钢纤维混凝土的工程应用研究

■赵素艳 ■内蒙古交通职业技术学院，内蒙古 赤峰 024005

钢纤维混凝土施工技术的引用为路桥结构造型、工艺手段等方面提供良好的技术基础，其能够有效结合施工中涉及的技术与材料设备等内容，实现资源合理配置的要求，保证路桥施工的质量。钢纤维混凝土在路桥工程中应用比较多，并且收到了良好的效果，从整体上提高了道路施工的工艺水平，加速了建筑工程的发展。

1 钢纤维混凝土基本概述

钢纤维混凝土的多重优良特性主要得益于其自身的增强机理。从复合力学理论角度，钢纤维混凝土作为纤维强化体系，通过混合原理可以对混凝土在强度、应力以及弹性模量等方面进行推导，而在纤维方向系数的引入下，能够对纤维的分布情况以及实际体积率进行充分考虑。从纤维间距理论角度，裂缝所受到的钢纤维约束作用主要以相关的断裂力学原理进行分析，其认为为使混凝土抗拉强度得以增强，应使混凝土内部存在的缺陷尺寸减小。但在实际施工应用过程中，存在较多影响钢纤维混凝土性能的因素如钢纤维自身的类型、长径比以及其他砂率、粗骨料以及掺合料等。特别在面层板较薄的情况下，路面材料若选择钢纤维混凝土，其性能将受到地下排水情况的影响。

2 钢纤维混凝土技术

2.1 钢纤维混凝土的增强机理

在影响纤维混凝土的抗裂强度的众多因素中，纤维间距是具有决定作用的。纤维间距是指纤维能够对裂缝发生和发展施加约束作用。研究理论表明，混凝土内部存在结构松散、抗震性能差等缺陷，想要提高这种材料的整体性能，就必须尽可能地降低这些缺陷的影响。纤维混凝土与普通混凝土相比，其性能之所以能得到提高，根本原因就是由于钢纤维的掺入改善了混凝土内部的结构，加强了材料之间的粘合性，使整体形成松散的但是相互作用的的不规则结构。

2.2 钢纤维混凝土的优良性能

(1)抗弯性能得到强化。此类混凝土结构是利用传统混凝土和钢纤维混合形成的，一身兼备传统混凝土结构和钢纤维二者的优点。这种材料利用了钢纤维的分布不规则的特性，对混凝土进行强化。在实际施工中，加入钢纤维的混凝土结构，具备了超出之前0.5 倍到1.5 倍的抗弯性能。

(2)变形性能改善。当钢纤维掺量为0.8%到2%之间时，钢纤维混凝土的抗压韧性能够提高二到七倍，弯曲冲击韧性也可以提高二到四倍。用板式试验落锤法对其冲击韧性进行测试，发现其所能够承受的韧性提升水平，达到了惊人的五十至一百倍，甚至更好。

(3)较高的抗压性、抗拉能力。在一项实验中，将一般的混凝土中掺杂0.8%～2.0%钢纤维，此时混凝土的冲击韧性就会提升，和一般混凝土比较，会有其50～100 倍的抗冲击能力。在一般的混凝土不能承受的外力情况下，例如地震，加入了钢纤维混凝土后，道路的破坏程度就会相对较小，抗压能力得到有效的提升。

(4)混凝土的变形性能突出。掺入钢纤维的混凝土复合物，重量会加重，但对混凝土自身影响比较小，然而复合物的弹性会得到提升。在使用时间相同的情况下，钢纤维混凝土道路的使用寿命更长，并且道路的路面形状、收缩程度也会比较好。

2.3 钢纤维混凝土路面的主要施工工艺

2.3.1 钢纤维混凝土路面的施工特点和要求

(1)钢纤维在混凝土的混合料中，必须具有良好的分散性和均匀性，这是保证钢纤维混凝土路面施工质量的关键。(2)在保证路面混凝土一定的强度的基础上，应使钢纤维混凝土混合料有良好的和易性，以便于施工。(3)要有良好的路面表面性质。

2.3.2 工艺流程

备料和混合料配合比设计一测量放样一基层检验和整修—支立模板—拌和混凝土一溜槽运输混凝土一泵送混凝土—摊铺下层混凝土—振动棒振捣混凝土—平板振动器振捣混凝土一摊铺上层混凝土一补足混凝土一表面整修一接缝施工一养生一拆模一填嵌缝料。对于全纤维混凝土则一次性摊铺，不再分层。

