鋼纖維混凝土路橋維修施工方法

梁金榜

(1.廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001；2.南寧市筑路技術與筑路材料工程技術研究中心，廣西 南寧 530001)

0 引言

隨著我國經濟建設與交通事業蓬勃發展，國道干線道路上的車輛密度及載荷呈上升趨勢，多數公路建設完成后，投入應用幾年時間，路面便出現多處斷裂，對公路使用安全性及可靠性構成威脅。通常超重車輛在高速行駛下，會加劇路面裂縫擴展狀況，且伴有橋頭跳車現象，主要是因混凝土結構被損害。為保持橋梁結構穩定性，需對其結構進行優化設計，需將原有混凝土去除，鋪設加密鋼筋層，最后澆筑新的混凝土。在路橋維修施工建設工程中，應用鋼纖維混凝土施工技術成為主流趨勢，能夠切實提升工程質量，為人們出行提供保證。

1 鋼纖維混凝土概述

1.1 鋼纖維混凝土簡述

在普通混凝土中加入1%～2%的鋼纖維，便可獲得鋼纖維混凝土，具有將抗拉強度增大60%、抗彎強度增大100%、抗沖擊性增大3倍、抗疲勞性增大3倍等顯著優勢，同時該方法也存在部分不足，如流動性不佳，在攪拌及振搗進程中，鋼纖維極易成團或折斷，凝結時間較短等。鋼纖維混凝土主要以鋼纖維材料為主，在進行具體設計中，需將鋼纖維規范予以明確，對于水、砂、粗集料、水泥等材料具有較高要求。鋼纖維混凝土在設計中對配合比存在一定影響，設計內容包含水灰比、鋼纖維體積率、含砂率等。與普通混凝土相較，鋼纖維混凝土除結構存在差異外，還需對其進行相關試驗，如強度試驗中盡可能與抗壓及抗拉要求吻合。設計進程中需對含砂率、用水量、鋼纖維體積與鋼纖維混凝土關系加以重視，鋼纖維混凝土施工配合比及用量見表1[1]。

表1 鋼纖維混凝土施工配合比及用量表

1.2 鋼纖維混凝土配合比設計

1.2.1 鋼纖維混凝土配合比與素混凝土的異同

鋼纖維混凝土在集料中加入短鋼絲，其配合比與素混凝土存在以下差異：(1)采用較高含砂率，水泥漿液較多的配合比，且選取高標號水泥，以此提升高纖維與基體粘結強度；(2)粗骨料最大尺寸應符合相關標準，通常應<20 mm；(3)水灰比的確定需結合纖維含量、形狀及施工機械予以考量，為減少水泥使用量，提升和易性，可適當加入粉煤灰及減水劑。

1.2.2 鋼纖維緩凝土配合比設計要求

鋼纖維混凝土配合比強調抗拉強度。首先需根據基體強度，確定素混凝土配合比，之后根據纖維混凝土要求達到的強度，確定鋼纖維含量。通過強度計算，借鑒一般混凝土配合比設計方式，進行配合比設計。

1.2.2.1 骨料及含砂率

鋼纖維混凝土粗骨料粒徑大小，對復合材料具有較大影響。骨料過粗，會影響纖維分布均勻性；過細則對其強度具有影響。根據試驗表明，當纖維含量為1.1%～1.8%時，骨料粒徑≤15 mm為宜。普通混凝土粗骨料最大粒徑，主要由構件斷面尺寸及鋼筋間距決定，通常對其強度未有明顯影響。粗骨料最大粒徑和含砂率對鋼纖維混凝土強度影響如圖1所示[2]。

圖1 粗骨料最大粒徑及含砂率對鋼纖維混凝土強度的影響示意圖

如圖1所示，當鋼纖維為1.0%，粗骨料粒徑對撓曲強度的影響最小，而當鋼纖維為1.8%時，影響較為顯著，粗骨料粒徑選取以15 mm為宜。

1.2.2.2 水泥及水灰比

配置鋼纖維混凝土時，需采用標號較高的水泥，以此獲取較高的強度，利于拌和物和易性的增加。目前國外相關人員研究發現，加入1/3粉煤灰代替水泥劑量，可將其和易性切實改善，且不會使復合材料性能降低。鋼纖維混凝土水灰比，通常為0.4～0.55，主要為增強基體強度，水灰比對鋼纖維混凝土坍落度的影響如圖2所示[3]。

圖2 水灰比對鋼纖維混凝土坍落度的影響示意圖

2 傳統混凝土不足及鋼纖維混凝土特性

2.1 傳統混凝土的不足

2.1.1 極易出現裂縫

多數工程中應用傳統混凝土澆筑方式，其雖具備較多工程項目建設優勢，但在具體澆筑過程中，極易受外界因素影響，尤其是溫度、濕度。在混凝土凝固階段，裂縫問題時有發生，不僅影響路橋使用美觀性，而且會減少道路橋梁使用年限。隨著時間推移，裂縫逐漸擴展，在氣候及車輛載荷共同作用下，致使主體結構損傷，增加安全事故發生概率。

