道路橋梁施工中鋼纖維混凝土施工技術(shù)

李棟臣

（山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262500）

1 鋼纖維混凝土特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼纖維混凝土材料中添加了鋼纖維，這種復(fù)合材料能充分發(fā)揮鋼材的延展性作用，實(shí)現(xiàn)道路橋梁整體抗裂性能和抗外界沖擊能力的優(yōu)化，從而提高工程整體質(zhì)量、延長(zhǎng)使用周期。鋼纖維混凝土的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1.1 強(qiáng)度較高

混凝土強(qiáng)度低、延展性差是導(dǎo)致道路橋梁裂縫病害的主要原因。隨著道路橋梁工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大、結(jié)構(gòu)功能不斷提高，很多道路橋梁對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能的要求也越來(lái)越高。鋼纖維混凝土無(wú)論在強(qiáng)度還是延展性上都優(yōu)于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)。鋼纖維混凝土作為混合材料，主要由短鋼纖維和混凝土材料組成。鋼纖維混凝土比傳統(tǒng)混凝土的抗變形能力更強(qiáng)，在同等荷載作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的情況更小。通過(guò)對(duì)鋼纖維混凝土在道路橋梁中的應(yīng)用分析，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)形式能從很大程度上降低結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題。

1.2 良好的抗裂性

將一定數(shù)量的短鋼纖維材料添加到普通混凝土材料中，可提高鋼纖維混凝土材料的質(zhì)量，并控制道路橋梁裂縫、變形等問(wèn)題。現(xiàn)在車輛通行的數(shù)量和荷載都有所增加，如果道路橋梁出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫，很容易引發(fā)交通安全事故，縮短工程的使用壽命，造成工程整體穩(wěn)定性不足。通過(guò)合理使用鋼纖維混凝土，可改善結(jié)構(gòu)性能，充分發(fā)揮其裂縫控制價(jià)值，提高工程整體質(zhì)量和安全水平。

1.3 抗外界沖擊能力強(qiáng)

相比于傳統(tǒng)混凝土，鋼纖維混凝土的抗沖擊和抗壓能力更強(qiáng)，短鋼纖維含量為2%的鋼纖維混凝土的抗沖擊能力提高了大約50倍，顯著提高了道路橋梁整體結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力，一旦遇到地震、洪水等自然災(zāi)害，可充分發(fā)揮作用，避免道路橋梁發(fā)生變形、坍塌等嚴(yán)重事故。

2 鋼纖維混凝土的應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

某高速公路橋梁共有4條車道，全長(zhǎng)大約100km，按照100km/h的速度設(shè)計(jì)，以及至少5.5MPa的抗拉強(qiáng)度、不低于40MPa的抗壓強(qiáng)度建設(shè)該項(xiàng)目。為提高路橋整體性能，決定部分路段采用鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2 鋼纖維混凝土配合比設(shè)計(jì)

結(jié)合鋼纖維使用要求配置鋼纖維混凝土材料。

2.2.1 鋼纖維材料的選擇

對(duì)各種鋼纖維性能進(jìn)行綜合對(duì)比，該工程最終選擇的是規(guī)格為0.5mm（長(zhǎng)）×0.5mm（寬）×25mm（高）的剪切異形直紋鋼纖維，材料密度為6.8g/cm3，指紋形狀，經(jīng)過(guò)檢測(cè)確定鋼纖維達(dá)到600MPa的抗拉強(qiáng)度要求。

2.2.2 水泥材料的選擇

作為鋼纖維混凝土中的膠結(jié)材料，水泥的選擇十分重要，不僅要保證水泥的膠結(jié)能力，而且要降低水化熱。該工程最終選擇的是P·O42.5R硅酸鹽水泥。

2.2.3 粗集料的選擇

鋼纖維混凝土的骨架材料為粗集料，該工程選用碎石為粗集料。通過(guò)試驗(yàn)選擇在鋼纖維長(zhǎng)度2/3以內(nèi)粒徑的碎石。該工程選用25mm長(zhǎng)度的鋼纖維，故按照5～20mm的粒徑范圍篩選粗集料。該工程按照如下配比進(jìn)行碎石配置：60%的粗集料粒徑在9.5～19mm范圍，40%的粗集料粒徑在2.36～4.75mm 范圍。

