淺談鋼纖維混凝土施工技術在路橋工程中的應用

袁曲童

（江西路信建材有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

鋼纖維混凝土是在普通混凝土的基礎上添加鋼纖維形成的復合建筑材料。鋼纖維在混凝土內部呈現亂向分布，在承受外載荷初期，通過混凝土基料與鋼纖維的共同作用能夠承受遠比普通混凝土大得多的載荷，當超過一定的極限后，混凝土基材出現裂紋甚至斷裂的情況時，亂向分布的鋼纖維仍能承受較大的多方向載荷作用[1]。因而，鋼纖維混凝土在一些重型、重要的載荷結構中應用廣泛。

路橋工程關系到地區的經濟發展和戰略地位，其安全性和使用壽命是首先要考慮的事項。為此，在施工中考慮使用性能優異的鋼纖維混凝土，不僅有著遠比普通混凝土更好的強度特征，還要通過材料的改善提高工程的各項效益指標。本文以某路橋施工項目為例，探討鋼纖維混凝土施工技術的應用。

1 鋼纖維混凝土與普通混凝土性能對比

人們對路橋工程的質量和壽命要求很高，對其各項強度指標、抗疲勞和抗腐蝕等諸多參數有著十分嚴格的要求[2]。鋼纖維混凝土與普通混凝土相比，其結構強度有著顯著的提升，特別是抗拉伸、抗剪切、抗彎曲等性能，同時在提高抗沖擊性、抗疲勞性、抗凍性、抗腐蝕性等方面，均有著較大幅度的提高（見表1所示）。為此，當前的重要路橋施工幾乎均要采用鋼纖維混凝土施工技術。

表1 C30普通混凝土與鋼纖維混凝土各性能參數對比

2 鋼纖維混凝土的應用優勢

鋼纖維混凝土的應用優勢主要表現在降低成本，節約工期，提升橋面的整體性能和觀感。

（1）基于鋼纖維混凝土的性能優勢，將極大地節約建筑基材的使用。通過測算，相比于同等強度下的普通混凝土，鋼纖維混凝土可減少混凝土用量30%以上，并可以取代部分鋼筋結構或降低鋼筋材料的直徑約1～2mm。

（2）由于鋼纖維混凝土抗拉強度的大幅提高，可以較大地延長伸縮縫間距，進而實現連續澆筑，對于橋梁等大用量混凝土工程而言，將極大地縮短工期，據測算，相比普通混凝土施工，鋼纖維混凝土施工的工期將減少1/3以上。

（3）由于鋼纖維混凝土結構強度的提升，其應用將改善橋梁的自重以及體積（厚薄），且橋面可以不設縱縫只設橫縫，提升了橋面的整體性能和觀感。

綜合而言，在路橋施工中應用鋼纖維混凝土施工技術具有明顯的綜合效益。

3 鋼纖維混凝土施工技術在路橋工程中的應用

國內某特大公路橋施工項目，橋梁全長2398m，橋面凈寬2m×7m，采用鋼纖維混凝土結構的橋面鋪裝，總面積超過10 萬mm2。允許撓度約300mm，抗剪強度要達到11MPa以上，抗磨度300h/cm以上。考慮橋梁強度要求和撓度允許值以及可能造成的裂紋問題，延長路面使用壽命，決定對橋面鋪裝采用鋼纖維混凝土澆筑。計劃鋪裝厚度80mm，采用C40混凝土添加鋼纖維的方式進行混凝土配合澆筑。

3.1 鋼纖維混凝土設計

鋼纖維混凝土的設計主要是計算鋼纖維與混凝土基材的配合比和制作試塊并進行強度性能試驗[3]。混凝土基材按照普通混凝土配合比計算即可，但鋼纖維的摻入量需考慮多種因素，盡管鋼纖維添加越多，對混凝土的結構強度提升越大，但在抗拉、抗剪、抗彎曲等結構強度方面，如果添加過多，則會對混凝土整體的剛性強度起到反作用，并造成鋼材的浪費。為此，要計算好鋼纖維摻入量。混凝土基材的選擇按C40 混凝土配合比：粗骨料為5～25mm連續級石子，細骨料為細度模數1.18～2.36的天然河沙，添加劑方面選用緩凝高效減水劑，配合比見表2。鋼纖維的摻入量按體積分數計算，約1%。

表2 C40混凝土配合比

配合比計算完畢后，要澆筑試塊并進行預壓試驗。試驗目的是驗證設計的配合比是否符合目標強度值。該工程最大允許撓度不超過300mm，經計算后對相應混凝土試塊使用重錘做預壓沉降試驗，試驗數據符合目標值要求（見圖1所示）。

