鋼纖維混凝土施工技術探析

姚邦君

(湖南省路橋建設集團公司，湖南 長沙 410000)

1 引言

隨著我國經濟的高速發展，交通事業也加快了前進步伐，越來越來多的高等級公路和橋梁建筑如雨后春筍般紛紛出現。因此，橋梁建設勢必往更好更精更安全耐用的方向發展，這就對建筑材料的要求越來越高。鋼纖維混凝土作為一種新型的優質水泥基復合材料，可以實現按照使用要求設計材料的目的。因其性能優越、施工簡便、價格相對低廉等優點而在道路路面、橋梁結構、房屋建筑等工程領域廣泛應用。

2 鋼纖維混凝土的性能

鋼纖維混凝土與普通混凝土相比，具有一系列優越的物理力學性質：強度與重量比值增大；較高的抗拉、抗壓和抗彎的極限強度。在混凝土中摻人適量鋼纖維，其極限抗壓強度可以提高，單軸抗拉極強度可提高40%～50%，抗彎極限強度町提高50%～150%；良好的抗沖擊性能。鋼纖維混凝土在纖維摻量為 O．8%~2．0%時，其沖擊韌性指標可提高 50～100倍，甚至更高；變形性能明顯改善。鋼纖維對混凝土抗壓彈性模量影響不顯著，但對抗拉彈性模量提高較多，鋼纖維對混凝土長期收縮變形的影響也較明顯，鋼纖維可使混凝土的收縮率降低10%～30%；抗裂和抗疲勞性能顯著提高；優越的抗剪性能；良好的阻止和抑制因溫度應力引起裂縫產生與擴展的能力；良好的抗凍性與耐磨性能。

3 鋼纖維混凝土的應用

3.1 道路施工中的應用

由于鋼纖維混凝土路面具有減薄鋪裝厚度、縱縫不設或少設、橫向縮縫少、良好的耐磨性及凍融性等優點，延長路面使用壽命，從而在路面工程中獲得廣泛應用。

(1)新建全截面鋼纖維混凝土路面。全截面采用鋼纖維混凝土的路面厚度為普通混凝土路面厚度的50%～60%，鋼纖維摻量為0．8%～1．2%。雙車道路面一般不設縱逢，橫縫間距20～30m，最長可取50m。

(2)新建復合式鋼纖維混凝土路面。復合式路面可以做成雙層式或三層式。雙層式路面的構造是在全路面板厚的上層約全厚40%～60%鋪設鋼纖維混凝土。三層式復合路面是上下兩層分別做成鋼纖維混凝土層，中間夾普通混凝土層。結構上比較合理，但施工復雜。根據經驗，三層式復合路面宜在機械化鋪設條件較高的地區使用。

(3)碾壓鋼纖維混凝土路面。將鋼纖維置于碾壓混凝土中，從而使路面的強度和韌性增強，改善碾壓混凝土的力學性能。

(4)鋼纖維混凝土罩面。舊混凝土路面損壞采用鋼纖維混凝土鋪筑罩面層。鋼纖維混凝土罩面分結合式、直接式、分離式二種結合。結合式罩面面層與舊混凝土相互粘結為一整體，共同發揮結構的整體強度作用。分離式罩面層與舊混凝土不粘結，而是中間設置一個隔離層，各層獨立發揮作用。直接式是直接在舊水泥混凝土面層上加鋪鋼纖維混凝土罩面層。一般用于損壞較輕微的舊水泥混凝土路面。

(5)鋼纖維水泥砂漿或細石混凝土罩面修補。用鋼纖維水泥砂漿或鋼纖維細石混凝土對損壞的路面進行修補罩面。鋼纖維體積率以1%～2%為宜，長徑比可略高于鋼纖維增強混凝土的長徑比。一般限制在70～100范圍內。

