淺析路橋施工中鋼纖維混凝土的施工技術

辛永臣 辛順德

（山東高速暢通路橋工程有限公司，山東 濰坊 261506）

0 引言

路橋工程建設是我國基礎設施建設中的關鍵內容，關系到我國社會經濟的穩定發展。提高路橋工程施工技術水平，延長道路橋梁的使用壽命，是路橋工程建設施工的重要目標。隨著現代科學技術的發展，復合型材料在工程建設中的應用越來越廣泛，鋼纖維混凝土就是一種質量較高的復合型材料。在路橋工程施工中，鋼纖維混凝土施工技術的應用，有效解決了普通混凝土施工中存在的裂縫等質量問題，使路橋結構安全穩定，延長路橋使用壽命。將鋼纖維混凝土施工技術應用于路橋施工中，對于提高路橋工程建設水平具有重要意義[1]。

1 路橋施工中鋼纖維混凝土施工技術應用優勢

鋼纖維混凝土就是在普通混凝土表面上均勻鋪設一定數量的鋼纖維，從而形成新的復合型材料，優化混凝土材料性能。其中，鋼纖維通常是長徑比在40～80的纖維，按照不同的制成方法，可以分成切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維、熔抽鋼纖維4種。將鋼纖維和混凝土結合，能夠有效解決由于外力作用導致的基體裂縫及擴展問題，二者共同作用承擔外力[2]。當鋼纖維混凝土受到外力沖擊時，基料如果發生開裂，還可以以混凝土中橫跨裂縫的鋼纖維作為受力主體，有效抵抗外力的沖擊，從而大幅提升材料的性能。同時，鋼纖維混凝土的復合結構體不僅具有較強的抗沖擊力、抗裂等性能，還有效地提升了材料的抗疲勞、抗變形以及使用中的抗磨、抗凍等各方面性能[3]。普通混凝土和鋼纖維混凝土力學性能比較見表1。

表1 普通混凝土和鋼纖維混凝土力學性能比較

2 項目概況

該工程為某高速公路橋梁施工建設項目。該高速公路全長26.45km，雙向四車道，道路寬度為25.5m，設計速度80km/h。該高速公路由于地形地勢影響，全程共需要建設大小橋梁共13座。為提高高速公路橋梁建設質量，在橋面鋪裝層應用鋼筋混凝土施工工藝，提高橋梁工程施工質量。

3 鋼纖維混凝土施工技術具體應用

在該工程中，根據工程實際要求，同時綜合考慮工程施工工期進度要求，最終確定采用澆筑式鋼纖維混凝土施工。

3.1 施工流程

該工程鋼纖維混凝土施工中，主要施工流程為施工準備→鋪設鋼筋網→安裝鋼模板→鋼纖維混凝土制備→投料攪拌→材料運輸→澆筑振搗→施工抹平→刻槽→切縫處理→后期養護。施工流程如圖1所示。

圖1 鋼纖維混凝土施工流程

3.2 具體施工過程

3.2.1 施工準備階段

根據施工現場實際情況確定鋼纖維混凝土設備安裝場地，并做好設備的調試工作，確保鋼纖維混凝土材料應用中的性能狀態良好。鋼纖維混凝土施工技術要求制定完善的施工規范，并嚴格按照施工規范確保鋼纖維材料性能良好，保證澆筑施工的連續性、材料運輸的穩定性等各個方面，避免出現問題而影響施工質量。根據設計要求，確定符合工程實際情況的混凝土鋪筑方式[4]。

3.2.2 鋼筋網鋪設

根據工程設計要求，確定鋼筋定位并做好標記，在鋼筋交匯處，按照相應的設計間距進行打孔，間距設計要求在20 cm，并將短鋼筋嵌入孔內，注意短鋼筋長度應滿足設計要求，且上支部分長度應當在鋼纖維混凝土橋面鋪裝層設計標高之下。確定鋼筋位置之后，進行鋼筋鋪設，鋼筋選擇直徑為12 cm和8 cm的補強鋼筋，對鋪設完成的鋼筋進行綁扎。在支架鋼筋部位，在綁扎過程中先對固定鋼筋網進行綁扎，且需要注意該部位與橋面間距應當與設計厚度要求相一致[5]。

3.2.3 安裝鋼模板

鋼筋網鋪設完成后，則預先將鋼模板支立，當模板水平位置和標高達到設計位置與標高之后，檢查其支架是否牢固，并確保鋼架接頭的平順。同時，為避免鋼模板與梁頂連接處發生漏漿的情況，還需要提前在模板內壁上噴涂隔離劑，注意均勻。

