道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用

張毅

（煙臺市海陽公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心，山東 煙臺 265100）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與施工技術(shù)也在飛速發(fā)展，在橋梁建設(shè)過程中廣泛應(yīng)用的鋼纖維混凝土具有較多的優(yōu)勢，例如價格、特性及其可操作性，在應(yīng)用過程中取得了良好的實(shí)踐效果。應(yīng)用鋼纖維混凝土技術(shù)可以有效提升橋梁的建設(shè)質(zhì)量。

鋼纖維混凝土技術(shù)是路面和橋梁施工中的關(guān)鍵技術(shù)手段，可以有效提高作業(yè)質(zhì)量。在工程建設(shè)過程中，應(yīng)注意對混凝土纖維特性的分析，提高鋼纖維混凝土的性能。應(yīng)用過程的高韌性和適應(yīng)性，可以提高工程質(zhì)量，增加使用壽命。因此，在橋梁施工中使用鋼纖維混凝土是非常必要的。需要加大鋼纖維混凝土在路橋建設(shè)中的應(yīng)用研究，改進(jìn)特性，提高工程建設(shè)質(zhì)量。

1 鋼纖維混凝土的性能特點(diǎn)及原理

1.1 鋼纖維特性分析

鋼制纖維是一種新型、高性能的鋼制纖維。鋼纖維道路的配筋與一般混凝土基本一致，區(qū)別在于：強(qiáng)度雙重控制（抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度）；按設(shè)計的抗彎強(qiáng)度來計算鋼纖維的用量；用水及含砂量均與纖維摻入量的0.5%相關(guān)。

從現(xiàn)階段的建設(shè)領(lǐng)域以及建設(shè)材料的角度來看，鋼纖維還屬于一種全新并且具有高效性能的纖維材料，這種纖維材料是經(jīng)過剪斷鋼絲，鋼錠，銑削或者冷軋帶鋼剪切而生產(chǎn)出來的。其優(yōu)良性能完全可以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會環(huán)境效益。

斷開鋼纖維的特點(diǎn)是抗壓能力強(qiáng)（見圖1），生產(chǎn)鋼纖維混凝土后抗壓強(qiáng)度更大。但該方法在具體應(yīng)用中強(qiáng)度不足，難以解決混凝土纖維與混凝土的合理結(jié)合問題。兩者融合程度不高，很容易出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題。

圖1 彎度韌度系數(shù)

為了更好地使混凝土和鋼纖維之間充分結(jié)合，鋼纖維的外觀發(fā)生了變化。將鋼纖維的光滑表面提升到刻線處，可以合理提高結(jié)合力。廢舊鍍鋅鋼絲繩使用前必須將其表面清理干凈，祛除油漬和污垢，這樣可以提高結(jié)合力，保證鋼纖維混凝土的正常應(yīng)用。

剪切鋼纖維的切割是對冷軋板進(jìn)行切割，切割后的混凝土纖維和破碎的混凝土纖維在混凝土中間具有較高的結(jié)合水平。

鉆孔混凝土纖維的使用更為普遍，與前兩種混凝土纖維方法相比，不僅抗壓強(qiáng)度更高，同時結(jié)合力更強(qiáng)。鉆孔混凝土纖維是通過用旋轉(zhuǎn)車刀在碳鋼板上鉆孔制成的，斷面呈三角形，對水泥混凝土有較好的附著力，并且附著力等級較高。

熔抽鋼纖維的生產(chǎn)方法不同于混凝土纖維，因此混凝土纖維中的碳含量和混凝土方法與其他混凝土纖維有很大不同。熔化后的化纖表面不平整、不規(guī)范，所有操作的過程都會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土纖維表面產(chǎn)生氧化亞鐵。這種類型的氧化亞鐵成分會影響混凝土纖維和水泥混凝土的融合。

1.2 鋼纖維混凝土的特點(diǎn)

鋼纖維混凝土的生產(chǎn)是將混凝土纖維與混凝土融合，并將兩者混合均勻。保證混凝土纖維分散在水泥混凝土中，凝固后生產(chǎn)鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土的效果高于水泥混凝土，具有更強(qiáng)的抗拉、抗壓強(qiáng)度，在整體作業(yè)過程中具有更強(qiáng)的承載能力，可合理提高工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量?；炷恋目估瓘?qiáng)度危及混凝土的質(zhì)量，因此加入混凝土纖維可有效提高極限抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。混凝土施工時不易受外界沖擊而開裂變形，提高了安全性能。鋼纖維混凝土具有很強(qiáng)的耐寒性。

應(yīng)用鋼纖維混凝土可提高抗旱性。混凝土熔化成混凝土纖維后，其含碳量會繼續(xù)上升。水泥混凝土長期使用會變形和收縮，直接原因是外界溫度和地理環(huán)境的變化。添加混凝土纖維后，可提高混凝土的塑性、使用壽命、抗腐蝕性能和抗剪強(qiáng)度，使鋼纖維混凝土具有良好的特性。與水泥混凝土相比，鋼纖維混凝土在應(yīng)用上有許多優(yōu)點(diǎn)，因此，必須加強(qiáng)使用和市場推廣。