2.2.4 細(xì)集料的選擇

按照施工質(zhì)量要求，該工程可使用天然砂、機(jī)制砂或混合砂作為細(xì)集料。混凝土和易性受到細(xì)集料的細(xì)度系數(shù)影響，在拌制混凝土過(guò)程中，粗砂過(guò)多會(huì)導(dǎo)致離析問(wèn)題，而水量會(huì)隨著細(xì)砂用量的增多而增加，經(jīng)過(guò)均衡和細(xì)致地計(jì)算，該工程選擇的是2.5細(xì)度的中粗砂。

2.2.5 配合比控制

確定各種原材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，要做好混合料的配置，明確各種組分用量的控制，確保鋼纖維混凝土充分發(fā)揮優(yōu)越性能。該項(xiàng)目鋼纖維混凝土配置中各項(xiàng)指標(biāo)之間的關(guān)系如圖1、圖2所示。通過(guò)圖1、圖2可知，鋼纖維混凝土強(qiáng)度會(huì)隨著坍落度的增加而降低，通過(guò)平衡按照0.43控制水灰比，此時(shí)無(wú)論是坍落度還是抗壓強(qiáng)度都能達(dá)到鋼纖維混凝土的最佳狀態(tài)。

圖1 不同水灰比與混凝土坍落度關(guān)系曲線

圖2 不同水灰比與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線

圖3、圖4為鋼纖維混凝土坍落度、抗壓強(qiáng)度與鋼纖維體積率之間的關(guān)系。通過(guò)折線圖可知，混凝土坍落度會(huì)隨著鋼纖維體積率增加而降低，鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度在鋼纖維體積率為1.0%時(shí)達(dá)到峰值。設(shè)計(jì)時(shí)，在平衡混凝土指標(biāo)、綜合成本后最終確定鋼纖維體積率為1.0%。

圖3 不同鋼纖維體積率與混凝土坍落度關(guān)系曲線

圖4 不同鋼纖維體積率與混凝土抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線

2.3 鋼纖維混凝土施工要點(diǎn)

2.3.1 布料和攤鋪

在混凝土面板中適量摻加鋼纖維或直接攤鋪鋼纖維混凝土混合物，可有效解決材料結(jié)團(tuán)問(wèn)題。鋼纖維混凝土材料攪拌時(shí)一般用分散劑進(jìn)行投料。在試鋪階段，攤鋪工作應(yīng)充分考慮鋼纖維混凝土坍落度要求。鋼纖維混凝土由于添加了鋼纖維材料，會(huì)導(dǎo)致坍落度有一定的損失。

2.3.2 振搗和整平

攤鋪鋼纖維混凝土后應(yīng)及時(shí)采取振搗措施。該工程采用的是插入式振搗棒，面層采用大功率平板振動(dòng)器振搗，使用刮板進(jìn)行收面高程控制。由于鋼纖維混凝土缺乏足夠的流動(dòng)性，為保證工程結(jié)構(gòu)整體施工效果，要重點(diǎn)對(duì)邊角部位進(jìn)行振搗，避免產(chǎn)生蜂窩病害。在振搗過(guò)程中，混凝土不再下沉則表示振搗結(jié)束。振搗人員操作振搗棒應(yīng)堅(jiān)持快插慢拔的原則，控制好振搗間距、時(shí)間等要素，避免發(fā)生過(guò)振、漏振等問(wèn)題。振搗時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)鋼纖維外露，應(yīng)及時(shí)壓下鋼纖維和石子，確保鋼纖維在結(jié)構(gòu)10～30mm深度，以免后期行車階段影響車輛安全通行。

