道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術應用探討核心思路

文／黃可 浙江交工國際工程有限公司 浙江杭州 310000

引言：

作為我國公共基礎設施建設的重要內容，道路橋梁工程建設不僅關系著人們的出行效率和安全，而且對于區域聯系和經濟發展具有深刻影響?，F階段，混凝土結構在道路橋梁工程中的應用極為廣泛，這與混凝土材料自身優越的剛度、強度性能有較大關系，使用混凝土結構能有效保證道路橋梁的穩定性、耐久性和安全性。但是結合工程實際可知，混凝土材料在澆筑施工階段存在一定的水化熱反應現象，這會造成混凝土材料本身的熱脹冷縮，同時受施工環境等因素的影響，混凝土道路橋梁在施工中還容易出現裂縫問題?；诟哔|量、高標準的路橋工程建設需要，鋼纖維混凝土作為一種優質的復合型材料在路橋工程建設中得到了廣泛應用，其有效彌補了常規混凝土特性的不足，提升了道路橋梁工程施工的整體質量。

1、鋼纖維混凝土性能分析

1.1 鋼纖維性能

鋼纖維是工程項目建設中較為常用的一種纖維材料，此類材料的制作方式多樣，除斷細鋼絲法、冷軋帶鋼剪切等方式外，鋼錠銑削也是較為常見制作方式。基于制作方式的差異，可將鋼纖維材料分為不同類型，常見類型不僅包含切斷鋼纖維、剪切鋼纖維，而且涉及切削鋼纖維和熔抽鋼纖維（見圖1），這些鋼纖維材料的長徑比多處于40～80。路橋工程項目建設中，切斷鋼纖維和剪斷鋼纖維是較為常見的兩種鋼纖維材料應用形態，其中切斷鋼纖維材料具有抗拉強度突出的特點，但其在施工中很難與水泥砂漿結合在一起，整體的粘結性較差，故而在項目初期階段，就必須完成切斷鋼纖維表面的變形處理，這樣能在改變鋼纖維外觀結構的基礎上，改善鋼纖維的力學性能，繼而實現切斷鋼纖維與水泥砂漿的高效結合，提升鋼纖維混凝土的整體性能。通過剪切冷軋薄板的方式可獲得剪斷鋼纖維，道路橋梁項目施工中，剪斷鋼纖維材料的厚度約為0.2～0.5mm，寬度約為0.25～0.9mm，材料抗拉強度為450～800MPa，與水泥砂漿的粘結性能突出，能有效提升原有混凝土結構的抗裂性能，滿足工程項目建設的實際需要。

圖1 鋼纖維材料

1.2 鋼纖維混凝土性能

道路橋梁施工中，科學使用鋼纖維混凝土材料能有效限制外力作用下基體結構中的裂縫擴展，確保路橋工程的整體性、穩定性和安全性。在鋼纖維混凝土道路橋梁中，水泥基料與鋼纖維共同發揮著承擔外力的作用；即在整個受力過程中，若混凝土集料出現開裂問題，則鋼纖維材料會通過材料自身的拉力提升材料整體的抗裂性能，該過程中，橫跨裂縫的鋼纖維材料是結構外力的主要承受者。對比傳統的混凝土材料，鋼纖維混凝土抗拉極限強度較高，而且其還具有較強的抗壓能力、抗彎性能；憑借著良好的材料性能優勢，鋼纖維混凝土材料在道路橋梁工程建設中的應用不斷深入。結合工程實際可知，將鋼纖維材料加入到混凝土材料后，則原先混凝土材料的軸抗拉極限強度會提升40%～50%，同時材料的抗彎極限強度也會提升50%～150%。此外鋼纖維混凝土材料還能有效提升道路橋梁結構整體的抗沖擊性能，有效地避免了道路橋梁早期裂縫變形、疲勞損壞等問題的發生。

2、基于道路橋梁施工的鋼纖維混凝土技術要求

現代工程建設模式下，憑借著良好的性能優勢，鋼纖維混凝土在公路橋梁工程項目建設中的應用逐漸廣泛；出于提升道路橋梁施工質量考慮，在鋼纖維混凝土施工中，還應制定較為嚴格的技術標準規范，提升項目施工的指導性。鋼纖維混凝土材料對于工程項目整體的施工質量具有較大影響，在項目施工初期階段，需嚴格按照工程建設規范控制鋼纖維混凝土材料的配置和使用。

