橋梁工程中鋼纖維混凝土施工技術的應用

肖耀輝

（山西路橋集團運寶黃河大橋建設管理有限公司，山西 太原 044600）

一、鋼纖維混凝土性能概述

鋼纖維混凝土通常均勻摻有長度20mm和40mm、直徑0.3mm～0.6mm的短鋼纖維，摻加量一般控制在混凝土總體積的1%～2%，可摻鋼纖維主要包括切斷鋼纖維、切削鋼纖維、剪切鋼纖維及熔抽鋼纖維等類型。根據大量工程試驗，纖維增強效果主要受到基體強度、纖維體積率、鋼纖維長度直徑比、鋼纖維與基體黏結強度等要素影響。當鋼纖維混凝土結構被破壞，鋼纖維一般會被拉出而非折斷。因此，改善鋼纖維與混凝土基體黏結強度是增強鋼纖維性能質量的主要途徑。用鋼纖維混凝土代替普通鋼筋，并通過縮小構件截面面積、控制結構厚度、調整接縫間距等手段提升工程質量，可以縮短工期，降低成本。

作為優質的水泥復合材料，鋼纖維混凝土在影響混凝土韌性和抗裂性，提升混凝土耐久性、耐磨性及受力性能等方面具有積極作用。首先，在混凝土材料中摻加鋼纖維可顯著提升混凝土的抗裂性和韌性，當結構承受的外部荷載超出混凝土材料的設計荷載承載范圍時，混凝土和鋼纖維之間的黏結性能會將力傳遞至鋼纖維材料，使鋼纖維在混凝土結構內部產生約束力，防止結構內部產生新裂縫，并避免既有裂縫進一步發展。其次，摻加鋼纖維可顯著提升混凝土的壓縮變形能力、抗彎性、抗剪性、抗劈裂性及柔韌性等性能。此外，摻加鋼纖維可顯著提升混凝土的耐久性和抗摩性，延長混凝土結構的使用壽命。

二、工程概況

某橋梁改造工程主要包括舊橋上下部及附屬結構的拆除和新建。該橋梁全長184.16m，橋面寬55.0m，按雙向八車道高速公路標準設計，新建橋梁上部為鋼筋混凝土空心板梁，橋臺為鋼筋混凝土墻式橋臺和多柱式墩，基礎為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。在該橋梁新建過程中，橋面鋪裝和橋梁墩臺結構加固需運用鋼纖維混凝土材料。

鋼纖維混凝土材料的應用，既能提升橋面耐久性、抗裂性和運行的舒適性，又能顯著提升橋梁的抗折強度、剛度，控制鋪裝層厚度，降低結構自重，優化橋梁受力狀況，也是橋梁結構向大跨度、輕型化等方向發展的必經之路。同時，可以改善橋梁結構性能、優化外觀造型、減小上部結構用料和下部墩臺數量，并有效降低工程造價。

該橋梁工程采用轉子Ⅱ型噴射機完成鋼纖維混凝土噴射施工，以應對橋梁墩臺及橋面表層剝落、裂縫等病害，滿足橋梁結構抗震性和整體性的要求。具體而言，應先將病害位置舊混凝土表面鑿毛處理，按設計要求量噴涂鋼纖維混凝土，保證加固結構具有牢固性、密實性和早期抗裂性。

三、鋼纖維混凝土配合比設計

該橋梁工程鋼纖維混凝土以摻合料、外加劑、鋼纖維、砂卵礫石、水泥等為主要配料，并使用P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，粒徑6mm～26mm且含泥量在1%以內的卵礫石，含泥量在3%以內的中砂，抗壓強度800N/m2～1000N/m2的泵送劑，直徑0.9mm且長度60mm的鋼纖維，Ⅰ級粉煤灰摻合料。為保證鋼纖維混凝土性能質量，其類型必須與基材強度相適應，抗拉強度不能小于500MPa，最佳摻量應控制在0.5%～1.2%，且鋼纖維長度不能過長，直徑應控制在0.5mm～0.7mm，長徑比控制在50～80。此外，還應保證鋼纖維無雜質、無銹蝕、無油污，并適量摻加減水劑和外加劑。拌制鋼纖維混凝土時，砂率不應小于同標號混凝土，主骨料直徑控制在10mm～20mm，以確保鋼纖維和基體材料牢固結合。

