路桥施工中钢纤维混凝土施工技术应用

2022-11-10王晖

交通科技与管理 2022年21期

王晖

（江苏省交通技师学院,江苏镇江 212028 ）

0 引言

钢纤维混凝土在道路、桥梁、房屋等工程领域均取得广泛应用，材料的性能优越，成本低，应用于工程建设中可取得提质增效的效果[1]。其中，钢纤维混凝土在道路桥梁工程中的应用频率逐步提高，可规避传统混凝土脆性过强、耐久性不足等问题，成型结构的质量更具可靠性。

1 钢纤维混凝土的性能分析

（1）向混凝土中掺入钢纤维材料后，混合料的抗拉力显著提升，但钢纤维与水泥砂浆界面的黏结效果差，需针对材料做优化设计。经过对钢纤维表面形态的处理后，增强钢纤维与混凝土的黏结稳定性，改善混合料的力学性能。其中，使钢纤维表面呈规律性变化是重要的改善思路，例如在钢纤维表面刻痕或形成波纹状。钢纤维以废钢丝绳为原材料经切断后制得时，在应用前需清理表面附着的油污、锈迹及各类杂物。

（2）钢纤维以切削的方法制作时，原材料选用厚钢板或软钢锭，利用铣刀做切削处理，使钢纤维界面呈三角形，经过与混凝土的混合后增强黏结稳定性。

（3）剪切钢纤维属于常见的钢纤维材料，对冷轧薄板做剪切处理后制作成型，与砂浆的黏结效果较佳，抗拉强度500～750 MPa。

（4）熔抽钢纤维依托钢水甩制技术制作成型，抗拉强度和弹性均较高。对钢纤维的界面做深度加工后，形成各式各样的形状，有助于钢纤维与混凝土的稳定黏结。

2 钢纤维混凝土的概念及应用优势

钢纤维长径比为40～80，向混凝土中按比例掺入后，混合料的抗拉强度、抗剪强度多项性能均得到改善。钢纤维混凝土属于多相复合型材料，以普通混凝土为基础，向其中掺入乱向分布的钢纤维，钢纤维具有阻碍混凝土内部微裂缝扩展的能力，以防裂缝的产生，制得的钢纤维混凝土在抗弯强度、抗冲击性能、抗拉强度等方面均有突出的表现，在提高工程质量、延长结构使用年限等方面均有良好的应用效果。

钢纤维混凝土在道路桥梁中的应用优势主要体现在如下几方面：

（1）钢纤维混凝土的抗疲劳性能突出，建设成型的结构质量可靠，耐久性较强。同时，基于钢纤维混凝土施工的结构更具弹性，有助于保障道路桥梁的安全性。

（2）向混凝土中按比例掺入钢纤维后，混合料的抗弯性能和抗拉性能得以提高，成型结构稳定可靠。

（3）道路桥梁在自重较大时的稳定性欠佳，潜在诸多安全风险，加之车辆荷载等外部因素的作用，易发生垮塌事故。相较普通混凝土，钢纤维混凝土的质地更轻，可减轻桥梁的承载负担，同时由于钢纤维混凝土抗拉、抗弯等方面的突出性能，进一步增强了桥梁的安全性[2]。

3 钢纤维混凝土施工技术

3.1 配合比设计

钢纤维的掺入量对混合料的整体质量有明显影响，在钢纤维混凝土的配合比设计中，首先确定钢纤维的类型，再控制掺量。道路桥梁施工中，钢纤维需与基材强度相适应，极限抗拉强度以500 MPa以上为宜，中标号混凝土中可掺入圆直或熔抽钢纤维，高标号混凝土中以剪切钢纤维的应用效果较佳。钢纤维的最小直径不小于0.40 mm，通常为0.45～0.70 mm，不采用过长的钢纤维。长径比50～80，为保证钢纤维与基体的稳定结合，推荐采用最大粒径为10～20 mm的小粒径主骨料，钢纤维细石混凝土的砂率相比同标号的普通混凝土可适当增加。钢纤维含量以0.5%～2.0%为宜，具体视道路桥梁对钢纤维混凝土的质量要求而定。适度应用减水剂，用于改善钢纤维混凝土的和易性。投入使用的钢纤维必须保持干净，不夹杂任何影响混合料性能的杂物。

3.2 钢纤维材料质量的优化

经过配合比设计后，确定钢纤维的类型及具体用量，用分散机对钢纤维做分散处理，再向搅拌机中掺料，以防直接投入而出现结团现象。分散机的分散力控制在20～60 kg/min，功率0.75～1.0 kW。于料斗入口位置设振动筛，并事先均匀拌和钢纤维与细骨料。

