鋼纖維混凝土技術在道路橋梁施工中的應用分析

周建國

（山東省路橋集團有限公司，山東濟南 250014）

0 引言

作為促進城市發展的重要基礎設施，道路橋梁在承載交通流量和促進經濟繁榮方面有重要作用。然而，傳統的混凝土材料在應對日益復雜的交通荷載和惡劣的外部環境時，逐漸暴露出性能方面的不足。為了有效應對這一挑戰，鋼纖維混凝土技術逐漸嶄露頭角，并以其獨特的優勢引起了廣泛關注。基于此，文章主要對鋼纖維混凝土技術在道路橋梁施工中的應用進行分析。

1 鋼纖維混凝土的概念及分類

鋼纖維混凝土是一種在混凝土中摻入鋼纖維的新型復合材料，其具有優異的抗裂性和韌性，適用于道路橋梁等工程建設。根據鋼纖維的性質、形狀和添加方式，鋼纖維混凝土可分為切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維和熔抽鋼纖維等類型。

第一類，切斷鋼纖維。這類鋼纖維是通過將鋼材切割成一定長度的纖維，然后將其摻入混凝土中，鋼纖維會在混凝土中網狀分布，從而有效控制裂縫擴展，提高混凝土的韌性和抗裂性能。

第二類，剪切鋼纖維。剪切鋼纖維是將鋼板或鋼絲通過剪切工藝制成細長的纖維，其會在混凝土中形成一定的纖維網絡，能夠有效改善混凝土的抗拉強度和抗裂性能，提高混凝土的承載能力。

第三類，切削鋼纖維。切削鋼纖維是通過機械加工方法將鋼材切削成細小的切屑狀纖維，然后摻入混凝土中，這種類型的鋼纖維能夠均勻分散在混凝土中，提高混凝土的韌性和耐久性。

第四類，熔抽鋼纖維。熔抽鋼纖維是在鋼水冷卻過程中將鋼纖維抽拉而成的纖維，其表面常帶有細小的凹凸紋理，這種鋼纖維具有優異的黏結性能，能夠有效地與混凝土黏結，提高混凝土的強度和韌性[1]。

2 鋼纖維混凝土的性能

2.1 較高的強度

以往，道路橋梁施工常使用普通混凝土，然而其強度和性能往往無法滿足長期使用要求，在工程后期容易出現裂縫、凹陷等問題，導致橋梁的穩定性和耐久性受到威脅，甚至影響整體工程的可靠性。隨著鋼纖維混凝土技術的不斷發展，這一問題得到了有效解決。鋼纖維混凝土以其卓越的高強度性能，為道路橋梁工程提供了新的解決方案。相較于傳統混凝土，鋼纖維混凝土在強度方面表現出色，能夠承受更大的荷載和外部壓力。這種高強度性能源于鋼纖維在混凝土中形成均勻分散的支撐網狀結構。這種結構不僅能提升混凝土的整體抗壓和抗彎強度，還能有效抑制裂縫擴展，減緩外部壓力對混凝土的影響。鋼纖維混凝土在受力時能夠通過纖維之間的相互作用分散荷載，使荷載分布更均勻，降低結構的局部破壞風險。

2.2 良好的抗裂性

通過添加鋼纖維，混凝土裂縫控制的能力可得到顯著改善，進而提高結構的耐久性和可靠性。鋼纖維混凝土的抗裂性主要體現在以下幾個方面。

第一，鋼纖維能夠在混凝土中發揮“橋梁”效應，有效抑制裂縫的擴展。當裂縫出現時，鋼纖維能夠沿著裂縫的方向形成一個支撐框架，防止其繼續擴展。

第二，鋼纖維混凝土可以起到吸收能量、緩沖沖擊的作用，從而減緩裂縫的擴展速度，這一機制對鋼纖維混凝土的抗裂性能起到關鍵作用。

2.3 較強的抗外界沖擊力

研究表明，鋼纖維混凝土在面對外界沖擊力時能夠呈現出卓越的抗沖擊性能，特別是在短鋼纖維含量達到2%時，鋼纖維混凝土的抗沖擊性能相較于傳統混凝土可提高50 倍。在實際工程施工和日常使用中，道路橋梁往往面臨著外界的各種沖擊力，這些沖擊力可能來自交通流量的變化、惡劣天氣的影響，甚至是突發事故，會對橋梁的結構完整性和穩定性造成威脅，進而影響交通安全。而鋼纖維的引入使得混凝土在受到沖擊時能夠更好地分散和吸收能量，能夠保持整體結構的穩定性，防止局部損傷和破壞。

