钢纤维混凝土施工技术探析

姚邦君

(湖南省路桥建设集团公司，湖南 长沙 410000)

1 引言

随着我国经济的高速发展，交通事业也加快了前进步伐，越来越来多的高等级公路和桥梁建筑如雨后春笋般纷纷出现。因此，桥梁建设势必往更好更精更安全耐用的方向发展，这就对建筑材料的要求越来越高。钢纤维混凝土作为一种新型的优质水泥基复合材料，可以实现按照使用要求设计材料的目的。因其性能优越、施工简便、价格相对低廉等优点而在道路路面、桥梁结构、房屋建筑等工程领域广泛应用。

2 钢纤维混凝土的性能

钢纤维混凝土与普通混凝土相比，具有一系列优越的物理力学性质：强度与重量比值增大；较高的抗拉、抗压和抗弯的极限强度。在混凝土中掺人适量钢纤维，其极限抗压强度可以提高，单轴抗拉极强度可提高40%～50%，抗弯极限强度町提高50%～150%；良好的抗冲击性能。钢纤维混凝土在纤维掺量为 O．8%~2．0%时，其冲击韧性指标可提高 50～100倍，甚至更高；变形性能明显改善。钢纤维对混凝土抗压弹性模量影响不显著，但对抗拉弹性模量提高较多，钢纤维对混凝土长期收缩变形的影响也较明显，钢纤维可使混凝土的收缩率降低10%～30%；抗裂和抗疲劳性能显著提高；优越的抗剪性能；良好的阻止和抑制因温度应力引起裂缝产生与扩展的能力；良好的抗冻性与耐磨性能。

3 钢纤维混凝土的应用

3.1 道路施工中的应用

由于钢纤维混凝土路面具有减薄铺装厚度、纵缝不设或少设、横向缩缝少、良好的耐磨性及冻融性等优点，延长路面使用寿命，从而在路面工程中获得广泛应用。

(1)新建全截面钢纤维混凝土路面。全截面采用钢纤维混凝土的路面厚度为普通混凝土路面厚度的50%～60%，钢纤维掺量为0．8%～1．2%。双车道路面一般不设纵逢，横缝间距20～30m，最长可取50m。

(2)新建复合式钢纤维混凝土路面。复合式路面可以做成双层式或三层式。双层式路面的构造是在全路面板厚的上层约全厚40%～60%铺设钢纤维混凝土。三层式复合路面是上下两层分别做成钢纤维混凝土层，中间夹普通混凝土层。结构上比较合理，但施工复杂。根据经验，三层式复合路面宜在机械化铺设条件较高的地区使用。

(3)碾压钢纤维混凝土路面。将钢纤维置于碾压混凝土中，从而使路面的强度和韧性增强，改善碾压混凝土的力学性能。

(4)钢纤维混凝土罩面。旧混凝土路面损坏采用钢纤维混凝土铺筑罩面层。钢纤维混凝土罩面分结合式、直接式、分离式二种结合。结合式罩面面层与旧混凝土相互粘结为一整体，共同发挥结构的整体强度作用。分离式罩面层与旧混凝土不粘结，而是中间设置一个隔离层，各层独立发挥作用。直接式是直接在旧水泥混凝土面层上加铺钢纤维混凝土罩面层。一般用于损坏较轻微的旧水泥混凝土路面。

(5)钢纤维水泥砂浆或细石混凝土罩面修补。用钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土对损坏的路面进行修补罩面。钢纤维体积率以1%～2%为宜，长径比可略高于钢纤维增强混凝土的长径比。一般限制在70～100范围内。

3.2 桥梁施工中的应用

(1)桥面铺装。采用钢纤维混凝土桥面铺装层不仅可以增强桥面的抗裂性、耐久性和提高舒适性能，还可以增强桥梁抗折强度，增加桥梁本身刚度，减少铺装厚度，降低结构自重，改善桥梁受力状况。此外，采用钢纤维混凝土和橡胶沥青混凝土复合的双层桥面也是一种有效措施。

(2)桥梁上部承受荷载部位。采用钢纤维混凝土作为主拱圈(主梁)或在应力集中区局部加强，改善结构受力性能，有效控制结构变形，减轻自重，推动桥梁结构向大跨度、轻型化方向发展。结构性能良好，造型美观，而且可减少上部材料用量，使下部墩台数量也相应减少，从而降低造价，提高经济效益。通过修建钢纤维混凝土桥梁降低梁高，满足使用上的特殊要求。

(3)桥梁墩台等结构局部加固。对动载长期作用下造成的桥梁墩台及桥面板裂缝或表层剥落病害，采用转子Ⅱ型喷射机喷射5～20cm钢纤维混凝土以满足结构的整体性和抗震性要求。一般钢纤维类型采用剪切钢纤维，掺量为110%；采用硫铝酸盐快硬水泥和Ts型速凝剂提高早期抗裂性能；对旧混凝土表面喷砂或凿毛，增加新旧混凝土的整体性。

(4)钢筋混凝土桩加强。采用钢纤维混凝土对桩顶或桩尖局部增强，桩的穿透力有较大提高，锤击次数减少，大大提高打击速度。一般在桩顶和桩尖部位采用钢纤维混凝土，增强桩顶的抗冲击韧性，避免桩顶在打入设计深度以前出现破裂，并增加桩尖入土能力，提高打击速度。桩身部分仍用预应力或非预应力钢筋混凝土。当然也可以全断面整体浇筑钢纤维混凝土，但其经济效益会有所下降。

3.3 衬砌隧道和边坡防护加固

采用喷射钢纤维混凝土衬砌隧道是一种有效的技术措施。具有加强结构整体性和防止隧道渗漏水的作用。在边坡岩石节理裂隙发育的地质不良地段，采用普通混凝土支护并用喷射钢纤维混凝土加强或全截面采用喷射纤维混凝土支护加固。