3.2 橋梁施工中的應用

(1)橋面鋪裝。采用鋼纖維混凝土橋面鋪裝層不僅可以增強橋面的抗裂性、耐久性和提高舒適性能，還可以增強橋梁抗折強度，增加橋梁本身剛度，減少鋪裝厚度，降低結構自重，改善橋梁受力狀況。此外，采用鋼纖維混凝土和橡膠瀝青混凝土復合的雙層橋面也是一種有效措施。

(2)橋梁上部承受荷載部位。采用鋼纖維混凝土作為主拱圈(主梁)或在應力集中區局部加強，改善結構受力性能，有效控制結構變形，減輕自重，推動橋梁結構向大跨度、輕型化方向發展。結構性能良好，造型美觀，而且可減少上部材料用量，使下部墩臺數量也相應減少，從而降低造價，提高經濟效益。通過修建鋼纖維混凝土橋梁降低梁高，滿足使用上的特殊要求。

(3)橋梁墩臺等結構局部加固。對動載長期作用下造成的橋梁墩臺及橋面板裂縫或表層剝落病害，采用轉子Ⅱ型噴射機噴射5～20cm鋼纖維混凝土以滿足結構的整體性和抗震性要求。一般鋼纖維類型采用剪切鋼纖維，摻量為110%；采用硫鋁酸鹽快硬水泥和Ts型速凝劑提高早期抗裂性能；對舊混凝土表面噴砂或鑿毛，增加新舊混凝土的整體性。

(4)鋼筋混凝土樁加強。采用鋼纖維混凝土對樁頂或樁尖局部增強，樁的穿透力有較大提高，錘擊次數減少，大大提高打擊速度。一般在樁頂和樁尖部位采用鋼纖維混凝土，增強樁頂的抗沖擊韌性，避免樁頂在打入設計深度以前出現破裂，并增加樁尖入土能力，提高打擊速度。樁身部分仍用預應力或非預應力鋼筋混凝土。當然也可以全斷面整體澆筑鋼纖維混凝土，但其經濟效益會有所下降。

3.3 襯砌隧道和邊坡防護加固

采用噴射鋼纖維混凝土襯砌隧道是一種有效的技術措施。具有加強結構整體性和防止隧道滲漏水的作用。在邊坡巖石節理裂隙發育的地質不良地段，采用普通混凝土支護并用噴射鋼纖維混凝土加強或全截面采用噴射纖維混凝土支護加固。

4 鋼纖維混凝土施工方面的控制

(1)泵送混凝土的質量控制。泵送混凝土的連續不間斷地、均衡地供應，能保證混凝土泵送施工順利進行。泵送混凝土要按照配合比要求、拌制得好，混凝土泵送時則不會產生堵塞。因此，泵送施工前周密地組織泵送混凝土的供應，對混凝土泵送施工是重要的。

泵送混凝土的供應，包括泵送混凝土的拌制和泵送混凝土的運送。泵送混凝土宜采用預拌混凝土，在商品混凝土工廠制備，用混凝土攪拌運輸車運送至施工現場，這樣制備的泵送混凝土容易保證質量。泵送混凝土由商品混凝土工廠制備時，應按國家現行標準，《預拌混凝土》的有關規定，在交貨地點進行泵送混凝土的交貨檢驗。拌制泵送混凝土時，應嚴格按混凝土配合比的規定對原材料進行計量，也應符合《預拌混凝土》中有關的規定。

混凝土攪拌時的投料順序，應嚴格按規定投料。如配合比規定摻加粉煤灰時，則粉煤灰宜與水泥同步投料。外加劑的添加時間應符合配合比設計的要求，且宜滯后于水和水泥。泵送混凝土的最短攪拌時間，應符合《預拌混凝土》中有關的規定，一定要保證混凝土拌合物的均勻性，保證制備好的混凝土拌合物有符合要求的可泵性。

攪拌好的混凝土拌合物最好用混凝土攪拌運輸車進行運輸。現在大量使用的是攪拌筒6~7m，的混凝土攪拌運輸車。用攪拌運輸車運輸途中，攪拌筒以3-6r/min的緩慢速度轉動，不斷攪拌混凝土拌合物，以防止其產生離析。