在鋼纖維混凝土材料配置階段：（1）針對水泥原材料的選擇，需按照高強度、抗磨損、抗寒耐凍的標準和要求控制材料質量；同時材料混合用水選擇中，需使用飲用水配置材料，用水標準需控制在130～180kg/m。（2）施工人員內需按照0.4-0.55的水灰比要求進行材料配置，保證鋼纖維材料強度與密實度滿足應用要求。此外構件抗折強度是鋼纖維混凝土材料配比設計中需要考慮的重要因素，基于這一應因素，應規范化地進行水泥標號、水灰比值設計，同時需合理控制鋼纖維長徑比值，確保配制材料、制作構件滿足項目質量控制標準。

在鋼纖維混凝土材料使用階段，考慮到材料自身凝結速度快、硬化時間短的特征，要求施工人員最大限度地加快項目施工進度，避免材料過早凝結。譬如，在部分工程項目建設中，有的鋼纖維混凝土材料會出現拌和料水分蒸發過快、材料凝結干澀的問題，對此應采用噴霧加水的方式延緩水分蒸發，避免肝纖維混凝土材料過早凝結。鋼纖維混凝土路橋工程建設中，還需要嚴格控制施工技術應用，滿足項目高質量、高標準的建設要求。如在細抗滑溝施工階段，需規范使用硬刻槽方式開展施工，嚴禁在細抗滑溝施工中使用粗制麻袋、掃帚及刷子。在鋼纖維混凝土路面板施工階段，應控制路面板的長度保持在6～10m，最大面板的規格尺寸保持在8m×12m。另外若項目中鋼纖維摻量較大，則尺寸需要使用大值，而當鋼纖維摻量很小時，應對應將其尺寸控制在小值范圍。

3、鋼纖維混凝土在道路橋梁施工中的應用

3.1 道路工程應用

相比傳統的混凝土道路，使用鋼纖維混凝土材料后，道路整體的穩定性得到了極大提升，同時隨著混凝土開裂問題的減少，道路整體的使用壽命得以延長，這充分保證了道路工程建設的經濟效益、質量效益，為人們的交通出行創造了安全環境。結合工程項目實際可知，鋼纖維混凝土材料在道路工程建設中的應用不斷廣泛，且施工技術也逐漸成熟。

目前，道路工程建設形態逐漸多樣，有多個類型的道路工程中均使用了鋼纖維混凝土技術。

3.1.1 全截面鋼纖維混凝土路面：在道路工程施工初期階段，施工人員在混凝土材料中加入鋼纖維材料，有效地提升了混凝土材料的整體性能。對比傳統道路，全截面鋼纖維混凝土路面的厚度大大減小，一般其厚度約為傳統路面厚度的50%～60%。另外在一些雙車道路面中，施工人員還會使用鋼纖維混凝土進行路面施工，此時道路的路面不需要設置縱縫，施工人員按照20～30m的間隔設置橫縫，即可滿足路面的施工需要，提升雙車道路面整體的應用效果。全截面鋼纖維混凝土雙車道路面中，若施工環境、施工條件允許，還可將按照間隔50m的標準進行橫縫施工，這樣能有效提升項目施工的便捷性。

3.1.2 復合式鋼纖維混凝土路面：在復合式混凝土路面施工中，鋼纖維混凝土材料的使用包含了2種復合方式：（1）雙層復合鋼纖維混凝土路面，此類路面按照全板厚度的40%～60%鋪設鋼纖維混凝土材料，有效地提升了路面的整體性、穩定性。（2）三層復合鋼纖維混凝土路面，此類路面分3層進行施工，通常在基礎層和面層使用鋼纖維混凝土，而在中間層會鋪設普通的混凝土。為有效協調3層復合鋼纖維混凝土道路的工期效益和質量效益，還應注重其施工條件的控制，即當道路工程項目建設中機械化程度較高時，可建設3層復合鋼纖維混凝土路面。

3.1.3 碾壓鋼纖維混凝土路面，相比其他鋼纖維混凝土路面，此類路面先需要完成普通混凝土的澆筑施工，隨后按一定設計比例撒入鋼纖維，然后在重力設備的作用下通過碾壓將鋼纖維壓入路面，這樣不僅能提升道路的強度，而且能改善路面的韌性，延長路面的使用壽命。