2.3.3 钢纤维混凝土配比要求

钢纤维混凝土施工技术应用效果的实现要求施工施工材料配比能够满足基本要求。为使路桥施工中路面的厚度以及桥梁的抗弯强度等得以提高，需进行钢纤维混凝土的合理配比，具体根据施工相关的配制强度系数、强度设计等确定试配强度。一般确定钢纤维混凝土强度值需引用fftm=ftm(1 +atmPfLf.df)的公式，公式中的fftm 便为其抗拆强度设计值;而表示材料抗强度值的为ftm;抗拆度受钢纤维影响系数为atm，该数值确定过程中需进行相关的试验;钢纤维体积率以pf 表示;钢纤维长径比以Lf.df 表示。通过对试配配合比例的确定，才可使钢纤维混凝土中水与灰的比例能够满足施工要求。

2.3.4 运输与浇筑

混凝土主要采用自卸运输车运输，到达施工地点进行浇筑时，高度不应超过1.5m。钢纤维混凝土使用人工摊铺的方式，将其大致摊铺整平，摊铺后用平板振动器振捣，要保证持续一定时间直到混凝土停止下沉，不再冒气泡并泛出水泥浆，振捣时间不宜超过合适范围。振捣时要人工找平，混凝土整平采用振动梁振捣拖平，再用钢滚筒依次滚压再进一步进行整平，最后混凝土的表面不得裸露钢纤维。在做面时应该分两次进行，即先找平抹平，等到混凝土表面不再泌水时，再进行第二次抹平。抹平后沿着模板的方向实施拉毛，拉毛深度大约一到两毫米。拉毛时尽量避免带出钢纤维，如果使用滚式压纹器进行处理则效果更佳。

2.3.5 施工方式的要求

实际施工中，引用钢纤维混凝土技术要注重正确的施工方式。因为在搅拌过程中极易出现纤维结团现象，所以施工人员可将搅拌量控制在80%左右，并注意均匀搅拌。同时，使用滚动式搅拌机过程时需做好适时浇水工作。若实际施工过程中发现存在结团纤维，应及时将其取出，避免钢纤维混凝土施工质量受到影响。

2.3.6 成型

钢纤维混凝土具有纤维乱向分布、砂率大、粗骨料细等方面的特点，因此钢纤维混凝土路面是以采用机械抹平、真空吸水工艺，这样能够有效的防止路面出现钢纤维外露的状况。拆模后，如果发现漏振或者纤维外露的状况，应该采用压纹机压纹工艺进行纤维外露的处理，保证钢纤维混凝土的施工质量。

2.3.7 注意事项

由于纤维混凝土对自身材料构成比例有着严格的要求，所以在材料配比工作中有许多的因素需要进行把控，以便达到纤维混凝土的严格标准，保证其优良性能，提高工程整体质量。注意事项主要体现在一下几个方面:(1)由于钢纤维混凝配比对水的比例要求很严格，因此不宜在阴雨天气或者风力较大的情况下进行施工。最佳选择是晴好天气，遇到下雨情况时必须停止施工，并立即使用土工布等工具覆盖尚未硬化的混凝土桥面，在必要时可以搭建临时施工防雨棚，及时完成剩余工作。(2)根据气温、风力条件的变化及时调整钢纤维混凝土的用水比例，保证达到要求标准，施工时间应安排在气温不高于22℃时进行。(3)气温较高或大风条件下应及时对养生剂的喷洒量进行调整，养生剂喷洒后工作人员应及时给予覆盖土工布等保护措施，辅助混凝土按时成型。混凝土初凝后应该在土工布上洒水湿润，增加湿度，防止桥面因为干燥发生收缩开裂的现象。(4)如果在通行条件下进行桥梁加宽工程，使用钢纤维混凝土铺装桥面时，一方面要保证施工现场道路通畅;另一方面，由于车辆通行时产生的颠簸会造成旧桥桥面震动，进而导致新铺钢纤维混凝土的开裂，因此建议在新旧桥桥面间之间保留30 cm的间隔带，暂时保留不做铺装，以便新格面铺装成型后再补做。

3 结合实例分析钢纤维混凝土在路桥工程中的应用

3.1 装配式空心板桥(工程实例)的结构概况

洛阳市某桥为三跨空心板桥，该桥使用混凝土结构，单跨跨径为13m，全长39m。本次工程中使用了钢钎维混凝土，使用了先进的施工工艺以及优良材质，整体工程呈现效果良好。本次工程的工艺流程如下:准备→钢筋铺设→模板安装→钢纤维混凝土的搅拌→运输→混凝土摊铺→振捣棒振捣→平板振振捣→表面拉毛→切缝→养护。

3.2 钢纤维混凝土在路桥工程中的具体应用

(1)从桥面铺装角度。路桥施工中涉及的桥面铺装当前采用的主要为钢纤维混凝土，其应用的优势主要体现在使桥面的抗裂性能、耐磨性能以及舒适度大幅度提高。而且桥梁本身的刚度与抗压能力在应用钢纤维混凝土后得到大幅度提高。对于传统路桥铺装中存在的自重结构、厚度以及受力情况也得以改善。