3.3 钢纤维混凝土的拌和

以机械拌和的方式拌制钢纤维混凝土，混合料体积率较高时，单次搅拌量不大于额定搅拌量的80%，否则易由于搅拌量过高而导致钢纤维结团。按照“先干后湿”的思路进行搅拌，搅拌必须充分，使钢纤维在混凝土中均匀分布。投料顺序为粗集料、钢纤维、细集料、水泥，钢纤维分三次加入，待各类原材料均投料完成且干拌均匀后，加水进入湿拌环节。相比于普通混凝土，钢纤维混凝土的搅拌时间略微延长1～2 min，且干拌时间不短于1.5 min，拌和后的钢纤维混凝土必须具有均匀性。

3.4 钢纤维混凝土的运输、浇捣

钢纤维混凝土拌和完成后，进入运输环节，由运输车尽快将混合料运送至现场用于浇筑。运输车辆平稳行驶，避免混合料离析，若发现混合料已经存在离析现象，以二次搅拌的方法加以处理。钢纤维混凝土运输车辆的规格和数量视拌和站生产能力、现场浇筑能力而定，避免现场停机等料或由于材料过量运输而导致大规模的浪费。

按照与普通混凝土基本一致的方式浇筑钢纤维混凝土，但考虑到钢纤维混凝土流动性相对有限的特点，必须强化对浇筑技术的合理化应用，以免成型混凝土结构在致密性和完整性方面存在异常。浇筑作业必须保证钢纤维分布具有均匀性，各区域的浇筑遵循连续进行的原则，浇筑期间禁止加水，否则成型结构的边角部位存在蜂窝病害，施工质量大打折扣。钢纤维混凝土浇筑期间适度振捣，尤其是边角薄弱部位，经过充分的振捣后使混凝土内部密实、表面平整。振捣人员准确控制振捣棒的作业姿态，不可碰触模板，同时避免钢纤维露出构件表面。必要时，利用附着式振捣器做模外振动处理，但此时需考虑到附加应力对施工质量的影响，在模板设计阶段便要做好优化工作[3]。

从生产、运输的角度来看，钢纤维混凝土施工工艺流程主要有三种，即：先干后湿拌和、输送，如图1所示；湿拌和、输送，如图2所示；分段加料搅拌、输送。

图1 先干后湿搅拌、输送工艺流程

图2 湿搅拌、输送工艺流程

3.5 钢纤维混凝土成型

钢纤维在混凝土中乱向分布，同时混合料中的粗骨料细、砂率大，根据多项材料特点，宜采用振动吸水工艺进行路面的施工，辅以机械抹平的方法，避免钢纤维外露，例如采用压纹机压纹。拆模后，针对钢纤维混凝土表面存在的漏振、钢纤维外露等问题采取处理措施。

3.6 接缝施工

钢纤维混凝土的抗裂性能好，现场施工不会遭到外部因素的干扰时，可采用整幅式摊铺的方法，全程连续进行，不设纵缝，成型结构具有更突出的完整性。钢纤维混凝土的实测强度达到设计标准的50%后，切锯缩缝。

3.7 钢纤维混凝土的整平、养护

（1）钢纤维混凝土中掺入适量粗骨料，钢纤维在混合料中呈乱向分布，摊铺后局部可能有钢纤维外露现象，影响到摊铺面层的平整度，因此需加强对平整度的控制。混凝土振捣后，用带凸棱的金属圆滚适度压实表层，将竖起的钢纤维压至混合料内部，再用金属圆滚对表面做滚压处理；后续加强对钢纤维混凝土表面的观察，确认无泌水现象后，用金属抹刀抹平。按前述流程有序处理后，提高钢纤维混凝土表面的平整度。钢纤维混凝土表面抹平后，于初凝前用刷子和压滚进行拉毛，全程均不可带出钢纤维。

（2）按照与普通混凝土相同的养护方法完成钢纤维混凝土的养护，期间加强对温度和湿度的检测与控制，使混合料有效成型。

4 钢纤维混凝土施工技术在路桥中的主要应用

4.1 钢纤维混凝土在道路施工中的应用

钢纤维混凝土路面的力学性能突出，可在保证工程质量的前提下减薄铺装厚度，纵缝和横缝的数量减少，成型路面的完整性较好，路面的使用寿命得以延长，综合应用效果良好。

（1）全截面钢纤维混凝土路面：由于性能的可靠性，此类路面的厚度约为常规混凝土路面的50%～60%，双车道路面通常不设纵缝，横缝按照20～30 m的间距依次设置，条件良好时将间距增加至50 m，钢纤维掺量取0.8%～1.2%。