2.1.2 存在大量蜂窩麻面

傳統道路橋梁工程中，多采用混凝土澆筑施工工藝，其對運輸、澆筑、養護等具有較高要求。若任何一個施工環節出現問題，混凝土凝固后表面易存在大量蜂窩麻面，如對其未能加以處理，會使橋梁工程結構受損，降低應用成效。

2.2 鋼纖維混凝土特性

2.2.1 良好的抗形變能力

與傳統混凝土相較，鋼纖維混凝土可在長時間負載運行下，依然保持良好的收縮能力，在普通混凝土中適當加入鋼纖維，可將收縮率降低，確保擁有較強的抗形變能力。

2.2.2 抗壓、抗拉、抗彎極限強度較高

針對鋼筋混凝土施工工藝在橋梁及道路施工中的應用，其自身混凝土澆筑技術優勢較少，本質為在普通混凝土中加入鋼纖維，可將其抗壓、抗拉、抗彎矩極限強度提升，確保應用鋼纖維混凝土路面在遭受損害后，即使出現碎裂也不會發生松散，將鋼纖維材料及混凝土物理性能有效結合，實現新配比混凝土具備兩種材料的優勢，提升路橋工程使用質量。

2.2.3 優良的抗剪、抗裂、抗疲勞性能

一般情況下，在路橋工程維修施工中，工程整體質量及強度對交通安全存在一定影響。與普通混凝土相較，鋼纖維混凝土具有更高抗剪、抗裂、抗疲勞性能，普通混凝土的開裂載荷及極限載荷承受能力較差，路面開裂后難以使用，而鋼纖維混凝土路面路基發生錯位后，或路面發生開裂，仍保持較強的承載能力，確保路面使用質量。

2.2.4 極強的抗沖擊性能

在混凝土中加入鋼纖維，用其材料建設的道路橋梁項目更具抗沖擊性，滿足橋梁工程實際所需。針對普通混凝土而言，路橋工程中鋼纖維混凝土路面抗沖擊性更高。路橋工程較為特殊，對抗沖擊性要求較高，為切實避免路橋遭受較大沖擊，影響正常使用，鋼纖維混凝土抗沖擊性能為普通混凝土的50～100倍。

2.2.5 降低道路厚度

應用鋼纖維混凝土施工技術在道路工程鋪設中，主要采用復合式路面鋪設形式，其中涉及雙層及三層式鋪設，可將道路厚度降低。施工人員需根據設計狀況，選取合理的鋪設方式，確保道路剛性，提升路面使用強度。

3 鋼纖維混凝土的施工控制要點

鋼纖維混凝土施工技術得到不斷推廣及應用，其使用范圍擴展，但各個工程領域存在差異，若想提升鋼纖維混凝土施工技術成效，需立足于工程項目實際情況，選取適合的施工方式，如當前最常見的澆筑、灌漿、噴射等方式，鋼纖維混凝土在不同領域具有顯著優勢。此外，還需對鋼纖維混凝土原材料進行嚴格把控，對其混凝土施工各個環節進行嚴格監督，確保鋼纖維混凝土使用成效。

3.1 選取合理的原材料

鋼纖維結構存在較大差異，所以混凝土在進行融合時，需根據鋼纖維結構進行劃分，之后選取與鋼纖維混凝土類型相匹配的施工環境及技術。路橋工程在維修施工前，需對施工現場地質條件及氣候進行全方位考量，根據實際考察結果，選取合理的鋼纖維混凝土施工方式。選取原材料時，不能將價格作為唯一指標，需根據設計要求，選取資質可靠、信譽高的供應商，在滿足施工要求的基礎上，盡可能選取成本較低的材料。

3.2 遵循鋼纖維摻入比例要求

若想切實提升鋼纖維混凝土在路橋維修中的應用成效，應對鋼纖維攪拌進程加以關注，嚴格控制鋼纖維加入比例，其摻量及混凝土比例公式為：混凝土抗折強度設計值×(1+鋼纖維長徑比×鋼纖維體積率×鋼纖維強度系數)。若在混凝土中加入鋼纖維的比例與固定值相差較大，可能會使混凝土整個結構承受載荷能力降低；若其比例比固定值小，也會使混凝土材料使用成效不佳。所以，對混凝土中摻入鋼纖維的比例需進行嚴格管控，避免與實際標準不匹配。

3.3 保證鋼纖維均勻攪拌

鋼纖維混凝土的攪拌需嚴格按照相關要求操作，根據工程項目實際所需，選取合理的攪拌設備，避免攪拌設備在進行鋼纖維攪拌時，承受負載較大，增加攪拌不均勻的風險。若攪拌設備出現超負荷工作，會降低攪拌質量，對施工進度產生影響。因此，施工人員在進行攪拌時，需進行均勻攪拌，使其與混凝土充分融合，提升混凝土應用成效。此外，為確保鋼纖維混凝土充分均勻攪拌，可在鋼纖維投放時，根據先干后濕的原則，投入各種原材料，確保鋼纖維混凝土攪拌質量[4]。