(2)从路桥结构加固角度。路桥结构加固主要针对受动载影响而产生的桥梁表面损坏、裂缝出现以及桥梁墩台的情况而提出的，利用钢纤维混凝土过程中通常需引入能够达到一定喷射范围标准的喷射机。这样可使钢纤维混凝土应用中使桥梁的整体结构得以加固，并符合抗震要求。施工中对钢纤维进行修整所采用的主要以剪切方式为主，为保证桥梁抗裂性能提高可将速凝剂与硫铝酸盐等共同使用。

(3)从桩基础加强角度。桩顶与桩尖的强度是影响路桥施工质量的关键因素，通过钢纤维混凝土的应用，不仅使其局部硬度得以增强，而且使桩的穿透性得到提高。同时，在桩顶的抗打击性与韧性提高的条件下，减少桩顶破裂现象的发生。但需注意的是很多路桥施工中即使禁用钢纤维混凝土，但在桩身方面所选取的仍为传统预应力与非预应力的钢筋混凝土，若进行断面的整体浇筑，将浪费大量的资源，因此这种情况不宜运用钢纤维混凝土施工技术。

3.3 钢纤维混凝土桥面铺装层使用性能分析

(1)减少铺装层裂缝和推迟裂缝出现时间。裂缝是桥面铺装最常见的问题，按照裂缝产生的不同原因，可将裂缝分为干缩裂缝、温度裂缝和疲劳裂缝三种不同形式。一定量的钢纤维可以在混凝土内部混乱分布的支撑结构，从而阻止混凝土干缩。同时混凝土的抗疲劳性能也能得到提高，可以提高对重复荷载作用的抵抗能力。

(2)减薄铺装的厚度。钢纤维混凝土的抗拉、抗剪和弯曲韧性等力学性能都较素混凝土明显提高，在相同荷载条件下，铺装厚度可减少百分之三十到五十，这样既减少了工程施工量又降低了桥梁自重。

(3)加强桥面铺装与伸缩缝的连接强度。在桥面工程中，伸缩缝一直是一个薄弱环节。车辆在刚性桥面和柔性伸缩缝之间不断转换，会形成振动，并且释放出巨大能量，这对伸缩缝与混凝土连接结构有非常大的破坏力。钢纤维混凝土桥面铺装层的抗冲击能力较强，桥面振动小。车辆经过时，钢纤维混凝土路面实测振动加速度仅占普通混凝土路面的极小比例。这说明钢纤维混凝土桥面具有优良的韧性和较强的耐冲击性，这些特性保证桥面与伸缩缝连接钢筋粘接牢固，伸缩缝变形、位移或翘曲程度达到较低值，提高了伸缩缝的使用年限。

(4)提高桥面的使用寿命。钢纤维混凝土抗裂性能、耐磨性都比较高，在重交通压力下，钢纤维混凝土桥面铺装层底面裂缝的发展也十分缓慢，出现的裂缝也是窄小、不连续的，开裂后延性非常好，而且抗冻融性也很好。这都会有利于提高桥面和桥梁的使用寿命。

(5)加强了桥梁整体的安全性。在桥梁工程中，因当下的交通量、车辆荷重及车速都不断增大，素混凝土已难以满足这种要求，而钢纤维混凝土却能适应这种形势。钢纤维混凝土能够提高桥面的使用功能，不仅大大提高极限荷载，而且具备较高的塑性性能。钢纤维应用在桥梁结构中，可减小桥面的自身重量和材料重量，从而能在在整体上加强了桥梁结构的安全性、可靠性。

3.4 钢纤维混凝土的其他应用

钢纤维混凝土施工技术不仅在路桥施工中得到使用，而且对隧道和边坡的防护加固也有很重要的作用。在隧道工程中使用喷射衬砌的方法，不仅可以使隧道结构整体得到强化，而且还能够避免发生隧道渗漏水现象。另外，对于一些例如岩石节理产生裂缝等地质条件差的地段，需要在全截面采用喷射钢纤维混凝土或局部喷射钢纤维混凝土支护工作，对边坡进行加固防护。

4 结束语

总而言之，钢纤维混凝土作为一种新型材料，凭借自身诸多的优势在工程现场得到快速推广，特别是在路桥工程施工中，它的各方面表现要远远高于普通混凝土，能够提高整个工程的施工水平和质量，给工程行业带来巨大发展。只要在具体施工中采用合理的施工技术，并控制好施工质量，便可以有效确保工程的整体质量。钢纤维混凝土的应用在我国工程建设的发展过程中具有非常重要的意义。

［1］王立生，陈川峰.试析路桥施工中钢纤维混凝土施工技术应用［J］.江西建材，2015(07).

［2］葛文宇.浅谈钢纤维混凝土技术在路桥施工中的应用［J］.科技创新与应用，2015(05).