圖1 試塊預壓強度試驗測試數據

3.2 材料配合比試驗

設計人員根據既有的參數對鋼纖維混凝土的材料配合比進行設計，但在實際應用過程中，考慮抗拉、抗折、抗裂、抗疲勞等多個不同需求，以及環境的綜合情況，配合比并不是固定不變的，因此要求對配合比進行科學的調節[4]。并在調節完畢后進行檢測、試驗，確認達到所需標準方可用于實際的應用。常用的試驗方法是按照調節后的配合比預制試塊，與正式施工工序一致的方式做好澆筑、養護，然后使用各種機械設備進行測試試驗。一般檢測的過程需要求第三方檢測機構進行，或者是大型施工企業獲得認可的實驗室同樣可以進行檢測。試塊的數量是在設計配合比的基礎上綜合實際情況進行的連續級調節，制成多個試塊。因此，根據試驗的結果選擇一種合適的配合比參數即可。

3.3 試塊過程檢測

由于橋路工程的重要性，單純地通過工序工法的監測手段進行質量控制并不充分，必須在施工全過程中對有關的試驗或檢測進行質量控制。一般采用的方法是從鋼纖維混凝土預制過程開始，即在正式澆筑的同時，澆筑多組試塊進行過程跟蹤檢驗。必須保證試塊與正式使用的鋼纖維混凝土采用相同基材及配合比、相同攪拌機械、相同鋪裝及搗振工藝以及相同的養護方法和環境，確保通過對試塊的檢驗能夠全面反映出正式使用材料的各項性能，指導施工工藝進行必要的調節。過程檢測的主要內容包括凝固時間、表面裂紋、鋼纖維外漏、表面塌陷變形以及各種階段性的強度、抗疲勞試驗等。

3.4 質量抽樣檢查

在鋼纖維混凝土鋪裝完畢后，僅對試塊進行檢驗并不完全足夠，還需對實際鋪裝情況進行檢驗。一方面檢驗鋪裝后的實際質量，對該工序環節檢驗中出現的問題進行整改。一般采用的方法是對路橋預先多鋪裝位置的鋼纖維混凝土進行抽樣檢測，體現出同一鋪裝工藝和形狀下的質量。另一方面是養護完畢后的質量抽查，可以與橋路工程的整體驗收一并進行。對使用調整至設計值的強度檢測機械進行檢測，驗證施工的質量標準[5]。

4 施工技術要點

4.1 投料及攪拌

投料及攪拌工藝是確保混凝土質量的關鍵工序。

在投料方面，嚴格掌握投料的順序，這對于確保鋼纖維的均勻分布，減少結團現象十分重要。該工程投放順序為：水泥→沙→石料→鋼纖維→清水。

攪拌是與投料同步進行的，為了確保攪拌均勻和現場施工需要，工程選用500型強制攪拌機，并選擇分散布料的方式，避免鋼纖維的結團現象。且為了使鋼纖維分布均勻，可以采用混凝土干拌1min后逐步加入鋼纖維，按兩次添加為宜，使得鋼纖維與混凝土基材充分混合，最后添加減水劑。

整個過程嚴格進行工藝控制，包括投放的順序，嚴格的配合比，確保鋼纖維與混凝土各基材的充分混合，從而提高項目中橋面的結構強度。

4.2 混凝土澆筑

為確保不出現過于明顯的澆筑接頭，倒料應精確，控制在150～200mm，確保鋼纖維混凝土的整體連續性；倒料厚度方面，要求松鋪的高度比普通混凝土稍高，約10mm為宜。由于鋼纖維混凝土凝固快，并考慮該工程中橋面施工的特點，采用人工進行攤鋪，攤鋪系數按1.3控制，當出現結團時，立即進行人工抖散。振搗方面，由于橋面鋼纖維混凝土層較薄，不得采用插入式的搗振棒，并且即使厚度較大的鋼纖維混凝土也應慎用插入式振動棒，其集束效應會使得鋼纖維分布不均。該工程中采用平板搗振器進行搗振，同樣可以起到提高混凝土密實性的作用，并確保鋼纖維分布程度不被改變。澆筑完畢后，對面層進行處理，使一些少量外漏的鋼纖維能插入混凝土中，減少外漏可能遭受的腐蝕而影響結構質量。

4.3 橋面切縫

考慮混凝土硬化過程中內部的化學應力和溫度應力的雙重作用，必須對混凝土開設膨脹縫，橋面切縫施工見圖2所示。但鋼纖維混凝土的結構特性使得工程僅可開設橫向縫隙而不開設縱向縫隙。該工程在每座橋墩對應的橋面位置開設橫向膨脹縫，開縫寬度控制在20～30mm。需要注意控制好切縫的時間，過早將會因鋸片對混凝土基材產生擾動，使得內部粘結的松動，尤其是鋼纖維材料可能形成早期的不規則開裂（見圖2所示）。

圖2 橋面切縫施工

5 結束語

鋼纖維混凝土以其優良的特性，在橋路施工中得到廣泛采用。本文以某大型路橋工程為例，詳細闡述鋼纖維混凝土施工技術的要點，包括應重點控制好鋼纖維混凝土施工技術中的配合比設計環節，保證按嚴格的配合比設計要求進行試塊的強度試驗；混凝土預拌過程中的投料工藝順序和攪拌工藝參數控制；以及鋪裝環節中的混凝土用量、搗振、切縫等過程。本文對鋼纖維混凝土施工技術的分析，可供路橋工程施工相關方參考。