路橋施工中鋼纖維混凝土施工技術(shù)應(yīng)用

王 暉

（江蘇省交通技師學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212028 ）

0 引言

鋼纖維混凝土在道路、橋梁、房屋等工程領(lǐng)域均取得廣泛應(yīng)用，材料的性能優(yōu)越，成本低，應(yīng)用于工程建設(shè)中可取得提質(zhì)增效的效果[1]。其中，鋼纖維混凝土在道路橋梁工程中的應(yīng)用頻率逐步提高，可規(guī)避傳統(tǒng)混凝土脆性過強(qiáng)、耐久性不足等問題，成型結(jié)構(gòu)的質(zhì)量更具可靠性。

1 鋼纖維混凝土的性能分析

（1）向混凝土中摻入鋼纖維材料后，混合料的抗拉力顯著提升，但鋼纖維與水泥砂漿界面的黏結(jié)效果差，需針對材料做優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過對鋼纖維表面形態(tài)的處理后，增強(qiáng)鋼纖維與混凝土的黏結(jié)穩(wěn)定性，改善混合料的力學(xué)性能。其中，使鋼纖維表面呈規(guī)律性變化是重要的改善思路，例如在鋼纖維表面刻痕或形成波紋狀。鋼纖維以廢鋼絲繩為原材料經(jīng)切斷后制得時(shí)，在應(yīng)用前需清理表面附著的油污、銹跡及各類雜物。

（2）鋼纖維以切削的方法制作時(shí)，原材料選用厚鋼板或軟鋼錠，利用銑刀做切削處理，使鋼纖維界面呈三角形，經(jīng)過與混凝土的混合后增強(qiáng)黏結(jié)穩(wěn)定性。

（3）剪切鋼纖維屬于常見的鋼纖維材料，對冷軋薄板做剪切處理后制作成型，與砂漿的黏結(jié)效果較佳，抗拉強(qiáng)度500～750 MPa。

（4）熔抽鋼纖維依托鋼水甩制技術(shù)制作成型，抗拉強(qiáng)度和彈性均較高。對鋼纖維的界面做深度加工后，形成各式各樣的形狀，有助于鋼纖維與混凝土的穩(wěn)定黏結(jié)。

2 鋼纖維混凝土的概念及應(yīng)用優(yōu)勢

鋼纖維長徑比為40～80，向混凝土中按比例摻入后，混合料的抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度多項(xiàng)性能均得到改善。鋼纖維混凝土屬于多相復(fù)合型材料，以普通混凝土為基礎(chǔ)，向其中摻入亂向分布的鋼纖維，鋼纖維具有阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫擴(kuò)展的能力，以防裂縫的產(chǎn)生，制得的鋼纖維混凝土在抗彎強(qiáng)度、抗沖擊性能、抗拉強(qiáng)度等方面均有突出的表現(xiàn)，在提高工程質(zhì)量、延長結(jié)構(gòu)使用年限等方面均有良好的應(yīng)用效果。

鋼纖維混凝土在道路橋梁中的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾方面：

（1）鋼纖維混凝土的抗疲勞性能突出，建設(shè)成型的結(jié)構(gòu)質(zhì)量可靠，耐久性較強(qiáng)。同時(shí)，基于鋼纖維混凝土施工的結(jié)構(gòu)更具彈性，有助于保障道路橋梁的安全性。

（2）向混凝土中按比例摻入鋼纖維后，混合料的抗彎性能和抗拉性能得以提高，成型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

（3）道路橋梁在自重較大時(shí)的穩(wěn)定性欠佳，潛在諸多安全風(fēng)險(xiǎn)，加之車輛荷載等外部因素的作用，易發(fā)生垮塌事故。相較普通混凝土，鋼纖維混凝土的質(zhì)地更輕，可減輕橋梁的承載負(fù)擔(dān)，同時(shí)由于鋼纖維混凝土抗拉、抗彎等方面的突出性能，進(jìn)一步增強(qiáng)了橋梁的安全性[2]。