1.3 原理

鋼纖維混凝土充分利用的具體機(jī)理類似于復(fù)合材料的基礎(chǔ)原理。復(fù)合結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)原理是指以均勻性為正，以線性延展性為基礎(chǔ)，不斷裝備化纖，最終生產(chǎn)出復(fù)合材料。水泥砂漿在混凝土中加入大量混凝土纖維后，作為石、砂等石料的摻和料。鋼纖維可增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度最為核心的原理就是對混凝土本身裂縫的擴(kuò)展性具有阻止作用。無組織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有較好的托石作用，改善石料混凝土的離析，改善水代謝，提高混凝土的水溶性和內(nèi)聚性，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和延展性。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，如果加入的混凝土纖維體積比為1%～2%，則抗沖擊支座預(yù)壓與一般混凝土分開進(jìn)行。滲入1%～2%體積率范圍鋼纖維時，抗拉強(qiáng)度可以提高40%～80%，實(shí)現(xiàn)了以小見大的良好效果。另外，實(shí)驗(yàn)表明600～1000MPa 的冷拔鋼絲切斷的鋼纖維抗拉強(qiáng)度較高。

2 路橋施工過程中使用鋼纖維混凝土的工藝要點(diǎn)

2.1 科學(xué)合理地選擇混凝土纖維種類

在施工過程中，混凝土纖維的選用必須根據(jù)施工路面的具體情況進(jìn)行，選用時必須綜合考慮抗壓強(qiáng)度、工程施工方法、利用效率等方面。同時在施工過程中要特別注意避免攪拌機(jī)超載。

2.2 攪拌和運(yùn)輸

在開始攪拌之前，必須進(jìn)行攪拌測試，根據(jù)具體情況制定合適的配比，避免因配比不科學(xué)造成質(zhì)量問題。在混合過程中，必須以相關(guān)過程的具體操作規(guī)范作為配方的依據(jù)和規(guī)范?；旌虾玫幕旌衔飸?yīng)盡快運(yùn)至施工現(xiàn)場進(jìn)行工程施工，并盡量減少交貨時間。

2.3 澆筑和振搗

在混凝土澆筑階段，需要確定是否存在現(xiàn)澆混凝土接縫。現(xiàn)澆混凝土原料配合壓力在15～20cm 中間。為了保證化纖熔接的均勻性，振子需要對其進(jìn)行改造，以抵抗熱應(yīng)力的傳遞、溫度熱應(yīng)力和承載能力。振搗混凝土表面應(yīng)平整，外露的混凝土纖維應(yīng)壓入混凝土中，防止外露的合成纖維被侵蝕或斷裂。

3 鋼纖維混凝土在路橋建設(shè)中的技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)階段，在橋梁工程建設(shè)過程中應(yīng)用混凝土普遍存在不足的情況，由于鋼纖維混凝土的發(fā)展較為緩慢，所以必須要采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行工程施工，進(jìn)而提升施工質(zhì)量。一致性是在施工過程中應(yīng)用鋼纖維混凝土必須注意的問題，鋼纖維混凝土的纖維含量、種類、粗骨料粒徑、長徑比等因素都對混凝土產(chǎn)生一定的影響。

為了確保橋梁施工質(zhì)量，必須對影響鋼纖維混凝土質(zhì)量的各種因素進(jìn)行有效控制?，F(xiàn)如今，復(fù)合瀝青路面施工、橋頭板施工、鋼纖維混凝土樁施工均應(yīng)用鋼纖維混凝土技術(shù)。

3.1 在復(fù)合路面施工中的應(yīng)用

混合混凝土路面的施工一般分為兩層或三層。

3.1.1 雙層路面結(jié)構(gòu)

40%～60% 的地面宜采用鋼纖維混凝土澆筑混凝土。

3.1.2 三層路面結(jié)構(gòu)

頂層和底層都必須使用鋼纖維混凝土澆筑。中間的混凝土澆筑工程可采用水泥混凝土。操作步驟簡單易行，結(jié)構(gòu)更加合理。機(jī)械自動化標(biāo)準(zhǔn)較高的建筑工地通常采用三層復(fù)合路面結(jié)構(gòu)類型。

工程材料質(zhì)量與施工質(zhì)量是影響公路、橋梁混合瀝青路面施工的重要因素，所以施工企業(yè)必須提升自身的技術(shù)實(shí)力，滿足多方面的技術(shù)需求，制定高效、科學(xué)的鋼纖維混凝土施工技術(shù)，提升混合瀝青路面的施工質(zhì)量，有效實(shí)現(xiàn)施工目標(biāo)。

3.2 橋面鋪裝施工

與水泥混凝土相比，鋼纖維混凝土具有更強(qiáng)的抗沖擊能力。當(dāng)混凝土纖維占水泥混凝土的0.8%～2%時，其抗輻射、抗裂纖維性能大大提高，其強(qiáng)度提高大約50 倍～100 倍。這將增加公路和橋梁的堅(jiān)固性，增加其使用壽命。

