道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術的應用分析

楊玉森

（山東匯達新型建筑材料有限公司，山東濟南250000）

0 引言

隨著我國城市化進程不斷加快，道路橋梁建設項目也越來越多，道路橋梁建設項目的質量也越來越受到重視。為提高道路橋梁的安全性與穩定性，相關產業技術人才在原有的施工技術基礎上研究出了鋼纖維混凝土技術，該技術能夠更好地保證道路橋梁的安全性，也能為道路橋梁工程的發展奠定良好的基礎。

1 鋼纖維混凝土概念

道路橋梁在投入使用后，在外部載荷的作用下，普通混凝土構件容易發生較大的變形，會為道路橋梁以后的正常運行和維修造成一定的影響，而采用鋼纖維混凝土則能很大程度上避免混凝土構件變形。鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維而形成的一種新型多相復合材料，能明顯提高混凝土的強度和延展性，進而提高道路橋梁的穩定性與安全性[1]。

一般情況下，切斷型鋼纖維、剪切型鋼纖維、銑削型鋼纖維和熔抽型鋼纖維等都可以添加到混凝土中，由于不同鋼纖維的特性存在差異，在混凝土中加入不同的鋼種，混凝土的強度和硬度也會有一定的差異。例如，切斷型鋼纖維的原材料為小直徑冷拔鋼絲，切割后將其與混凝土結合，能夠大大提高混凝土的拉伸性能。

2 鋼纖維的具體種類

目前，世界上鋼纖維的應用有四大類：切斷型鋼纖維、剪切型鋼纖維、銑削型鋼纖維和熔抽型鋼纖維。它們的特性不同，區別在于生產過程的不同。切削出來的鋼纖維具有很好的附著力，用鋼錠和更厚的鋼板制造而成，其硬度要比其他材料高得多。剪切鋼種的粗細均小于0.5mm，其生產原料為剪裁、冷軋、薄板坯，其抗拉強和黏附力均屬中等水平。切割鋼種具有很高的拉伸強度，但由于其膠接能力很低，很難與水泥配合。熔抽鋼絲具有廣泛的彈性和高拉伸性能，但是它的結合能力很差，這是由于它采用的是高溫的鋼材，以致在它的表層上有一種氧化物。

3 鋼纖維和鋼纖維混凝土性能

3.1 鋼纖維性能分析

鋼纖維自身有一定的彈性，且在實際應用中拉伸強度大，因而能夠更好地應對外部的環境，減少破裂情況的出現[2]。鋼纖維是一種高強度、高硬度、高韌性的纖維，將之與混凝土結合能改變混凝土的一些性能，提高品質，能使其更好地滿足施工需要。由于鋼纖維的生產工藝不同，所以不同鋼纖維的含碳量、凝固方式等存在較大的差異。

鋼纖維按工程需要分為四類：切斷型鋼纖維、剪切型鋼纖維、銑削型鋼纖維和熔抽型鋼纖維。切斷型鋼纖維以低碳合金為基材，其特征在于抗拉性能較好，抗拉強度可達1150～3000MP，鋼纖維混凝土的抗拉性能要比普通混凝土好很多。

然而，切斷型鋼纖維與混凝土的黏結強度較低。為提高二者的黏結性，可改變切斷型鋼纖維的形態，如對切斷型鋼纖維進行清潔，去除油脂及雜質，在材料上添加刻痕，改善其附著力，這樣就能使混凝土與切斷型鋼纖維層更好地黏結。剪切型鋼纖維是由冷軋帶鋼經剪切形成的，也有很高的抗拉強度，且與切斷型鋼纖維相比，該材料與混凝土的黏結強度要高很多。銑削型鋼纖維由鋼錠銑削工藝制作而成，抗拉強度高，韌性與分散性較好，與混凝土黏結效果較好。熔抽型鋼纖維采用熔抽法生產，該材料具有很好的彈性和拉伸性能，但表面容易發生氧化，所以與混凝土的黏合性較差。

3.2 鋼纖維混凝土性能

鋼纖維混凝土是將鋼纖維和普通混凝土混合在一起，能夠顯著提高普通混凝土的各種性能。鋼纖維混凝土具有較普通混凝土有更高的力學性能，較一般的鋼筋混凝土有更大的強度和剛度，在道路橋梁施工中有較好的使用效果。

第一，鋼纖維一般都具有較高的抗張性能，因而，將之添加在混凝土中，能有效地改善混凝土的極限拉伸和彎曲性能，使其在使用過程中不會發生開裂和變形，從而增強了道路橋梁的使用安全性。