3 鋼纖維混凝土施工技術(shù)

3.1 配合比設(shè)計(jì)

鋼纖維的摻入量對混合料的整體質(zhì)量有明顯影響，在鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)中，首先確定鋼纖維的類型，再控制摻量。道路橋梁施工中，鋼纖維需與基材強(qiáng)度相適應(yīng)，極限抗拉強(qiáng)度以500 MPa以上為宜，中標(biāo)號(hào)混凝土中可摻入圓直或熔抽鋼纖維，高標(biāo)號(hào)混凝土中以剪切鋼纖維的應(yīng)用效果較佳。鋼纖維的最小直徑不小于0.40 mm，通常為0.45～0.70 mm，不采用過長的鋼纖維。長徑比50～80，為保證鋼纖維與基體的穩(wěn)定結(jié)合，推薦采用最大粒徑為10～20 mm的小粒徑主骨料，鋼纖維細(xì)石混凝土的砂率相比同標(biāo)號(hào)的普通混凝土可適當(dāng)增加。鋼纖維含量以0.5%～2.0%為宜，具體視道路橋梁對鋼纖維混凝土的質(zhì)量要求而定。適度應(yīng)用減水劑，用于改善鋼纖維混凝土的和易性。投入使用的鋼纖維必須保持干凈，不夾雜任何影響混合料性能的雜物。

3.2 鋼纖維材料質(zhì)量的優(yōu)化

經(jīng)過配合比設(shè)計(jì)后，確定鋼纖維的類型及具體用量，用分散機(jī)對鋼纖維做分散處理，再向攪拌機(jī)中摻料，以防直接投入而出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。分散機(jī)的分散力控制在20～60 kg/min，功率0.75～1.0 kW。于料斗入口位置設(shè)振動(dòng)篩，并事先均勻拌和鋼纖維與細(xì)骨料。

3.3 鋼纖維混凝土的拌和

以機(jī)械拌和的方式拌制鋼纖維混凝土，混合料體積率較高時(shí)，單次攪拌量不大于額定攪拌量的80%，否則易由于攪拌量過高而導(dǎo)致鋼纖維結(jié)團(tuán)。按照“先干后濕”的思路進(jìn)行攪拌，攪拌必須充分，使鋼纖維在混凝土中均勻分布。投料順序?yàn)榇旨?、鋼纖維、細(xì)集料、水泥，鋼纖維分三次加入，待各類原材料均投料完成且干拌均勻后，加水進(jìn)入濕拌環(huán)節(jié)。相比于普通混凝土，鋼纖維混凝土的攪拌時(shí)間略微延長1～2 min，且干拌時(shí)間不短于1.5 min，拌和后的鋼纖維混凝土必須具有均勻性。

3.4 鋼纖維混凝土的運(yùn)輸、澆搗

鋼纖維混凝土拌和完成后，進(jìn)入運(yùn)輸環(huán)節(jié)，由運(yùn)輸車盡快將混合料運(yùn)送至現(xiàn)場用于澆筑。運(yùn)輸車輛平穩(wěn)行駛，避免混合料離析，若發(fā)現(xiàn)混合料已經(jīng)存在離析現(xiàn)象，以二次攪拌的方法加以處理。鋼纖維混凝土運(yùn)輸車輛的規(guī)格和數(shù)量視拌和站生產(chǎn)能力、現(xiàn)場澆筑能力而定，避免現(xiàn)場停機(jī)等料或由于材料過量運(yùn)輸而導(dǎo)致大規(guī)模的浪費(fèi)。