4 钢纤维混凝土施工方面的控制

(1)泵送混凝土的质量控制。泵送混凝土的连续不间断地、均衡地供应，能保证混凝土泵送施工顺利进行。泵送混凝土要按照配合比要求、拌制得好，混凝土泵送时则不会产生堵塞。因此，泵送施工前周密地组织泵送混凝土的供应，对混凝土泵送施工是重要的。

泵送混凝土的供应，包括泵送混凝土的拌制和泵送混凝土的运送。泵送混凝土宜采用预拌混凝土，在商品混凝土工厂制备，用混凝土搅拌运输车运送至施工现场，这样制备的泵送混凝土容易保证质量。泵送混凝土由商品混凝土工厂制备时，应按国家现行标准，《预拌混凝土》的有关规定，在交货地点进行泵送混凝土的交货检验。拌制泵送混凝土时，应严格按混凝土配合比的规定对原材料进行计量，也应符合《预拌混凝土》中有关的规定。

混凝土搅拌时的投料顺序，应严格按规定投料。如配合比规定掺加粉煤灰时，则粉煤灰宜与水泥同步投料。外加剂的添加时间应符合配合比设计的要求，且宜滞后于水和水泥。泵送混凝土的最短搅拌时间，应符合《预拌混凝土》中有关的规定，一定要保证混凝土拌合物的均匀性，保证制备好的混凝土拌合物有符合要求的可泵性。

搅拌好的混凝土拌合物最好用混凝土搅拌运输车进行运输。现在大量使用的是搅拌筒6~7m，的混凝土搅拌运输车。用搅拌运输车运输途中，搅拌筒以3-6r/min的缓慢速度转动，不断搅拌混凝土拌合物，以防止其产生离析。

(2)混凝土泵送施工质量控制。开始泵送时，混凝土泵应在可慢速、匀速并随时可反泵的状态。待各方面情况都正常后再转人正常泵送。正常泵送时，泵送要连续进行，尽量不停顿，遇有运转不正常的情况，可放慢泵送速度。

5 钢纤维混凝土施工技术

钢纤维混凝土的施工，按其施工方法来分有浇注钢纤维混凝土、喷射钢纤维混凝土和灌浆钢纤维混凝土。钢纤维混凝土道桥工程质量的优劣，在很大程度上取决于施工质量。因此在钢纤维混凝土施工时，除了满足普通混凝土的施工要求外，还应特别重视钢纤维给施工带来的技术问题，确保钢纤维均匀分布在基体中。

(1)设置钢纤维分散装置。由于钢纤维一次性直接投入搅拌机易出现结团现象，为使钢纤维充分分散，宜将钢纤维通过分散机再进入搅拌机。钢纤维应事先与细骨料定量拌合均匀或选择直径较粗、材质较好的纤维，并在料斗入口处设置振动筛。

(2)搅拌投料顺序和搅拌时间。为防止钢纤维结团，需采取分级投料，先干后湿工艺。即按砂—钢纤维—碎石一水泥。混和料先在搅拌机内干拌1min,然后加水和外加剂湿拌2min。

(3)采用强制式搅拌机。钢纤维混凝土搅拌机，一般最好使用强制式搅拌机和双锥反转出料搅拌机。当纤维掺量较高和坍落度较小时。为不使搅拌机超负荷工作，搅拌机的利用率相应有所降低。

(4)浇注和振捣。钢纤维混凝土在浇注时，不得有明显的浇注接头。每次倒料相压15~20㎝,使钢纤维混凝土保持整体连续性。同时，钢纤维混凝土的浇注必须连续进行。因使用插入式振动棒插入钢纤维混凝±进行振捣会使钢纤维朝振动着的振动棒聚集，产生集束效应。为确保钢纤维的二维分布，宜使用平板振动器振捣成型。当采用振捣棒时，为保证边角混凝土密实，应使钢纤维纵向条状集束排列有利于抵抗板体收缩应力、温度应力及荷载的传递。振捣好的混凝土表面应抹平，将外露的钢纤维压人混凝土中，以防止露出表面的纤维锈蚀或刺人。

(5)成型。钢纤维混凝土具有粗骨料细、砂率大、纤维乱向分布的特点，因此钢纤维混凝土路面宜采用真空吸水工艺，机械抹平以防止钢纤维外露现象。采用压纹机压纹工艺以避免拉毛产生纤维外露现象。拆模后对纤维外露或漏振时，应及时处理。

(6)接缝施工。钢纤维混凝土的收缩性小、抗裂性能好。有条件封闭交通的施工路段，采用混凝土摊铺机可做成整幅式，不设纵缝。钢纤维浇筑要达设计强度5O%后切锯缩缝。

(7)运输。钢纤维混凝土在运输过程中，坍落度和含气量都会有损失，拌和物稠度下降。由于在运输时受到振动使钢纤维下沉影响了钢纤维混凝土的均匀性。因此钢纤维混凝土的运输距离应尽量缩短料斗出口尺寸要大—些。有条件时也可以采用泵送。

6 结语

钢纤维混凝土自发展以来，已在道路路面、桥面、机场跑道等工程中得到广泛应用，同时也取得了一定的经济效益和社会效益。由于钢纤维混凝土具有较大的抗拉强度，较高的抗裂性能和抗冲击性能，其用于路桥面铺装层可使其优越性能得以充分发挥，从而使道路路面、桥梁结构处于良好的工作状态。随着钢纤维生产技术的不断进步和基础理论的不断完善，钢纤维混凝土在路桥工程的应用将越来越广泛。

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