3.2.4 鋼纖維混凝土制備

首先，確定鋼纖維混凝土材料。1）確定鋼纖維材料。根據工程實際，在該工程鋼纖維混凝土施工中，要求鋼纖維抗拉強度在1 000 MPa以上，鋼纖維選擇直徑為0.5 mm，密度為6.8 g/cm3，長徑比為60的剪切鋼纖維。同時，注意鋼纖維表面無銹、無油，滿足《公路水泥混凝土纖維材料》等相關規范標準的技術要求。2）確定水泥材料。在該工程中，選用水泥要求符合《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG E30-2005）檢驗標準，其各項性能指標見表2。3）粗集料。該工程選用碎石為粗集料，主要有粒級為4.8mm～9.5mm、9.5 mm～19 mm 2種碎石。其中，4.8mm～9.5mm粒級碎石振實密度為1 560 kg/m3，表觀密度為2.71 g/cm3，針片狀含量為4.5%，含泥量為0.2%，空隙率為42.5%，壓碎值為10.3%；9.5 mm～19 mm粒級碎石振實密度為1 602 kg/m3，表觀密度為2.71 g/cm3，針片狀含量為8.5%，含泥量為0.4%，空隙率為41.1%，壓碎值為10.3%。摻配比為4.8 mm～9.5 mm粒級碎石占比40%，9.5mm～19mm碎石占比60%。4）細集料。該工程細集料選用中粗砂，性能指標為堆積密度為1440kg/m3，表觀密度為2.66g/cm3，含泥量2.3%，泥塊含量0.9%，空隙率46.0%。

表2 水泥材料性能指標

其次，確定鋼纖維混凝土材料的配合比。按照該工程強度和耐久性需求，設計彎拉強度frf為5.5 MPa，28d彎拉強度fef則按照以下公式（1）計算，為6.6 MPa。

式中：fef為28d彎拉強度均值；frf為設計彎拉強度值；s為彎拉強度試驗樣本標準差；t為保證率系數；Cv為彎拉強度變異系數。

上述參數值均根據《公路水泥混凝土路面施工技術規范》確定。

設計抗壓強度fcu大于40 MPa，抗壓試配強度按照公式（2）計算，49.9 MPa。式中：fcu為28d抗壓強度均值；f為設計抗壓強度標準值；Z為保證率系數（Z取1.645）；б為抗壓強度標準差（б取6 MPa）。

最終確定該工程施工中，鋼纖維混凝土材料的配合比為鋼纖維∶水泥∶水∶砂:碎石=0.21∶1∶0.4∶0.01∶2.77。

3.2.5 投料攪拌

鋼纖維投料前，需要將其充分攪散，確保在投料時的均勻度。因此，在鋼纖維投入攪拌機與混凝土材料拌合前，要先用分散機將鋼纖維分散，分散機功率為0.75kW～1.0kW，分散力度為30 kg/min～60 kg/min。鋼纖維均勻分散后，注意不能全部一次性投入混凝土攪拌機中，而需要分批次投入，從而避免鋼纖維發生結團的問題。在鋼纖維混凝土攪拌中，采用強制式攪拌機攪拌之外，還可以通過雙錐翻轉出料攪拌機進行攪拌。攪拌過程中，還需要注意在攪拌機內預留出一定的攪拌空間，避免超出設備運作負荷。嚴格按照相應的順序，將鋼纖維、砂、水泥、石子等材料投入攪拌機內，通常要求按照先干后濕的順序進行投放，材料投放順序如圖2所示。在混合料全部投放到攪拌機中后，先進行1 min以上的干拌，然后進行加水和外加劑進行攪拌，攪拌時間為2 min以上，總拌和時間不應當超過5 min。

圖2 鋼纖維混凝土投料順序

3.2.6 材料運輸

在鋼纖維混凝土材料攪拌完成后，為避免材料出現離析的情況，該工程選擇采用自卸式泵車進行材料運輸，縮短運輸時間。在運輸過程中，注意避免鋼纖維混凝土塌落度較小或發生振動等情況造成的鋼纖維沉底問題。同時，由于在鋼纖維混凝土攪拌中加入了減水劑等外加劑，因此在材料運輸前需要先做好施工面攤鋪平整的準備工作，嚴格按照施工工序合理規劃混凝土鋪筑區域，避免材料在施工過程中等待較長的時間，出現混凝土離析現象[6]。