按照與普通混凝土基本一致的方式澆筑鋼纖維混凝土，但考慮到鋼纖維混凝土流動(dòng)性相對有限的特點(diǎn)，必須強(qiáng)化對澆筑技術(shù)的合理化應(yīng)用，以免成型混凝土結(jié)構(gòu)在致密性和完整性方面存在異常。澆筑作業(yè)必須保證鋼纖維分布具有均勻性，各區(qū)域的澆筑遵循連續(xù)進(jìn)行的原則，澆筑期間禁止加水，否則成型結(jié)構(gòu)的邊角部位存在蜂窩病害，施工質(zhì)量大打折扣。鋼纖維混凝土澆筑期間適度振搗，尤其是邊角薄弱部位，經(jīng)過充分的振搗后使混凝土內(nèi)部密實(shí)、表面平整。振搗人員準(zhǔn)確控制振搗棒的作業(yè)姿態(tài)，不可碰觸模板，同時(shí)避免鋼纖維露出構(gòu)件表面。必要時(shí)，利用附著式振搗器做模外振動(dòng)處理，但此時(shí)需考慮到附加應(yīng)力對施工質(zhì)量的影響，在模板設(shè)計(jì)階段便要做好優(yōu)化工作[3]。

從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)慕嵌葋砜?，鋼纖維混凝土施工工藝流程主要有三種，即：先干后濕拌和、輸送，如圖1所示；濕拌和、輸送，如圖2所示；分段加料攪拌、輸送。

圖1 先干后濕攪拌、輸送工藝流程

圖2 濕攪拌、輸送工藝流程

3.5 鋼纖維混凝土成型

鋼纖維在混凝土中亂向分布，同時(shí)混合料中的粗骨料細(xì)、砂率大，根據(jù)多項(xiàng)材料特點(diǎn)，宜采用振動(dòng)吸水工藝進(jìn)行路面的施工，輔以機(jī)械抹平的方法，避免鋼纖維外露，例如采用壓紋機(jī)壓紋。拆模后，針對鋼纖維混凝土表面存在的漏振、鋼纖維外露等問題采取處理措施。

3.6 接縫施工

鋼纖維混凝土的抗裂性能好，現(xiàn)場施工不會(huì)遭到外部因素的干擾時(shí)，可采用整幅式攤鋪的方法，全程連續(xù)進(jìn)行，不設(shè)縱縫，成型結(jié)構(gòu)具有更突出的完整性。鋼纖維混凝土的實(shí)測強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的50%后，切鋸縮縫。

3.7 鋼纖維混凝土的整平、養(yǎng)護(hù)

（1）鋼纖維混凝土中摻入適量粗骨料，鋼纖維在混合料中呈亂向分布，攤鋪后局部可能有鋼纖維外露現(xiàn)象，影響到攤鋪面層的平整度，因此需加強(qiáng)對平整度的控制?；炷琳駬v后，用帶凸棱的金屬圓滾適度壓實(shí)表層，將豎起的鋼纖維壓至混合料內(nèi)部，再用金屬圓滾對表面做滾壓處理；后續(xù)加強(qiáng)對鋼纖維混凝土表面的觀察，確認(rèn)無泌水現(xiàn)象后，用金屬抹刀抹平。按前述流程有序處理后，提高鋼纖維混凝土表面的平整度。鋼纖維混凝土表面抹平后，于初凝前用刷子和壓滾進(jìn)行拉毛，全程均不可帶出鋼纖維。

（2）按照與普通混凝土相同的養(yǎng)護(hù)方法完成鋼纖維混凝土的養(yǎng)護(hù)，期間加強(qiáng)對溫度和濕度的檢測與控制，使混合料有效成型。

4 鋼纖維混凝土施工技術(shù)在路橋中的主要應(yīng)用

4.1 鋼纖維混凝土在道路施工中的應(yīng)用

鋼纖維混凝土路面的力學(xué)性能突出，可在保證工程質(zhì)量的前提下減薄鋪裝厚度，縱縫和橫縫的數(shù)量減少，成型路面的完整性較好，路面的使用壽命得以延長，綜合應(yīng)用效果良好。