第二，鋼纖維混凝土具有較好的抗凍融能力，北方地區冬季的氣溫較低，極易發生凍害，而應用鋼纖維混凝土可以有效提高道路橋梁的抗凍害性能。

第三，加入鋼纖維后，混凝土的彈性模量也會有顯著提高。由于外部的溫度和環境的改變，一般的混凝土在長期的使用中會發生變形和收縮，而在混凝土中加入鋼纖維，可以有效增強混凝土的韌性，進而提高其抗剪能力，從而使道路橋梁達到更好的使用效果。

4 鋼纖維混凝土的優勢

4.1 強度好

普通混凝土的硬度一般較低，在道路橋梁投入使用后，容易出現路面裂縫、橋梁斷裂等病害，而在普通的混凝土摻入亂向分布的短鋼纖維則能形成一種新型的多相復合材料，即鋼纖維混凝土[3]。鋼纖維混凝土的抗壓能力要比普通混凝土高上數倍，在同等質量的情況下，鋼纖維混凝土的變形概率要小于一般的混凝土，在實際應用中，能夠有效減少道路橋梁的裂縫和斷裂等問題，能夠有效保證民眾的出行安全。

4.2 抗裂性好

將普通的混凝土材料和少量的短鋼纖維混合在一起，就可以制成鋼纖維混凝土，且鋼纖維混凝土的質量會比鋼筋混凝土的質量輕一些，加之抗裂性較好，能夠極大程度地避免橋梁變形、路面裂縫等不良現象。當前，道路橋梁上的汽車越來越多，如果道路橋梁上的汽車超過了臨界點，道路橋梁就容易出現變形、出現裂縫，甚至造成交通事故，產生無法挽回的后果。但新型的鋼纖維混凝土結構，則能有效提高道路橋梁的荷載，能夠大大降低橋梁變形、斷裂的概率，不僅能夠為民眾的出行安全提供保障，也能有效延長道路橋梁的使用壽命。

4.3 抗沖擊性能好

由于鋼纖維混凝土中加入了短鋼纖維，因此與普通混凝土比較，其抗壓力、抵抗外界沖擊等性能能夠得到顯著提高。數據表明：在常規混凝土中摻入短鋼纖的比例為0.8%～2%時，會比未添加短鋼絲的混凝土多抗外部沖擊50～100 次，這便能極大地提高路面和橋梁的抗外部沖擊性能[4]。比如，遇到水災或者地震，道路橋梁將會承受難以想象的巨大沖擊，這種巨大的沖擊極易讓沒有鋼纖維的混凝土構件一剎那就出現斷裂，造成不可挽回的損失。但如果將鋼纖維混凝土用于道路橋梁項目中，則不僅能保證道路橋梁的質量，提高其整體抗沖擊性能，延長道路或橋梁的壽命，還能有效降低交通事故的發生概率。

4.4 彈性性能較強

在短鋼纖維的作用下，混凝土的彈性性能夠增強數倍，將之應用于道路橋梁工程，能夠有效提高道路橋梁的穩定性。

4.5 抗壓、抗彎、抗拉能力較強

在諸如地震、水災和其他外部因素的作用下，普通混凝土結構會受到不可逆的破壞，甚至導致道路橋梁不能再利用。但是，在相同條件下，鋼纖維混凝土所受到的損傷會更少，其抗壓、抗彎、拉強度比普通混凝土高1/2。

5 鋼纖維混凝土技術的應用

5.1 橋面鋪裝

將鋼纖維混凝土技術應用于橋面鋪裝層，不僅可以提高整體結構性能，降低裂縫發生的概率，而且可以充分提高路面、橋面的使用年限和使用效益。目前，已有不少建筑公司將這種技術用于道路橋梁項目的橋面鋪設。根據現場需要，做好有關的工程項目分析，加強對原材料的檢測試驗和分析，杜絕不合格產品用于施工。為確保路面、橋面的鋪裝質量，施工人員應嚴格遵守相關規定，防止在使用過程中出現鋼纖維板裸露的現象，保證路面、橋面的平整性。

5.2 橋墩及樁結構加固

在加強樁基、橋墩等工程中，能充分地體現鋼纖維混凝土技術的優點，既可以降低墩身的自重，又可以改善整個結構的力學特性，防止構件脫落。施工人員應按實際狀況進行合理的施工細節劃分，并進行適當的選型，一般采用切斷型鋼纖維或剪切型鋼纖維混凝土進行橋墩的強化，這兩種施工技術在橋梁加固和優化抗震效果等方面均有顯著效果。此外，需要格外關注樁體中鋼纖維暴露的問題，一旦出現這類問題應及時進行錘擊，以最大限度地改善樁身和樁基的平整和穩定，以有效達到加固樁體的作用。