（2）复合式钢纤维混凝土路面：根据工程质量要求设置为双层或三层结构形式，双层时，在路面厚度的上层铺设钢纤维混凝土，约占全厚的40%～60%；三层时，中间为普通混凝土层，上、下两层为钢纤维混凝土层，通常在具备机械化摊铺的施工条件时采用三层式复合路面结构。

（3）碾压。将钢纤维置于碾压混凝土中，此举对提高路面的强度有重要作用，成型路面的力学性能突出。

（4）钢纤维混凝土罩面。部分混凝土路面经长期使用后受损，可以考虑钢纤维混凝土铺筑罩面层的修复方法。根据结构形式的不同，钢纤维混凝土罩面包含三种形式：①直接式，以旧路面为基础，向该处直接加铺钢纤维混凝土罩面层，通常应用于病害程度较为轻微的路面；②分离式，增设的罩面层与旧混凝土保持独立，两者间设置隔离层；③结合式，罩面层与旧混凝土黏结，作为整体结构，共同发挥出强度优势。

（5）钢纤维水泥砂浆罩面修补。部分路段的路面受损，可采用钢纤维水泥砂浆修补的方法，钢纤维体积率控制在1%～2%，长径比以70～100为宜，需超过钢纤维增强混凝土的长径比。

（6）多年冻土地区的公路施工中也可以采用钢纤维混凝土路面，路面的抗冻性提升，冻土热平衡状态良好，路面的耐久性得到保障。

4.2 钢纤维混凝土在桥梁施工中的应用

（1）在桥面铺装中的应用。钢纤维混凝土桥面铺装层的设置可提高桥面的耐久性，同时桥梁整体的抗折强度也将由于钢纤维混凝土桥面铺装层的设置而增强。结构性能提升的同时铺装厚度可减小，减轻结构的自重，对桥梁受力较为友好。此外，橡胶沥青混凝土和钢纤维混凝土的复合型桥面也具有突出的质量优势。

（2）在桥梁墩台等结构局部加固中的应用。桥梁墩台及桥面板可能由于动载作用而产生裂缝或出现剥落病害，在病害处治中，可以采取喷射钢纤维混凝土的方法，恢复结构完整性的同时提升结构的性能。材料以剪切钢纤维较为合适，用量取1.0%，混合料制备时采用硫铝酸盐快硬水泥，掺入适量速凝剂用于改善混合料的性能。对存在质量缺陷的部位凿毛，清理凿除产生的粉尘及各类杂物，促进新旧混凝土的稳定黏结。

（3）在钢筋混凝土桩加强处理中的应用。桩顶或桩尖局部加强时可以采用钢纤维混凝土，锤击次数减少，桩的稳定性得到保障。从加强机理的角度来看，钢纤维混凝土在提升桩顶的抗冲击韧性方面有显著作用，确保在桩顶打设至设计深度前无任何程度的破裂现象，同时由于钢纤维混凝土的加入，桩尖入土能力增强，能够以较快的速度完成桩体打击作业。桩顶部位用钢纤维混凝土加强，桩身仍采用钢筋混凝土结构，必要时也可整桩用钢纤维混凝土施工，但存在成本投入偏高的局限性。

4.3 在衬砌和边坡防护中的应用

衬砌施工可采用钢纤维混凝土，原因在于此类材料可增强衬砌结构的严密性、提高强度。部分路段的边坡岩石节理裂隙发育，全截面采用喷射钢纤维混凝土的方法，有效加固边坡，或是在普通混凝土支护的基础上辅以喷射钢纤维混凝土加强的技术措施。

5 钢纤维混凝土施工技术在路桥中的应用注意事项

（1）钢纤维混凝土路面施工速度需合理，过慢将导致前期已施工的部分发生凝结，影响新旧混合料的稳定黏结，路面的完整性和受力稳定性均易受到影响。因此，施工单位需做好施工准备，采取协调措施，有条不紊地推进施工进程。若确实存在路面硬化问题，通过喷雾的方法加以处理，但禁止向钢纤维混凝土中加水。为提升路面的抗滑性能，采取硬刻槽的方法。路桥施工中采用到三辊机组和滑模时，施工人员需加强对作业参数的控制，并随着现场气候条件的变化做动态调整，保证施工的有效性。

（2）路桥工程施工采用钢纤维混凝土时，桥面浇注前先将钢筋网铺设到位，目的在于利用钢筋网增强防裂效果，施工单位切不可为了贪图省事而不设或少设钢筋网。桥墩的加固和局部的修复也是桥梁施工中的重点作业内容，需确定适宜的钢纤维混凝土配合比，将拌和好的混合料用喷射机喷射到位，通常喷射厚度以5～20 cm为宜，此时的桥墩修复效果较佳。