（1）全截面鋼纖維混凝土路面：由于性能的可靠性，此類路面的厚度約為常規(guī)混凝土路面的50%～60%，雙車道路面通常不設(shè)縱縫，橫縫按照20～30 m的間距依次設(shè)置，條件良好時(shí)將間距增加至50 m，鋼纖維摻量取0.8%～1.2%。

（2）復(fù)合式鋼纖維混凝土路面：根據(jù)工程質(zhì)量要求設(shè)置為雙層或三層結(jié)構(gòu)形式，雙層時(shí)，在路面厚度的上層鋪設(shè)鋼纖維混凝土，約占全厚的40%～60%；三層時(shí)，中間為普通混凝土層，上、下兩層為鋼纖維混凝土層，通常在具備機(jī)械化攤鋪的施工條件時(shí)采用三層式復(fù)合路面結(jié)構(gòu)。

（3）碾壓。將鋼纖維置于碾壓混凝土中，此舉對提高路面的強(qiáng)度有重要作用，成型路面的力學(xué)性能突出。

（4）鋼纖維混凝土罩面。部分混凝土路面經(jīng)長期使用后受損，可以考慮鋼纖維混凝土鋪筑罩面層的修復(fù)方法。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，鋼纖維混凝土罩面包含三種形式：①直接式，以舊路面為基礎(chǔ)，向該處直接加鋪鋼纖維混凝土罩面層，通常應(yīng)用于病害程度較為輕微的路面；②分離式，增設(shè)的罩面層與舊混凝土保持獨(dú)立，兩者間設(shè)置隔離層；③結(jié)合式，罩面層與舊混凝土黏結(jié)，作為整體結(jié)構(gòu)，共同發(fā)揮出強(qiáng)度優(yōu)勢。

（5）鋼纖維水泥砂漿罩面修補(bǔ)。部分路段的路面受損，可采用鋼纖維水泥砂漿修補(bǔ)的方法，鋼纖維體積率控制在1%～2%，長徑比以70～100為宜，需超過鋼纖維增強(qiáng)混凝土的長徑比。

（6）多年凍土地區(qū)的公路施工中也可以采用鋼纖維混凝土路面，路面的抗凍性提升，凍土熱平衡狀態(tài)良好，路面的耐久性得到保障。

4.2 鋼纖維混凝土在橋梁施工中的應(yīng)用

（1）在橋面鋪裝中的應(yīng)用。鋼纖維混凝土橋面鋪裝層的設(shè)置可提高橋面的耐久性，同時(shí)橋梁整體的抗折強(qiáng)度也將由于鋼纖維混凝土橋面鋪裝層的設(shè)置而增強(qiáng)。結(jié)構(gòu)性能提升的同時(shí)鋪裝厚度可減小，減輕結(jié)構(gòu)的自重，對橋梁受力較為友好。此外，橡膠瀝青混凝土和鋼纖維混凝土的復(fù)合型橋面也具有突出的質(zhì)量優(yōu)勢。

（2）在橋梁墩臺(tái)等結(jié)構(gòu)局部加固中的應(yīng)用。橋梁墩臺(tái)及橋面板可能由于動(dòng)載作用而產(chǎn)生裂縫或出現(xiàn)剝落病害，在病害處治中，可以采取噴射鋼纖維混凝土的方法，恢復(fù)結(jié)構(gòu)完整性的同時(shí)提升結(jié)構(gòu)的性能。材料以剪切鋼纖維較為合適，用量取1.0%，混合料制備時(shí)采用硫鋁酸鹽快硬水泥，摻入適量速凝劑用于改善混合料的性能。對存在質(zhì)量缺陷的部位鑿毛，清理鑿除產(chǎn)生的粉塵及各類雜物，促進(jìn)新舊混凝土的穩(wěn)定黏結(jié)。