5.3 隧道和邊坡防護

由于道路橋梁工程一般處于自然環境中，施工過程往往會受周邊環境因素的干擾，若周邊環境較差，則應在施工過程中對建筑物及周邊環境進行有效的保護，以提高路基施工的品質，提高隧道和邊坡的作用，防止山體崩塌等問題。將鋼纖維混凝土技術應用在隧洞加固施工中，能較好地解決內外應力，從而提高隧洞的整體施工水平。在實際工程中，必須提高對隧道內外部的應力的關注，精確地確定混凝土的澆筑厚度，同時要根據規程要求，適當采用鋼纖維混凝土，增強工程的穩定性[5]。

5.4 路面施工

單層施工和兩層施工是常見的兩種施工方法，這兩種技術在道路橋梁項目中得到了廣泛應用。雙層結構法在鋪筑公路橋面的時候，以常規的水泥混凝土為主，而在上層和下層鋪設鋼纖維混凝土，既能有效地減少施工費用，又能有效提高路面的穩定性，能夠減少路面裂縫的發生。

5.5 防凍和路面修復

許多道路橋梁在長時間的使用下會出現裂縫、凹陷等各種損傷，可根據病害的具體狀況進行材料的選擇，并進行維修工作。采用鋼纖維混凝土材料可以迅速修復路面、橋面凹陷、開裂等問題，進而提高路面的穩定性，還可以提高道路的抗凍性和導熱系數，從而起到一定的抗凍害作用。

6 鋼纖維混凝土技術應用注意事項

6.1 遵循連貫性原則

在鋼纖維混凝土的澆筑過程中，為了盡可能地保持持續施工，防止鋼纖維混凝土開裂，必須遵循連貫性施工原則。如振搗時一般采用板式振搗機，同時保證振搗的連續性和持續性，必須排除其中的氣泡，消除蜂窩麻面等現象，保證鋼纖維混凝土密實結合，進而提高其強度，保證混凝土澆筑質量。

6.2 原材料控制

由于鋼纖維混凝土具有更好的力學特性，能夠提高道路橋梁的承載能力和抗磨損能力，故該材料目前被廣泛應用于高架橋的建設中。在應用鋼纖維混凝土時，一定要保證原材料的質量，這樣才能更好地發揮鋼纖維混凝土的作用。第一，科學選用混凝土材料。當前，在道路橋梁施工中，最常用的混凝土材料為硅酸鹽水泥[6]。選用時，應嚴格掌握水化率，選用水化率較高的，同時，應盡可能選擇相同廠商的水泥，材料補充時盡量不更換廠商，以免不同廠商生產的混凝土材料存在差異，降低使用效果。第二，合理控制水、外加劑的比例。配制混凝土時，要對水、外加劑等材料的用量進行嚴格調控，用水量為130～180kg/m3，水灰比例為0.4～0.55。另外，可以根據實際需要采用早強劑、減水劑等添加劑，以保證混凝土質量符合規范，提高整體性能。第三，控制好鋼纖維混凝土的配合比。在鋼纖維混凝土的配制中，應根據試驗結果找出最優的鋼纖維混凝土配合比。此外，應嚴格遵循相關規范選擇鋼纖維材料，如材料彎曲強度一定要達到規定值，檢驗合格后方可投入使用。

6.3 鋼纖維混凝土澆筑

在道路橋梁上澆筑鋼纖維混凝土，必須保證澆筑的連續性，以確保澆筑質量，防止因澆筑不完全而對道路橋梁造成不良影響。另外，需要安裝鋼板振動裝置，以確保路面和橋梁之間沒有任何裂縫，然后，對路面和橋梁進行平整，使路面和橋梁的外觀更加美觀，并對裸露在路面上的鋼纖維進行機械磨平處理，從而保證澆筑環節的施工質量，延長道路橋梁的使用壽命。

6.4 鋼纖維混凝土的運送和保養

在運送鋼纖維混凝土材料至施工現場的過程中，運送車輛應盡可能保持勻速，避免車內震動、鋼纖維混凝土下沉而導致鋼纖維混凝土不均[7]。道路橋梁工程完工后，還要進行合理的維護，以有效延長其使用壽命。

7 結語

鋼纖維混凝土技術不僅是施工技術進步的產物，更是我國經濟迅速發展的結果。鋼纖維混凝土技術以其穩定性好、價格低廉等優勢在建筑行業得到了廣泛應用，將該技術應用在道路橋梁工程中，不僅可以大大延長道路橋梁的使用壽命，還能有效促進道路橋梁工程的發展。