路橋工程中鋼纖維混凝土施工技術的應用

王 振 ，胡 朋

1.江蘇省交通運輸廳公路事業發展中心，江蘇 南京 210004

2.山東交通學院，山東 濟南 250357

公路橋梁項目建設是我國基礎設施建設的重要內容，現階段路橋施工多采用混凝土結構形式，然而混凝土自身具有熱脹冷縮的性質，如果施工工藝控制不當，那么就容易出現結構裂縫等問題，嚴重影響路橋使用的穩定性和安全性。基于此，施工人員有必要對路橋施工材料進行優化。鋼纖維混凝土是一種優質的復合型材料，其有效彌補了傳統混凝土特性的不足，提升了路橋施工質量。除了預應力梁、橋面鋪裝層，鋼纖維混凝土在路面、橋梁的維修加固等施工環節也得到了廣泛應用。

1 鋼纖維和鋼纖維混凝土的基本性能

1.1 鋼纖維性能

鋼纖維指的是長徑比為40～80的纖維，這些纖維多采用切斷細鋼絲法、冷軋帶鋼剪切或鋼錠銑削等方法制成，鋼纖維材料見圖1。按照制造方式的差異，鋼纖維大致可分為四種類型，包括切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維和熔抽鋼纖維。在路橋項目建設中，切斷鋼纖維、剪斷鋼纖維的應用較多。其中，切斷鋼纖維的抗拉強度較高，但其與水泥砂漿的黏結性較差，因而在施工階段還需要對纖維表面進行變形處理，以此改善鋼纖維的力學性能。剪切鋼纖維多按照剪切冷軋薄板的方式獲得，此類纖維材料厚、寬分別為0.2～0.5mm和0.25～0.9cm，材料抗拉強度為450～800MPa，相比于切斷鋼纖維，剪切鋼纖維材料與水泥砂漿的黏結性能明顯更為優秀。

圖1 鋼纖維材料

1.2 鋼纖維混凝土性能

在混凝土中應用鋼纖維材料的主要目的是限制外力作用下基體裂縫的擴展。將鋼纖維材料和混凝土結合在一起，則兩者共同發揮承擔外力的作用。在受力過程中，一旦基料裂開，則橫跨裂縫的鋼纖維會轉為外力的主要承受者，有效地提升材料整體的抗裂性能。從鋼纖維混凝土整體性能看，其不僅具有較高的抗拉極限強度，而且抗壓和抗彎性能較為突出。工程實踐表明，在混凝土材料中添加鋼纖維后，單軸抗拉、抗彎的極限強度會分別提升40%～50%和50%～150%。同時混凝土和鋼纖維的融合可以有效提升復合結構體的抗沖擊性能，并且實現結構體抗裂、抗疲勞、抗變形能力。此外，將鋼纖維混凝土用于具體項目建設后，還能保證材料的抗凍性與耐磨性[1]。

2 路橋施工中鋼纖維混凝土施工技術要點

2.1 鋼纖維制作

制作符合項目建設要求的鋼纖維，是鋼纖維混凝土施工的基礎性工作。依據制作原理的差異，鋼纖維的制作方法大致可分為鋼絲切斷法和冷拔法。其中，鋼絲切斷法對沖床與切刀的依賴性較強，并且出于提升切割效率的考慮，選擇使用旋轉刀具；其不足之處在于采用鋼絲切斷法制作鋼纖維時，對鋼絲原材料的耗損問題較為嚴重，容易增加工程項目的建設成本，故而在當路橋工程施工規模較大時，鋼絲切斷法制作鋼纖維的適用性較差。采用冷拔法制作鋼纖維時，不僅能確保鋼纖維表面的光滑程度，而且能有效增加鋼纖維自身的黏結強度。目前，在鋼纖維制作中，大多會選擇鋼絲切斷法和冷拔鋼絲法的聯合制作，以0.4～0.8mm直徑的冷拔鋼絲為例，采用鋼絲切斷法將冷拔鋼絲切割成固定長度纖維，然后將其加入混凝土材料中，這樣能有效地提升鋼纖維的抗拉強度，在具體施工中，采用這種功法制成的鋼纖維混凝土，其抗拉強度可達到1000～ 2000MPa。