(2)混凝土泵送施工質量控制。開始泵送時，混凝土泵應在可慢速、勻速并隨時可反泵的狀態。待各方面情況都正常后再轉人正常泵送。正常泵送時，泵送要連續進行，盡量不停頓，遇有運轉不正常的情況，可放慢泵送速度。

5 鋼纖維混凝土施工技術

鋼纖維混凝土的施工，按其施工方法來分有澆注鋼纖維混凝土、噴射鋼纖維混凝土和灌漿鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土道橋工程質量的優劣，在很大程度上取決于施工質量。因此在鋼纖維混凝土施工時，除了滿足普通混凝土的施工要求外，還應特別重視鋼纖維給施工帶來的技術問題，確保鋼纖維均勻分布在基體中。

(1)設置鋼纖維分散裝置。由于鋼纖維一次性直接投入攪拌機易出現結團現象，為使鋼纖維充分分散，宜將鋼纖維通過分散機再進入攪拌機。鋼纖維應事先與細骨料定量拌合均勻或選擇直徑較粗、材質較好的纖維，并在料斗入口處設置振動篩。

(2)攪拌投料順序和攪拌時間。為防止鋼纖維結團，需采取分級投料，先干后濕工藝。即按砂—鋼纖維—碎石一水泥。混和料先在攪拌機內干拌1min,然后加水和外加劑濕拌2min。

(3)采用強制式攪拌機。鋼纖維混凝土攪拌機，一般最好使用強制式攪拌機和雙錐反轉出料攪拌機。當纖維摻量較高和坍落度較小時。為不使攪拌機超負荷工作，攪拌機的利用率相應有所降低。

(4)澆注和振搗。鋼纖維混凝土在澆注時，不得有明顯的澆注接頭。每次倒料相壓15~20㎝,使鋼纖維混凝土保持整體連續性。同時，鋼纖維混凝土的澆注必須連續進行。因使用插入式振動棒插入鋼纖維混凝±進行振搗會使鋼纖維朝振動著的振動棒聚集，產生集束效應。為確保鋼纖維的二維分布，宜使用平板振動器振搗成型。當采用振搗棒時，為保證邊角混凝土密實，應使鋼纖維縱向條狀集束排列有利于抵抗板體收縮應力、溫度應力及荷載的傳遞。振搗好的混凝土表面應抹平，將外露的鋼纖維壓人混凝土中，以防止露出表面的纖維銹蝕或刺人。

(5)成型。鋼纖維混凝土具有粗骨料細、砂率大、纖維亂向分布的特點，因此鋼纖維混凝土路面宜采用真空吸水工藝，機械抹平以防止鋼纖維外露現象。采用壓紋機壓紋工藝以避免拉毛產生纖維外露現象。拆模后對纖維外露或漏振時，應及時處理。

(6)接縫施工。鋼纖維混凝土的收縮性小、抗裂性能好。有條件封閉交通的施工路段，采用混凝土攤鋪機可做成整幅式，不設縱縫。鋼纖維澆筑要達設計強度5O%后切鋸縮縫。

(7)運輸。鋼纖維混凝土在運輸過程中，坍落度和含氣量都會有損失，拌和物稠度下降。由于在運輸時受到振動使鋼纖維下沉影響了鋼纖維混凝土的均勻性。因此鋼纖維混凝土的運輸距離應盡量縮短料斗出口尺寸要大—些。有條件時也可以采用泵送。

6 結語

鋼纖維混凝土自發展以來，已在道路路面、橋面、機場跑道等工程中得到廣泛應用，同時也取得了一定的經濟效益和社會效益。由于鋼纖維混凝土具有較大的抗拉強度，較高的抗裂性能和抗沖擊性能，其用于路橋面鋪裝層可使其優越性能得以充分發揮，從而使道路路面、橋梁結構處于良好的工作狀態。隨著鋼纖維生產技術的不斷進步和基礎理論的不斷完善，鋼纖維混凝土在路橋工程的應用將越來越廣泛。

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