2.3.3 嚴(yán)格控制施工速度

避免澆筑過(guò)慢導(dǎo)致鋼纖維混凝土發(fā)生凝結(jié)而影響結(jié)構(gòu)完整性。如果遇到材料供給不足、設(shè)備故障等問(wèn)題，可以噴霧處理延緩鋼纖維混凝土凝固速度，降低表面水分蒸發(fā)的速度，嚴(yán)禁隨意增加拌和水量。

2.3.4 橋墩和樁基結(jié)構(gòu)加固

鋼纖維混凝土不僅能減輕橋墩和樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體重量，而且能優(yōu)化橋墩整體性能，有效解決結(jié)構(gòu)脫落等問(wèn)題。剪切鋼纖維和削切鋼纖維材料都是橋墩施工常用的鋼纖維材料，可以起到優(yōu)化橋墩牢固性、提高抗震效果的作用。在樁基礎(chǔ)施工中，施工人員如果發(fā)現(xiàn)存在外露的鋼纖維，可及時(shí)捶打，將其壓入樁基內(nèi)部，提高橋墩和樁基礎(chǔ)表面的平整度、穩(wěn)定性，強(qiáng)化其應(yīng)用效果。

2.4 鋼纖維施工技術(shù)管理

精細(xì)化管理模式的應(yīng)用可以提高施工效率和施工質(zhì)量，有助于提高企業(yè)市場(chǎng)發(fā)展的創(chuàng)新能力。施工企業(yè)員工尤其是管理層首先應(yīng)充分認(rèn)識(shí)精細(xì)化管理模式的價(jià)值、應(yīng)用意義、應(yīng)用方式，然后結(jié)合路基路面施工項(xiàng)目采取精細(xì)化管理方式，編制并落實(shí)精細(xì)化管理體系。管理體系中應(yīng)包括如下內(nèi)容：

（1）細(xì)致地編寫整體項(xiàng)目各大環(huán)節(jié)內(nèi)容，同時(shí)利用信息化技術(shù)加強(qiáng)相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、監(jiān)測(cè)和整理。

（2）借助信息技術(shù)分析相關(guān)信息，如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，及時(shí)確認(rèn)施工方案中的安全隱患問(wèn)題并采取預(yù)防措施，以此為基礎(chǔ)編制管理方案。

（3）通過(guò)管理程序提高管理水平。此外，以國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)和行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)為基礎(chǔ)完善項(xiàng)目管理內(nèi)容，提高建筑工程管理質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)全面、精細(xì)化管理。

3 工程效益

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

該工程使用的鋼纖維混凝土大約是傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)1/2的厚度，同時(shí)在碎石、水泥等原材料節(jié)約方面效果顯著，經(jīng)過(guò)分析，鋼纖維混凝土的單價(jià)是普通混凝土的80%，同時(shí)路面的整體性能得到了提高，不僅可以節(jié)省后期維修養(yǎng)護(hù)成本，還能延長(zhǎng)工程使用周期，最終提高工程經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 社會(huì)效益

工程運(yùn)行一年后，檢查路面未出現(xiàn)干縮、裂縫等問(wèn)題，路面出現(xiàn)磨損。可見(jiàn)，相比于普通混凝土路面，鋼纖維混凝土路面的社會(huì)效益更高。

總之，鋼纖維混凝土路面的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都比較明顯，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼纖維混凝土材料與普通混凝土材料相比，能實(shí)現(xiàn)道路橋梁整體性能優(yōu)化。鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗裂性強(qiáng)、抗沖擊能力強(qiáng)。在道路橋梁工程中應(yīng)用鋼纖維混凝土材料，有利于提高建設(shè)項(xiàng)目的綜合效益，為居民提供更加舒適、安全、可靠的交通基礎(chǔ)條件。