道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术应用探讨

金邦柱

（呼伦贝尔市市政公用事业管理局，内蒙古呼伦贝尔021008）

道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术应用探讨

金邦柱

（呼伦贝尔市市政公用事业管理局，内蒙古呼伦贝尔021008）

简析钢纤维混凝土的应用优势、使用特点，并进一步探讨了路桥工程实践中钢纤维混凝土技术的应用和要点，希望有所指导和帮助。

道路桥梁；钢纤维混凝土技术；优势；实践应用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.069

1 引言

对于路桥项目施工而言，传统的钢混结构要想达到设计承载需求值，其施工成本相对高昂，同时钢筋混凝土材料也在很大程度上破坏了周围环境。钢纤维混凝土是一种新型建筑材料，是将一定量的钢纤维加入混凝土中，减少水泥用量并强化结构承载性能，同时也有效节约了工程成本支出。在当前部分大型市政基础建设项目或者道路桥梁施工项目中，钢纤维混凝土的应用极为广泛，因而探讨钢纤维混凝土技术在路桥项目施工中的应用具有积极的现实意义[1]。

2 钢纤维混凝土技术的使用特点分析

按照制造方法不同可将钢纤维材料分为抗剪纤维、环切纤维以及抗压纤维3种，三者差异主要表现在材料抗外力性能不同，但具有较为接近的承载效果。通过实验对比我们发现，将钢纤维材料掺入混凝土中可大大提高结构抗压强度，其抗压数值约为普通混凝土的5倍作用，抗拉强度则高出约3倍。分析其作用机理发现，钢纤维能够控制竖向的混凝土裂缝，并在受弯或者受拉侧作为承力单位，其中纤维材料最先承力，待其承受能力达到最大荷载数值时，混凝土体开始承力。这样一来，结构体承载能力明显增强，当钢纤维材料在荷载作用影响下发生变形后，混凝土结构也将发生相应形变，二者最终达到共同屈服状态[2]。

钢纤维材料均匀分布于混凝土构件上，混凝土与钢纤维以硬化的方式粘合为一体，共同承受荷载。实验证明，混凝土材料中钢纤维量掺入量为0.4%～0.6%时，结构抗剪能力大幅提升，抗变形能力也得到显著改善。与以往弹性模量相比，钢纤维材料结构弹性模量明显提升，收缩率随之下降。路桥项目建设与使用期间，温度等附加应力往往是引起混凝土裂缝以及失稳的重要影响因素，而钢纤维混凝土材料可有效提升结构体抗温度应力性能，防止附加应力影响而出现桥梁失稳的问题。

3 钢纤维性能与钢纤维混凝土性能

3.1 钢纤维

按照制造方式的差异可将钢纤维分为如下四种：熔抽钢纤维、切断钢纤维、剪切钢纤维以及切削钢纤维。熔抽钢纤维来自熔融的钢水，其强度受熔融温度和熔融钢材料的影响，表面氧化层不规则，强度相对较低，且氧化层对混凝土和钢纤维之间的粘结强度产生严重影响。切断钢纤维抗拉强度超强，但是与混凝土之间的粘结效果较差，需要对表面实施变形处理，制备为末端带钩、表面刻印或者波纹型钢纤维，使之与混凝土之间的粘结性得到有效提升。剪切钢纤维抗拉强度数值约在440～780MPa，由剪切冷轧薄板制造而成，其厚度一般在0.18～0.48mm范围内，宽度值通常不超过0.24～0.88mm，和混凝土的粘结效果较好。切削钢纤维是厚钢板、软钢锭经过旋转铣刀切削制造而成，其粘结性较好，截面呈三角形，具有较高的强度。

3.2 钢纤维混凝土

将定量的钢纤维均匀分布于普通混凝土表层即为钢纤维混凝土，钢纤维混凝土具有更为优异的性能，其优势主要表现在如下几点：（1）具有较高的抗冻性和耐磨性；（2）具有良好的抗剪性能；（3）可有效抑制或组织温度应力裂缝；（4）具有良好的抗裂以及抗疲劳性能；（5）具有较高的抗变形能力以及抗冲击性能；（6）具有较高的抗拉、抗弯折以及抗压极限强度；（7）质量与强度比值较大。将混凝土与钢纤维混合可有效改善外力作用引起的混凝土裂缝扩张。一旦有外力作用施加到结构体上，钢纤维和混凝土将会协同抵御外力影响，这种复合受力方式大大提升了混凝土结构体的抗拉强度。对于钢纤维混凝土来说，其强度影响因素主要包括粗骨料最大粒径、长径比、砂率、掺量、减水剂以及钢纤维类型，等等。

