施工過程中我們應在普通水泥支護基礎上采用鋼纖維混凝土外噴的方式加以強化，避免邊坡巖石意外脫落對橋面造成損害。如果經濟條件許可，還可制定鋼纖維混凝土全截面噴射的強化方案，以發(fā)揮支護以及加固的作用。對于隧道襯砌而言，鋼纖維混凝土噴射強固方案防護作用極佳，其有利于提高隧道抗?jié)B漏性能，促使隧道結構整體性的提升[3]。

5.2 道路施工方面

以某市政道路項目建設為例，該道路為雙向六車道，全長29700.8m，最大直線長度773.4m，鋼纖維混凝土路面耐磨性以及凍融性良好，且鋪裝厚度較小，橫向縮縫較小，可不設或者少設縱縫，因而在設計該工程路面施工方案時選擇鋼纖維混凝土技術。

1）路面為復合式鋼纖維混凝土。一般情況下復合式鋼纖維混凝土路面表現(xiàn)為雙層式或者三層式，前者上層為鋼纖維混凝土，厚度約占路面的35%～55%，下層材料為普通混凝土。三層復合鋼纖維混凝土上層和下層均為鋼纖維混凝土材料，中間層則為普通混凝土。三層式路面具有更強的耐久性，但施工工藝以及設計結構較為復雜，對工程施工人員施工經驗具有較高的要求，且設計方案成本較高，一般適用于機械化水平較高的地域。

2）路面碾壓與強化。在碾壓混凝土中加入鋼纖維，可進一步優(yōu)化碾壓混凝土物理特性，從而大幅提升路面強度以及韌性。

3）路面采用全截面鋼纖維混凝土鋪設。本項目為雙向六車道，所以不設縱縫，路面橫縫間距最大數(shù)值為45m，一般間距數(shù)值不超過25～35m。路面以全截面鋼纖維混凝土鋪設，鋪裝厚度一般為常規(guī)混凝土路面鋪裝厚度數(shù)值的45%～55%，其中鋼纖維摻量保持在0.75%～1.15%。

4）采用鋼纖維水泥砂漿或者細石混凝土罩面。該項目施工中，施工人員主要采用鋼纖維水泥砂漿或者細石混凝土罩面來修補路面，鋼纖維長徑比不宜超過75～95，此外鋼纖維體積率不宜超過0.9%～1.8%[4]。

6 路橋施工中鋼纖維混凝土技術的要點

1）應結合工程實際情況來確定混凝土強度等級和鋼纖維類型，同時還應合理選擇施工攪拌機械，保證攪拌機作業(yè)效率，防止超負荷運轉。

2）攪拌機作業(yè)過程中應合理確定原材料投放順序，一般以分級投料方式為主，即砂石—鋼纖維—水泥—水，其中鋼纖維投料環(huán)節(jié)應注意利用分散裝置，先規(guī)范整理鋼纖維，然后分散投入，防止攪拌過程中引起鋼纖維固結的問題。攪拌時應遵循先干后濕的原則，即先將原材料一一加入攪拌機，不加添加劑或者水，攪拌1min后再加入添加劑或者水，繼續(xù)攪拌2min。

3）澆筑振搗。澆筑鋼纖維混凝土時應注意控制澆筑接頭，澆筑作業(yè)應具有連續(xù)性，每次倒料相壓長度在14～28cm左右。采用振搗棒振搗時應確保邊角部位混凝土的處理，務必振搗密實，以強化混凝土對于荷載傳遞、溫度應力以及收縮應力的抵抗力。振搗完畢后應抹平鋼纖維混凝土表面，以免其中鋼纖維露出表面并發(fā)生銹蝕。

7 結語

隨著路橋施工工藝與技術的不斷發(fā)展與完善，施工材料也推陳出新。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土具有突出優(yōu)勢，其應用也日趨廣泛。本文主要論述了鋼纖維混凝土技術在路橋施工中的應用，希望有所幫助。

【1】陳林.淺談我國道路橋梁施工技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中華民居, 2012(22):310-311.

【2】盧志揚.市政路橋施工中鋼纖維混凝土技術的應用研究[J].建筑工程技術與設計,2015(18):1081-1081.

【3】鐘霖.探析路橋工程施工中幾種常見的路橋施工技術[J].中華民居, 2012(7):171.

【4】楊寶成.淺談路橋施工技術對軟土地基處理方法[J].建材與裝飾,2015 (39):281-282.

The Application of Steel Fiber Reinforced Concrete Technology in Road&Bridge Construction

JIN Bang-zhu
（Hulunbuir Municipal Public Utilities Administration,Hulunbuir 021008,China）

The paper makes a brief analysis of the advantages and characteristics of steel fiber concrete application.And it further explores the application and key points in road and bridge engineering practice of steel fiber reinforced concrete technology,hoping to guide and help.

road and bridge;steel fiber reinforced concrete technology;advantage;practical application

U445；U414

A

1007-9467（2016）08-0126-02

2016-08-10

金邦柱（1964～），男，內蒙古呼倫貝爾人，工程師，從事道路橋梁研究。