3.4 堅持連貫性原則

在混凝土澆筑進程中，需確保其連續性，才能保證應用成效。若在鋼纖維混凝土澆筑進程中出現中斷情況，可能會使混凝土及鋼纖維分離，影響鋼纖維混凝土使用成效。因此，施工人員在進行澆筑過程中，需確保其連續性，根據施工實際所需，對其澆筑進行合理控制。此外，對其進行振搗時，需采用平板振搗設備，確保振搗密實性，進一步提升混凝土承載力，同時需對鋼筋混凝土接縫高質量完成，為路橋工程各項日后養護提供便利。

3.5 確保運行過程穩定性

路橋工程維修是一項系統復雜工程，施工原材料運輸進程中若出現問題，可能會對材料使用性能造成影響，因此對材料運輸穩定性提出新的任務及要求。鋼纖維混凝土在具體運輸進程中，為確保材料自身性能不發生變更，應通過選取合理運輸方式，盡可能縮短運輸時間，而長時間運輸可能會使鋼纖維混凝土中含氣量減少，自身粘稠度降低。同時，在運輸進程中，應避免大幅度振動現象，確保鋼纖維混凝土均勻性。

3.6 做好抹光及養護工作

鋼纖維混凝土材料的質量，對路橋工程施工具有重要作用。若混凝土材料質量存在缺陷，會引發一系列安全問題。施工人員待工程完成后，對其實施抹光及壓實，若路面不平整，通過人工方式對其凹陷處進行處理，對其養護加以重視，避免產生裂縫。

4 鋼纖維混凝土施工技術在路橋維修中的具體應用

4.1 橋面鋪設環節

橋面鋪裝工作開始前，相關技術人員需對其橋板面標高，進行仔細準確地測量，且將橋板面多余混凝土及其異物清除，避免其與鋼纖維混凝土融合，對其使用性能造成影響。在施工環節，應用鋼纖維混凝土施工技術，可將橋面鋪設厚度降低，增強橋面應用剛度，使橋面受力均勻，減少裂縫產生，實現長久使用目標。

4.2 結構加固施工環節

路橋工程建設主要為交通提供便捷，促進城市經濟發展，這對路橋工程質量提出較高要求，需確保其結構穩定性，避免橋梁表面損傷、裂縫產生。在工程加固施工環節，使用鋼纖維混凝土施工技術，可增加路橋結構的穩定性，確保工程施工質量。如何通過應用鋼纖維混凝土，將其橋面裂縫予以補充，確保料面平整性。對路橋結構進行加固時，需使用合理的噴射機設備，對可能出現裂縫地方進行噴補，增強結構的穩定性及安全性[5]。

4.3 樁基礎施工環節

樁基礎為路橋工程施工核心環節，其施工質量與路橋使用質量息息相關，需將樁基礎強度及承載力加強。在具體施工進程中，樁頂及樁尖強度極易受施工質量影響，可在橋樁頂尖部分澆筑鋼纖維混凝土，提升該部位強度及承壓能力。此外，為切實提升樁基打擊速度，使用鋼纖維混凝土施工技術，可減少人力及物力耗損，對施工成本進行有效控制，提升建設單位經濟效益。

4.4 主梁施工環節

橋梁主梁為路橋施工中的核心部分，主要承擔橋面負荷，對結構強度要求較高，所以需對主梁施工加以重視。使用鋼纖維混凝土制作主梁，可將其自身特性充分發揮，增強橋梁主梁結構抗性。在傳統混凝土建筑主梁中，伴隨主梁的不斷使用，在拉力、重力等因素作用下，極易出現形變，如果采用鋼纖維混凝土，材料自身韌性高，可提升主梁抗形變能力。同時，鋼纖維混凝土材料的應用，可切實提升主梁強度，消除傳統混凝土質量缺陷。

4.5 邊坡和隧道防護施工環節

路橋工程自身具有特殊性，其建設環境復雜，在施工中需采用先進施工技術，可解決環境不良影響，提升施工質量。若路橋施工中，在邊坡地質中存在巖石裂隙現象，可先通過普通混凝土對其進行支護，之后使用鋼纖維混凝土對其噴射，實現加固目標。同時針對邊坡界面，也可應用噴射鋼纖維混凝土方式，在隧道防護層面使用鋼纖維混凝土，可以增強結構整體性能，避免隧道出現漏水現象。

5 結語

在道路橋梁建設及維修進程中，工程項目建設企業需根據實際狀況，結合施工環境，制定科學、完善的施工實施方案，對施工各個環節加以管控，確保工程建設質量可靠。通過在橋梁建設中應用鋼纖維混凝土，提升其強度、抗形變等能力，提高路橋工程項目建設質量，為人們及車輛通行提供便利。