3.2.7 澆筑振搗

在澆筑振搗施工中，首先要做好澆筑施工準備：1）在混凝土鋪筑前3 h～4 h，對橋面進行持續性灑水，使其保持濕潤狀態，施工前1h左右停止灑水，檢查平整鋪筑橋面，做好準備工作。2）澆筑施工前對機械設備進行檢查，確保對鋼纖維混凝土進行連續澆筑，避免出現較為明顯的澆筑接頭，確保澆筑單元具有連續性。其次，材料攤鋪施工前需要先對其進行充分振搗，保證混凝土材料均勻分布，攤鋪系數保持在1.2～1.3。同時，在振搗時要注意振搗器的選擇，插入式振搗器容易造成鋼纖維混凝土中的鋼纖維材料發生集束，從而影響鋼纖維均勻合理的分布。因此，對鋼纖維混凝土振搗要求采用平板式振搗器，同時注意不要過度振搗。最后，在進行材料振搗過程中，還需要注意邊角部位的振搗效果，確保其混凝土材料振搗密室。對于邊角部位，鋼纖維的排列應當以縱向條狀的集束式排列為主，從而有效增強其抗收縮性能，使鋼纖維能夠承擔溫度應力和荷載力傳遞，提高板體強度。

3.2.8 施工抹平

在鋼纖維混凝土澆筑振搗完成后，需要對振搗面進行施工抹平，將露出的鋼纖維壓進混凝土當中，避免鋼纖維銹蝕或對人員造成傷害。在施工抹平中，可以采用機械抹平，確保混凝土表面的平整。在拆模后，如果發生存在鋼纖維露出的情況，也需要及時進行抹平處理，一是保證施工效果，二是提高施工安全。

3.2.9 刻槽

在鋼纖維混凝土施工完成后，為提高其結構表面的抗滑性能，該工程采取了刻槽施工處理。具體施工時要根據工程實際要求及設計規范，確定刻槽的間距以及槽寬度、深度等。其中，槽間距約為25 mm、槽寬度不超過4mm、槽深度約為5 mm。同時，綜合考慮橋梁鋪面鋼纖維混凝土結構的使用壽命，以及高速公路設計時速下的行車舒適度，確定刻槽表面積比應當在12%～15%。

3.2.10 切縫處理與后期養護

相較于普通的混凝土，鋼纖維混凝土性能優良，抗裂和抗壓能力都非常高。因此，在實際施工條件允許的基礎上，高速公路橋梁鋪面鋼纖維混凝土施工可以采用整幅施工的方式，不設置縱縫，等到施工完成，鋼纖維混凝土實際強度達到設計要求的50%以上，再進行縮縫切鋸[7]。在該工程施工中，由于交通通行量較大，通行需求較高，不能完全封閉交通。因此，在鋼纖維混凝土橋面鋪裝中，該工程根據設計要求與工程實際情況進行切縫處理。從橋墩的墩頂開展，每間隔30 m進行橫向縮縫的切鋸，并與兩邊的防撞欄縮縫保持齊平的狀態。同時，在切縫處理中，注意根據鋼纖維混凝土初凝時間合理控制切縫時間。切縫的深度范圍在2 cm～3 cm，切縫處理完成后，做好灌縫處理。注意后期鋼纖維混凝土養護施工，在混凝土終凝后，對混凝土面進行灑水養護，并覆蓋一層麻袋進行保濕，10d～15d之后對鋼纖維混凝土結構強度進行測試，測試結果與設計要求相符[8]。

3.3 施工效果

該工程施工完成后，對鋼纖維混凝土橋面鋪裝工程施工效果進行檢測，橋面強度、承載力、抗彎折、抗磨損、防滲等性能相較于普通混凝土橋面鋪裝施工性能均顯著提升。同時，鋼纖維混凝土的鋪裝層厚度為10 cm，比普通混凝土鋪裝層厚度減少2.5 cm～5.5 cm。整體施工效果良好，相較于普通混凝土施工優勢顯著。

4 結語

鋼纖維混凝土作為一種復合型材料，最大化地利用鋼纖維材料提升了混凝土物理力學性能，在道路橋梁工程施工中具有顯著優勢。該工程施工中，通過運用鋼纖維混凝土施工技術進行高速公路橋面鋪裝施工，提高了橋面鋪裝層強度性能，同時縮減了鋪裝層厚度，施工效果良好。由此可見，鋼纖維混凝土施工技術在路橋施工中具有較高的應用價值。因此，在未來路橋工程施工中，應當加強對鋼纖維混凝土施工技術的應用，通過不斷深入技術研究，加大實踐檢驗力度，完善施工流程，提高施工質量管理等措施，進一步促進鋼纖維混凝土在路橋施工中的應用發展。