根據相關規范和工程實踐經驗，材料配比與工程設計強度、施工配置強度系數等要素存在較大關系。通過綜合分析以上參數，確定該橋梁施工材料的抗折強度和抗壓強度，并根據所得鋼纖維混凝土抗折強度計算其水灰比及材料試配比率。該橋梁工程鋼纖維混凝土配合比如表1所示。

表1 鋼纖維混凝土配合比

四、橋梁鋼纖維混凝土施工技術要點

鋼纖維混凝土施工包括澆筑、噴射、灌漿等方法，為保證施工質量，除滿足普通混凝土施工要求外，還應加強鋼纖維施工過程控制，保證鋼纖維均勻分布于基體中。該橋梁工程中的鋼纖維混凝土施工技術要點包括以下幾方面。

（一）施工機械的選用

鋼纖維打散采用的分散裝置如圖1所示，由一級和二級打散系統等部分構成，可保證鋼纖維材料充分分散，避免結團，克服人工打散方式工效低、效果差等問題，確保將鋼纖維材料均勻分布在混凝土混合料中，保證混合料性能質量。

圖1 鋼纖維打散裝置

鋼纖維混凝土攪拌機使用強制式攪拌機，對于鋼纖維摻量較大及塌落度較小的情況，為避免攪拌機超負荷運轉，應適當降低攪拌機利用率。

（二）投料次序及投料時間

根據鋼纖維混凝土制備要求，其原材料主要包括水泥、粉煤灰、礦粉等膠凝材料，以及水、砂石、外加劑和鋼纖維等其他材料，根據混合料配合比不同所需的拌制工藝也不相同。對應的投料次序主要包括三種：按照順序將膠凝材料、水、砂石、外加劑和鋼纖維材投入鋼纖維分散裝置攪拌，拌和時間3min，攪拌后發現鋼纖維存在明顯的扎堆現象，且鋼纖維和其余原材料未均勻分散；投砂石和鋼纖維，再投水、外加劑和膠凝材料，并分別攪拌1min～2min后發現，鋼纖維和膠凝材料、骨料的分散效果雖優于第一種方式，但仍存在少部分鋼纖維團聚現象；投加砂石和鋼纖維，再投加膠凝材料，最后投加水和外加劑，并分3次攪拌，結果顯示鋼纖維及其與組分分散結果較好。因此，該橋梁工程原材料投料次序選擇第三種。

在確定該橋梁鋼纖維混凝土投料次序后，還應進一步分析投料時間。因全部原材料分3次投放，為節省拌和時間，保證原材料尤其是鋼纖維在混凝土中均勻分散，必須合理控制拌和時間，即先投加砂石和鋼纖維拌和1.5min，再投加膠凝材料拌和1.0min，最后投加水和外加劑拌和3.0min，生成的鋼纖維混凝土分散性較好。

（三）澆筑和振搗

澆筑鋼纖維混凝土時應注重連續性，并避免形成明顯的澆筑接頭，每次倒料時應與前次料重疊15cm～20cm，確保鋼纖維混凝土整體結構的連續性。采用插入式振動棒振搗鋼纖維混凝土會導致混合料中的鋼纖維向振動棒方向集聚，為避免集聚現象發生，維護鋼纖維均勻分布狀態，該工程主要使用平板振動器振搗，抹平處理振搗完成后的混凝土表面，并將外露的鋼纖維壓入混凝土結構內部。

（四）成型及接縫施工

鋼纖維混凝土粗骨料較細、砂率大，且纖維分布較亂，因此鋼纖維混凝土路面必須通過真空吸水工藝成型施工，并以機械抹平方式輔助，避免鋼纖維接頭外露。該工程橋面鋪裝及橋梁墩臺結構加固施工過程中主要采用壓紋機壓紋，防止拉毛及鋼纖維外露。

鋼纖維混凝土具備較好的抗裂性和抗收縮性，故應封閉交通施工，通過混凝土攤鋪機全幅施工，不設縱縫。鋼纖維混凝土澆筑后需養生至設計強度的50%后切鋸縮縫。

五、結語

鋼纖維混凝土復合材料當前已在路橋工程中廣泛應用，鋼纖維混凝土材料自身所具有的抗拉強度、抗沖擊性能和抗裂性能較為優越，并能根據工程需要調整優化鋼纖維摻量和混合料性能，應用后能顯著提升橋梁結構使用性能。隨著鋼纖維生產技術的不斷進步，相關理論研究的不斷推進，鋼纖維混凝土在路橋及建筑工程中的應用將進一步拓寬，充分發揮其經濟效益和社會效益。