3.1.4 鋼纖維混凝土罩面。在一些道路工程罩面施工中，鋼纖維混凝土材料也有廣泛應用，通常鋼纖維混凝土在罩面中的應用包含結合式、分離式、直接式是3種形式。其中在結合式的罩面施工中，通過鋼纖維混凝土材料的使用，道路面層會和舊混凝土結構融為一體，這不僅節省了項目施工材料，而且提升了既有道路的整體強度。選擇在分離式罩面施工中使用鋼纖維混凝土材料時，施工需重視隔離層的規范設置，一般隔離層設置中間部位。另外，在直接式鋼纖維混凝土罩面施工中，原來的道路會被作為基礎層，完成基礎層表明清潔工作后，施工人員會在其上部覆蓋鋼纖維混凝土，施工效率較高?，F階段，在一些損壞不嚴重的舊水泥混凝土路面修復工作中，直接式鋼纖維混凝土罩面施工方式應用較多，該施工方式有效地實現了既有路面的保護，延長了道路的使用壽命。

3.2 橋梁工程應用

隨著鋼纖維混凝土技術的成熟，其在橋梁工程中也得到了廣泛的應用?，F階段，除鋼筋混凝土樁加強、橋梁墩臺局部加固外，鋼纖維混凝土技術在橋面鋪裝中也得到了廣泛應用。

（1）在鋼筋混凝土樁體加強施工中，選擇鋼纖維混凝土作為樁尖或樁頂的澆筑材料，能有效提升樁體樁尖、樁頭的整體性和力學性能，改善樁尖、裝頂的抗沖擊能量。工程項目建設中，考慮到鋼纖維混凝土造價較高等因素，在樁體中間層施工中，可選擇使用常規的混凝土材料，但這種施工方式會間接增加工序操作的負載性，需結合工程實際情況進行樁體處理方式的優化。

（2）作為橋梁主體的主要支撐單元，墩臺長期處于受壓狀態，在高強荷載的作用下，橋梁的墩臺容易出現斷裂問題，這嚴重的影響了橋梁結構的整體性，對于橋梁后期的運行安全造成較大威脅。新時期，鋼纖維混凝土材料在橋梁墩臺中得到了廣泛應用，使用該材料，能有效實現橋梁墩臺的局部加強處理。結合橋梁墩臺施工實際可知，在墩臺局部加強處理中，施工人員多會選擇Ⅱ型噴射機完成材料噴射施工，一般混合料中會使用1.0%的剪切鋼纖維，控制鋼纖維混凝土材料的噴射厚度保持在5～20cm，這樣能提升墩臺的承載能力，保證橋梁墩臺的穩定性、整體性和安全性。另外在一些橋梁路面鋪裝中，施工人員也會使用鋼纖維混凝土材料，其不僅能提升橋梁的剛度、抗折強度，而且能減少路面的鋪裝厚度，降低橋梁自重，有效地滿足了橋梁工程高質量的建設和應用要求，對于橋梁工程發展具有積極作用。

4、基于路橋工程建設的鋼纖維混凝土施工技術應用要點

4.1 鋼纖維制作

作為鋼纖維混凝土施工中的基礎性內容，鋼纖維制作對于材料配置和項目整體的施工質量具有較大影響?，F階段，道路橋梁工程中的鋼纖維多采用鋼絲切斷法及冷拔法進行施工時。其中通過鋼絲切斷法進行鋼纖維制作時，不僅應注重沖床的合理選擇，而且應注重旋轉刀具規格參數的控制，此外應考慮到鋼絲切斷法制作鋼纖維具有較大的原材料耗損維問題，故而在工程項目較大時應避免使用這種方式制作鋼纖維。采用冷拔法制作鋼纖維時，鋼纖維材料表面的光滑程度、粘結強度均會得到極大地改善。出于工程項目施工效率考慮，可聯合使用鋼絲切斷法和冷拔鋼絲法制作鋼纖維，如在0.4～0.8mm的冷拔鋼絲制作中，可通過鋼絲切斷法將冷拔鋼絲切割成固定長度纖維，然后將其加入混凝土材料中，這樣鋼纖維混凝土的抗拉強度可上升到1000～2000pa，為道路橋梁的質量控制奠定了良好基礎。