2.2 鋼纖維混凝土設計制造

鋼纖維混凝土制作要點把控具體如下：（1）在鋼纖維混凝土配合比設計中，可按照普通混凝土的配合比要求來決定最終配比。（2）在鋼纖維品種選擇中，應確保鋼纖維與基材強度相適應，并且應確保鋼纖維極限抗拉強度超過500MPa。當使用圓直和熔抽鋼纖維時，應選擇圓直和熔抽鋼纖維進行配制；當使用剪斷鋼纖維時，應選擇高標號混凝土完成配制，確保鋼纖維的含量保持在0.5%～2.0%。（3）鋼纖維混凝土制作需要控制鋼纖維的長度和最小直徑，以此保證混凝土材料的力學性能，使其滿足施工和易性要求。通常鋼纖維長度不應太長，而最小直徑應不小于0.4mm，一般鋼纖維的最小直徑保持在0.45～0.70mm，長徑比保持在50～80。（4）與普通混凝土相比，要求提升鋼纖維混凝土的砂率。并且考慮到鋼纖維同基體結合的牢固性，應選擇較小粒徑的骨料，骨料中大粒徑保持在10～20mm。（5）注重水泥用量的控制，在保證鋼纖維混凝土材料性能的情況下，盡可能地減少水泥用量，降低工程成本。同時應借助減水劑或其他外摻劑，不斷提升鋼纖維混凝土材料的設計和制造水平。

2.3 投料攪拌

在鋼纖維混凝土投料攪拌過程中，除了專用的強制式攪拌機，還可使用雙錐反轉出料攪拌機設備。在攪拌設備利用過程中，一旦纖維摻量較高或混凝土坍落度較小，為避免攪拌機超負荷作業，應降低攪拌機的利用率。在實際攪拌中，應注意攪拌投料順序和攪拌時間的控制。通常，當鋼纖維一次性直接投料時，攪拌機內的鋼纖維容易出現結團問題，因而需要按照分級投料的原則進行投料，確保鋼纖維充分分散，要求分散機功率保持在0.75～1.0kW，分散力控制在20～60kg/min。最后按照先干后濕的要求投料攪拌，要求混合料在攪拌機內干攪拌1min后，開始加水并濕攪拌2min。鋼纖維混凝土整體投料順序見圖2。

圖2 鋼纖維混凝土整體投料順序

2.4 澆筑振搗

為進一步提升鋼纖維混凝土路橋施工質量，在材料澆筑過程中，一是應確保鋼纖維混凝土澆筑的連續性，要求各路橋單元沒有明顯的澆筑接頭，以此保證澆筑單元的連續性；二是在鋼纖維混凝土振搗中，要求使用平板振搗器振搗成型，因為使用插入式振搗棒時，鋼纖維會朝著振搗棒方向聚集，由此產生了集束效應，影響了路橋澆筑施工質量[2-3]；三是在平板振搗器振搗操作中，應充分保證邊角部位混凝土振搗的密實程度，在邊角地區要求鋼纖維按照縱向條狀的狀態集束排列，以此抵抗板體收縮應力、溫度應力及荷載的傳遞；四是完成振搗后，要求將振搗面抹平，并且應確保外露的鋼纖維壓入混凝土，避免鋼纖維發生銹蝕或者對人體造成傷害。

3 鋼纖維混凝土施工技術在路橋施工項目中的具體應用

3.1 項目概況

某高速公路全段總長為28.85km，設計公路為雙向四車道，路基寬度為25m，設計速度為80km/h。受地形因素影響，該項目建設需要建設多個橋梁，為提升橋梁整體抗壓、抗拉和抗彎效應，在橋梁澆筑施工中，采用鋼纖維混凝土澆筑施工工藝，有效提升橋梁項目的施工質量，滿足了高速公路運行需求。

3.2 具體應用

在該項目施工中，高速公路橋梁澆筑采用鋼纖維混凝土澆筑施工技術。在澆筑前期階段，嚴格配置鋼纖維、鋼纖維混凝土，要求鋼纖維抗拉強度達到1000～2000MPa，鋼纖維混凝土中鋼纖維的含量保持在1.0%。而且該項目選擇使用硫鋁酸鹽快硬水泥和速凝劑材料，提升了澆筑構件的早期抗裂性能。然后嚴格按照鋼纖維混凝土投料攪拌、澆筑振搗的操作要點進行施工，必須控制橋梁上部承受荷載部位、橋梁墩臺結構的澆筑質量。其中在上部承受荷載部位澆筑中，要求合理控制鋼纖維混凝土的澆筑量，實現結構受力性能、澆筑構件自重、橋梁美觀及工程經濟效益的協調。在墩臺等結構局部加固處理中，重點考慮橋梁結構的整體性和抗震性，該項目采用轉子Ⅱ型噴射機進行施工，確保噴射鋼纖維混凝土保持在5～20cm，避免了后期使用中橋梁墩臺、橋面板裂縫或表層剝落病害的發生[4]。

4 結束語

施工人員規范化地使用鋼纖維混凝土施工技術，能夠有效地提升路橋項目的施工質量，減少路橋工程裂縫問題。現今，路橋建設項目逐漸增多，施工人員只有充分認識鋼纖維混凝土的材性能和施工技術優勢，并加強鋼纖維混凝土施工技術各環節的系統管理，才能有效提升鋼纖維混凝土的施工質量，確保路橋建設應用的穩定性、安全性。