3 鋼纖維混凝土技術在道路橋梁施工中的應用要點

3.1 施工材料的選擇

在道路橋梁工程中應用鋼纖維混凝土技術，材料的選擇為核心要素，直接決定工程的質量與可靠度。

首先，應選取符合規范要求的高品質水泥作為混凝土，以確保混凝土的強度與耐久性符合要求。在骨料的選擇方面，要保證其粒徑分布合理，具有良好的力學性能，以保證混凝土的穩定性和抗壓強度。其次，鋼纖維類型的選擇亦為關鍵。不同類型、形狀及長度的鋼纖維會對混凝土的性能產生直接影響，因此，需根據工程需求選擇適合的鋼纖維類型，以確保其能有效地增強混凝土的抗裂性能以及強度。再次，適當的摻和料，如粉煤灰、硅灰等能夠改善混凝土的工作性能與耐久性，但需嚴格控制其摻量，以防止對混凝土的強度與穩定性產生不利影響。最后，合理選擇添加劑，如減水劑、增稠劑等能夠調整混凝土的流動性和黏度，從而提高施工效率與品質。

3.2 攪拌和運輸要點

在道路橋梁施工中，鋼纖維混凝土的攪拌和運輸是直接影響工程質量的關鍵環節。在攪拌過程中，需要選擇具備高效攪拌功能的混凝土攪拌設備，以確保各種原材料，包括水泥、骨料和鋼纖維等能夠充分、均勻地混合。此外，還要嚴格控制攪拌時間和速度，確保材料充分混合均勻，避免過長或過短的攪拌時間影響混凝土性能。攪拌要按照一定的順序進行，一般先將水、水泥和部分骨料攪拌成漿狀，再加入其余骨料和鋼纖維，以保證混凝土的均勻性。同時，要加強攪拌溫度控制，避免在高溫環境下攪拌，以免影響混凝土的性能，可以根據實際情況采取適宜的降溫措施[2]。

在運輸環節，應選擇質量可靠、結構穩定的鋼纖維混凝土運輸車輛，確保鋼纖維混凝土在運輸過程中不發生分層、分離等問題；按照一定的順序進行裝車，避免鋼纖維混凝土發生分層、凝結等情況。此外，在運輸過程中應盡量避免強烈的振動，防止鋼纖維混凝土分層。到達施工現場后，要及時卸料，避免鋼纖維混凝土長時間停留在運輸車輛中性能下降。對于長途運輸，可以采取密封措施，防止鋼纖維混凝土在運輸過程中水分丟失。

4 鋼纖維混凝土技術在道路施工中的應用策略

4.1 混凝土路面碾壓

采用鋼纖維混凝土材料鋪設道路路面，借助相應的機械碾壓設備其進行壓實處理，可以增強其密實度和耐久性。混凝土澆筑完畢后，一般需要采用振動碾壓機進行壓實操作，進一步增強混凝土的緊密性，減小孔隙和空隙，提高路面的承載能力和耐久性。

4.2 全截面混凝土路面

全截面混凝土路面的厚度一般比普通路面厚50%左右，因此其具備更高的抗壓、抗磨損能力，可以提升路面耐久性，延長路面的使用壽命。路面厚度的增加意味著承載能力更高，因此這種路面能夠更好地適用于承受重型交通和高負荷運輸，特別是在頻繁運輸和交通流量較大的道路上。此外，全截面混凝土路面還可以減少路面損壞和磨損，維護和修復頻率也會隨之降低，能夠節省維護成本和時間。

在施工過程中，鋼纖維混凝土的澆筑、抹平和養護等環節必須符合標準，以確保路面質量和耐久性。此外，路面耐久性還與基礎的穩固性有直接關系，因此施工前必須進行充分的地基處理，以保證地基的承載能力。此外，溫度對鋼纖維混凝土凝固過程有重要影響。因此施工時應嚴格控制鋼纖維混凝土的澆筑和養護溫度，避免溫度過高或過低對鋼纖維混凝土的強度和性能產生不利影響。

4.3 鋼纖維混凝土罩面

鋼纖維混凝土罩面是一種在道路表面覆蓋一層鋼纖維混凝土的應用策略，此方法能顯著改善道路的摩擦性能和耐久性。通過在急轉彎、下坡以及有陡峭坡度的路段應用鋼纖維混凝土罩面，可提供更強的抗滑性，減少車輛滑行風險。此外，罩面還能有效防止裂縫形成和擴展，延長路面壽命。然而，實施鋼纖維混凝土罩面需要嚴格控制施工工藝，確保罩面與基層黏結牢固，以避免剝離。綜合而言，鋼纖維混凝土罩面是一種在特定路段增強摩擦性能和耐久性的有效方法，能提高道路的安全性和可靠性。