4.2 鋼纖維混凝土配比設計

要進一步提升鋼纖維混凝土的材料性能和技術水平，還應注重其配比的有效設計。施工人員可按照普通混凝土的配比要求來決定鋼纖維混凝土的最終配比，該環節中，應注重鋼纖維品種的有效選擇。如鋼纖維與基材應具有相適應的強度，同時鋼纖維的極限抗拉強度應超過500MPa，在使用剪斷鋼纖維材料時，還應注重鋼纖維與高標號混凝土材料的有效配置，一般鋼纖維材料在混合料中的占比多保持在0.5%～2.0%。另外在控制各類材料用量的基礎上，還需重材料質量的控制，如鋼纖維的最小直徑應盡可能控制在0.45～0.70mm，長徑比應保持在50～80。而在混凝土材料應用中，應減少水泥用量，嚴格控制骨料粒徑，一般骨料中大粒徑應保持在10～20mm，同時應注重減水劑和其他摻加劑的使用，提升材料整體性能。

4.3 投料攪拌

強制式攪拌機、雙錐反轉出料攪拌機在鋼纖維混凝土材料攪拌中的應用較多。設備操作中，首先針對鋼纖維摻量高、混合料坍落度小的情況，應適當降低攪拌速率，這樣才能實現攪拌機負荷的有效控制，減少無用做工問題發生。其次投料攪拌過程中需嚴格按照圖2順序進行投料，鋼纖維應分三次投放，在干攪拌一段時間后才可加水攪拌。干攪拌持續1min后開始加水攪拌，加水攪拌時間應保持在2min。最后為避免鋼纖維在攪拌過程中出現結團問題，還需要按照分級投料的要求進行投料，該過程中應注重分散機的有效控制。一般功率、分散力是分散機控制的兩個關鍵指標，分散機作業中，其功率應保持在0.75～1.0kW，而分散力應控制在20～60kg/min。

圖2 鋼纖維混凝土整體投料順序

4.4 澆筑振搗

作為鋼纖維混凝土技術應用的重要環節，材料的澆筑振搗對于道路橋梁整體施工質量具有較大影響。

（1）在鋼纖維混凝土材料澆筑初期階段，先應注重材料質量的系統檢查，在實際檢查中，應注重鋼纖維混凝土材料中鋼纖維長徑比、組團情況的檢查，同時應重視混凝土材料配比、混凝土與鋼纖維粘結性檢查，在確保材料質量滿足設計要求后，需按照連續澆筑的要求進行道路橋梁施工。

（2）鋼纖維混凝土材料連續澆筑中，應確保前后倒料相壓15～20mm，各路橋單元沒有明顯的澆筑接頭，同時在澆筑中應嚴格控制澆注料的坍落度，避免材料在澆筑中出現鋼纖維組團或混凝土離析問題。

（3）完成鋼纖維混凝土材料澆筑后，還需要規范化的進行材料的振搗和壓實處理。鋼纖維混凝土施工中，應盡可能地使用平板振搗器進行澆注料的振搗處理，保證澆筑材料的密實程度。這是因為使用插入式振搗棒時，鋼纖維會朝著振搗棒方向聚集，這種較為明顯的集束效應會影響路橋工程的施工質量。在平板振搗器具體操作中，應注重邊角地區振搗質量的控制；在此過程中，還應重視邊角地區鋼纖維的排列處理，要求這些部位的鋼纖維按照縱向條狀的狀態集束排列，這樣不僅能抵抗板體收縮應力、溫度應力地傳遞，而且能提升板體荷載能力，對于路橋后期應用具有積極作用。

（4）路橋工程項目建設中，若已經完成鋼纖維混凝土的振搗施工，還需要對經過振搗的平面進行抹平處理，振搗面抹平中，應將暴露在外的鋼纖維壓入混凝土，這樣避免鋼纖維材料的過早腐蝕和老化，而且能減少鋼纖維對人體的傷害，工程質量效益突出，耐久性較好。

（5）為進一步提升鋼纖維混凝土道路的施工質量，在完成工程項目建設后，還應規范化地進行鋼纖維混凝土澆筑構件的養護施工。在具體的養護工作中，應嚴格控制鋼纖維混凝土構件的養護溫度、濕度，同時應注重混凝土構件中常見病害的檢測和早期應對處理，這樣能有效提升鋼纖維混凝土路橋工程的施工質量，創造完全、穩定的交通出行環境。

結語：

規范化的使用鋼纖維混凝土技術能有效提升道路工程建設質量。新時期，施工人員只有充分認識到鋼纖維混凝土的性能優勢，結合工程項目建設要求和實際施工情況，深層次分析鋼纖維混凝土技術要點，規范其在項目施工各環節中的應用，才能有效地提升鋼纖維混凝土技術，保證道路橋梁施工質量，繼而推動道路橋梁工程的持續、穩定發展。