鋼纖維混凝土技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用，可以在一定程度上改善公路橋梁的支護(hù)特性，提高公路橋梁的抗彎剛度和抗彎強(qiáng)度，合理減少鋪裝工程施工的厚度，降低公路橋梁的凈重。

在施工過程中，鋼纖維混凝土還可以以改性瀝青混凝土的形式進(jìn)行工程施工，特別是在兩層路面的施工過程中，可以進(jìn)一步提高簡支梁橋的可靠性。

在橋頭板施工中采用有效科學(xué)的方法，可以提高公路橋梁的路面質(zhì)量，改善公路橋梁的結(jié)構(gòu)特性，增加公路橋梁的使用壽命，降低中后期維護(hù)成本，綜合經(jīng)濟(jì)效益更高。

3.3 混凝土樁的施工

鋼纖維混凝土樁的工程建設(shè)以邊緣加固為主。工程建設(shè)中采用鋼纖維混凝土，明顯提高了樁頂?shù)男阅芎蜐B透性。施工過程中必須減少錘擊次數(shù)，減少施工過程和產(chǎn)品。

一般樁頂必須采用鋼纖維混凝土技術(shù)進(jìn)行加固，以提高樁尖的抗沖擊能力，防止樁基施工過程中出現(xiàn)開裂，改善埋地部分的特性。從樁的方向分析，混凝土澆筑工程的施工可采用預(yù)制混凝土或非預(yù)制混凝土。如遇特殊情況，可在充分考慮建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)后，在有條件的情況下使用鋼纖維，進(jìn)行樁全截面的混凝土施工。

鋼纖維混凝土在橋梁工程施工中的應(yīng)用，可以全面提高樁的性能和質(zhì)量，提高樁的承載力和耐久性，使其在所有橋梁建設(shè)中得到充分發(fā)揮，全面提高施工水平。在充分考慮各種因素的基礎(chǔ)上，合理使用鋼纖維混凝土樁，減少因施工技術(shù)而對橋梁建設(shè)造成的損害，提升施工質(zhì)量。

3.4 局部加工的應(yīng)用

在利用鋼纖維混凝土技術(shù)進(jìn)行部分公路橋梁生產(chǎn)加工的施工過程中，通常采用電機(jī)轉(zhuǎn)子Ⅱ型射流進(jìn)行噴涂工程施工，噴涂距離為5～20cm 處理。

對于地質(zhì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)較差的自然作業(yè)環(huán)境，一般采用水泥混凝土進(jìn)行基坑支護(hù)工程施工，采用噴射鋼纖維混凝土的方法對基坑支護(hù)工程施工進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，便于公路橋梁加固。

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的情況下，基坑支護(hù)施工過程中可采用噴射鋼纖維混凝土的方法。在施工過程中，必須結(jié)合具體情況，制定科學(xué)合理的方案并實(shí)施，以保質(zhì)保量降低運(yùn)營成本。

3.5 橋梁罩面的鋪筑施工

溫度變化是影響橋梁工程施工的主要因素，混凝土?xí)驗(yàn)楦邷刈饔枚a(chǎn)生破裂。如果將鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)過程中，可以有效預(yù)防裂縫出現(xiàn)。鋼纖維混凝土技術(shù)還可以應(yīng)用在已經(jīng)產(chǎn)生裂縫的老舊公路上，直接式、結(jié)合式、分離式是罩面應(yīng)用的三種基本形式。

3.5.1 直接式

在原始混凝土路面上直接覆蓋鋼纖維混凝土面罩，主要應(yīng)用在損壞程度較輕的道路橋梁上?，F(xiàn)階段，在對損傷路面進(jìn)行修復(fù)的施工過程中，可以直接應(yīng)用鋼纖維混凝土掩膜施工技術(shù)，具有科學(xué)、高效的優(yōu)勢。

3.5.2 結(jié)合式

混凝土與混凝土之間連接成一個整體，進(jìn)而確保路橋路面結(jié)構(gòu)的綜合性。

3.5.3 分離式

分離式施工技術(shù)無需粘貼原始混凝土，在中間設(shè)置隔離層，充分發(fā)揮公路橋梁中的獨(dú)立作用。對面罩鋪筑工程的施工方法進(jìn)行剖析，在施工過程中，必須實(shí)地考察施工現(xiàn)場的具體情況，選擇科學(xué)有效的施工技巧，確保施工質(zhì)量，有效降低運(yùn)行成本，提升橋梁建設(shè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，確保公路橋梁應(yīng)用的安全系數(shù)。

4 結(jié)語

綜上所述，具有實(shí)用性的鋼纖維混凝土技術(shù)在路橋施工過程中得到了廣泛應(yīng)用。對于提升橋梁施工質(zhì)量來說，材料本身的應(yīng)用特性具有至關(guān)重要的影響，進(jìn)一步提升橋梁施工綜合效益。隨著鋼纖維混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，道路橋梁施工水平得到很大提高，促進(jìn)了我國的交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。