4.4 復合式混凝土路面

復合式混凝土路面是一種創新的應用策略，主要是將不同性能的材料，如鋼纖維混凝土和瀝青混凝土結合在一起，使其發揮各自的優勢，從而提高路面性能。在復合式路面中，鋼纖維混凝土和瀝青混凝土的結合能夠產生良好的路面施工效果。鋼纖維混凝土具備高強度和抗裂性能，可有效提高路面的承載能力和抗變形能力，在承受重載車輛和惡劣氣候時表現尤其突出。此外，瀝青混凝土具有良好的密封性、耐久性和平滑度，可為駕駛提供更加平穩的行車體驗，減少車輛磨損和道路噪聲。然而，要保證復合式混凝土路面的施工質量，需要嚴格進行施工方案設計、材料選擇和施工控制，以有效確保兩種材料牢固黏結、層間協調，提高整體路面結構的穩定性。

4.5 路面防凍和修復處理

在寒冷地區，應用鋼纖維混凝土技術，能夠增強路面的抗凍性能。在低溫環境下，鋼纖維混凝土路面展現出更好的抗凍融循環能力，進一步提高路面的耐久性。鋼纖維在混凝土中的均勻分布可以阻礙冰的形成，從而降低凍脹作用導致的路面損壞。此外，鋼纖維混凝土技術在路面修復處理中也能發揮重要作用。路面裂縫是道路維護中的常見問題，鋼纖維混凝土的卓越強度和抗裂性能使其成為理想的修復材料選擇。施作鋼纖維混凝土修復層，可以填充和修補路面裂縫，增強修復層的耐久性，延長道路使用壽命。

5 鋼纖維混凝土技術在橋梁施工中的應用策略

5.1 在橋面鋪裝中的應用

在橋梁施工中，橋面作為承受車輛負載和環境作用的重要構造，需要具備良好的耐久性和抗裂性。鋼纖維混凝土技術應用于橋面鋪裝能夠顯著提升橋面性能，進而提高橋梁的安全性和使用壽命。

將鋼纖維混凝土技術應用于橋面鋪裝時，首先需要挑選適合的鋼纖維類型，常見的鋼纖維類型有直徑型、鉤頭型等，不同類型的鋼纖維具有不同的效果[3]。同時，應充分考慮橋面的負載情況、使用場景和性能指標要求等，進而合理確定鋼纖維摻量。其次，在橋面鋪裝設計過程中，應綜合考慮混凝土的強度、耐久性和流動性等多種因素，確定合理的配合比，以保證鋼纖維混凝土的性能。最后，施工過程中應加強工藝控制，以保證鋼纖維混凝土的性能得到充分發揮。

5.2 在拱橋結構中的應用

拱橋是一種廣泛使用的橋梁形式，為進一步提高拱橋結構性能，可應用鋼纖維混凝土技術。

首先，拱橋在承受流動荷載和自重的過程中，容易產生裂縫。在混凝土中加入適量的鋼纖維，可以顯著增強混凝土的抗裂性能，從而有效抑制裂縫的形成與擴展，提高拱橋的使用耐久性。

其次，拱橋對材料的強度和韌性要求較高，傳統混凝土無法同時滿足這兩種性能需求。相比之下，鋼纖維混凝土能夠克服這一難題。在拱橋構件中使用鋼纖維混凝土，不僅可以提高材料的強度，還能顯著增加其韌性，使拱橋在承受外部荷載時具備更好的整體性能。

最后，地震對橋梁結構的穩定性是一大挑戰，尤其是對于拱橋這種特殊結構。鋼纖維混凝土的使用能夠顯著提高拱橋的抗震性能，降低地震對結構穩定性的影響。

5.3 在樁結構中的應用

樁結構在橋梁工程中起著重要的支撐作用，在橋梁樁基施工中引入鋼纖維混凝土能夠提高樁身的強度和抗裂性，從而提升整體的穩定性和耐久性。此外，鋼纖維混凝土還能夠降低樁體的溫度梯度，減緩溫度荷載引起的應力集中。

在具體施工中，首先需要精確控制鋼纖維的加入量和分布，以確保其在混凝土中形成均勻分散的網絡結構。其次，施工過程中需要適當調整振搗參數，以保證鋼纖維在混凝土內均勻分布。最后，對鋼纖維混凝土的養護和保護也至關重要，以保證鋼纖維混凝土在早期階段的強度發展和提升。需要特別注意的是，鋼纖維混凝土施工對施工設備和工具的要求更高，施工人員要掌握正確的施工技術與施工設備的使用方法，為鋼纖維混凝土施工質量提供保障。

6 結語

在日益增長的交通需求和復雜的環境挑戰下，鋼纖維混凝土展現了其獨特的性能優勢，不僅能夠改善傳統混凝土的局限性，還能為道路橋梁的長期穩定性和安全性提供可靠的解決方案。然而，鋼纖維混凝土的應用仍需進一步研究和實踐，以優化材料配合比和施工工藝，實現最佳性能。通過持續創新和探索，鋼纖維混凝土技術必將為道路橋梁工程的發展注入新活力，為未來城市交通建設奠定堅實基礎。