（3）在鋼筋混凝土樁加強(qiáng)處理中的應(yīng)用。樁頂或樁尖局部加強(qiáng)時(shí)可以采用鋼纖維混凝土，錘擊次數(shù)減少，樁的穩(wěn)定性得到保障。從加強(qiáng)機(jī)理的角度來看，鋼纖維混凝土在提升樁頂?shù)目箾_擊韌性方面有顯著作用，確保在樁頂打設(shè)至設(shè)計(jì)深度前無任何程度的破裂現(xiàn)象，同時(shí)由于鋼纖維混凝土的加入，樁尖入土能力增強(qiáng)，能夠以較快的速度完成樁體打擊作業(yè)。樁頂部位用鋼纖維混凝土加強(qiáng)，樁身仍采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，必要時(shí)也可整樁用鋼纖維混凝土施工，但存在成本投入偏高的局限性。

4.3 在襯砌和邊坡防護(hù)中的應(yīng)用

襯砌施工可采用鋼纖維混凝土，原因在于此類材料可增強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性、提高強(qiáng)度。部分路段的邊坡巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，全截面采用噴射鋼纖維混凝土的方法，有效加固邊坡，或是在普通混凝土支護(hù)的基礎(chǔ)上輔以噴射鋼纖維混凝土加強(qiáng)的技術(shù)措施。

5 鋼纖維混凝土施工技術(shù)在路橋中的應(yīng)用注意事項(xiàng)

（1）鋼纖維混凝土路面施工速度需合理，過慢將導(dǎo)致前期已施工的部分發(fā)生凝結(jié)，影響新舊混合料的穩(wěn)定黏結(jié)，路面的完整性和受力穩(wěn)定性均易受到影響。因此，施工單位需做好施工準(zhǔn)備，采取協(xié)調(diào)措施，有條不紊地推進(jìn)施工進(jìn)程。若確實(shí)存在路面硬化問題，通過噴霧的方法加以處理，但禁止向鋼纖維混凝土中加水。為提升路面的抗滑性能，采取硬刻槽的方法。路橋施工中采用到三輥機(jī)組和滑模時(shí)，施工人員需加強(qiáng)對作業(yè)參數(shù)的控制，并隨著現(xiàn)場氣候條件的變化做動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證施工的有效性。

（2）路橋工程施工采用鋼纖維混凝土?xí)r，橋面澆注前先將鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)到位，目的在于利用鋼筋網(wǎng)增強(qiáng)防裂效果，施工單位切不可為了貪圖省事而不設(shè)或少設(shè)鋼筋網(wǎng)。橋墩的加固和局部的修復(fù)也是橋梁施工中的重點(diǎn)作業(yè)內(nèi)容，需確定適宜的鋼纖維混凝土配合比，將拌和好的混合料用噴射機(jī)噴射到位，通常噴射厚度以5～20 cm為宜，此時(shí)的橋墩修復(fù)效果較佳。

6 結(jié)語

經(jīng)過該文有關(guān)于路橋工程中鋼纖維混凝土施工技術(shù)的探討后，做如下總結(jié)：

（1）鋼纖維混凝土屬于水泥基復(fù)合材料，綜合性能突出，在道路橋梁中的應(yīng)用頻率逐步提高。隨著鋼纖維混凝土技術(shù)理論的深化和經(jīng)驗(yàn)的積累，堅(jiān)信其應(yīng)用范圍將隨之?dāng)U寬，應(yīng)用效果愈發(fā)良好。

（2）以鋼纖維混凝土為材料建設(shè)的復(fù)合路面結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性、耐久性良好的特點(diǎn)，有利于橋梁結(jié)構(gòu)的有效使用，為車輛通行提供安全保障。

（3）鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)、拌和、攤鋪等均是重點(diǎn)施工環(huán)節(jié)，施工單位需統(tǒng)籌規(guī)劃，科學(xué)施工。

（4）在鋼纖維混凝土材料的優(yōu)化發(fā)展中，可以考慮砂漿滲澆高含量鋼纖維的方法，促進(jìn)混合料性能的提升，達(dá)到高效施工、有效施工的效果。