4 钢纤维混凝土的设计

制备钢纤维混凝土时，技术人员应遵循普通混凝土配合比原则来选择和设计钢纤维混凝土的配合比，条件允许的情况下技术人员可结合现场实际情况进行试验，结合实验数据确定配合比。应根据基材强度选择与之相当的钢纤维品种，并确保其抗拉极限数值不低于480MPa，其中钢纤维含量约为0.46%～1.96%。熔抽钢纤维以中低标号混凝土为佳，剪切钢纤维则以高标号混凝土为佳，同时应控制钢纤维长径比，确保其力学特性符合设计与施工要求。一般情况下钢纤维直径最小值应不超过0.42～0.65mm这一范围，钢纤维长度不宜过长。与同标号混凝土相比，钢纤维细石混凝土含砂率略高，主骨料最大粒径不超过15mm，确保基体和钢纤维之间能够牢固固结。控制钢纤维长径比在45～75范围内，同时还应对搅拌时间予以严格控制；可适量加入减水剂、外掺剂，以改善混合料施工，保证施工质量的同时减少水泥用量。

5 道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用

5.1 桥梁施工方面

以某市政路桥项目施工为例，该项目长度为1244m，为双向2车道，宽为15.8m，桥梁斜拉桥主梁、箱梁以及吊桥均为钢纤维混凝土。

1）桥面铺装。将钢纤维混凝土铺设于桥梁表面可提高桥梁结构抗折强度与刚度性能，同时也可降低铺装厚度，合理控制桥梁自重，桥梁结构受力状况得到改善。除此之外，桥梁耐久性和抗裂性能有显著提升，使用寿命大大延长。

2）钢筋混凝土桩结构的强化。一般来说，在混凝土桩尖或者桩顶使用钢纤维混凝土有利于提高桩的穿透性，同时也可强化桩顶韧性以及抗冲击强度，锤击次数随之减少，较好地解决了锤击过程中可能导致桩顶被击穿的问题，同时桩尖进土效果明显增强，打击速度大幅提升。应强调的是，倘若桥梁结构体全部采用钢纤维混凝土材料，则会耗费巨量资金，所以在桩身部分的设计中依然采用非预应力或者预应力钢筋混凝土材料，确保桥梁整体强度的基础上合理控制施工成本。

3）局部结构的加固。一般情况下制备钢纤维混凝土时应选择切削钢纤维或者剪切钢纤维，并合理控制掺入量，以不超过0.9%为宜。通过转子II型喷射机将钢纤维混凝土喷射在桥面上，喷射厚度为4～18cm，这样可保证桥梁整体结构稳定性与安全性要求，加强桥梁主体抗震性能，同时还可避免加固作用下桥面、桥梁墩台以及桥面板裂缝等局部发生表层剥落或者损坏等问题。此外也可采用TS速凝剂或者硫酸盐快凝水泥来强化桥梁主体薄弱部位，优化结构早期抗裂能力。

4）隧道衬砌以及边坡防护操作。对于部分地质状况较差的路段，施工过程中我们应在普通水泥支护基础上采用钢纤维混凝土外喷的方式加以强化，避免边坡岩石意外脱落对桥面造成损害。如果经济条件许可，还可制定钢纤维混凝土全截面喷射的强化方案，以发挥支护以及加固的作用。对于隧道衬砌而言，钢纤维混凝土喷射强固方案防护作用极佳，其有利于提高隧道抗渗漏性能，促使隧道结构整体性的提升[3]。

5.2 道路施工方面

以某市政道路项目建设为例，该道路为双向六车道，全长29700.8m，最大直线长度773.4m，钢纤维混凝土路面耐磨性以及冻融性良好，且铺装厚度较小，横向缩缝较小，可不设或者少设纵缝，因而在设计该工程路面施工方案时选择钢纤维混凝土技术。

1）路面为复合式钢纤维混凝土。一般情况下复合式钢纤维混凝土路面表现为双层式或者三层式，前者上层为钢纤维混凝土，厚度约占路面的35%～55%，下层材料为普通混凝土。三层复合钢纤维混凝土上层和下层均为钢纤维混凝土材料，中间层则为普通混凝土。三层式路面具有更强的耐久性，但施工工艺以及设计结构较为复杂，对工程施工人员施工经验具有较高的要求，且设计方案成本较高，一般适用于机械化水平较高的地域。

2）路面碾压与强化。在碾压混凝土中加入钢纤维，可进一步优化碾压混凝土物理特性，从而大幅提升路面强度以及韧性。

3）路面采用全截面钢纤维混凝土铺设。本项目为双向六车道，所以不设纵缝，路面横缝间距最大数值为45m，一般间距数值不超过25～35m。路面以全截面钢纤维混凝土铺设，铺装厚度一般为常规混凝土路面铺装厚度数值的45%～55%，其中钢纤维掺量保持在0.75%～1.15%。

4）采用钢纤维水泥砂浆或者细石混凝土罩面。该项目施工中，施工人员主要采用钢纤维水泥砂浆或者细石混凝土罩面来修补路面，钢纤维长径比不宜超过75～95，此外钢纤维体积率不宜超过0.9%～1.8%[4]。

6 路桥施工中钢纤维混凝土技术的要点

1）应结合工程实际情况来确定混凝土强度等级和钢纤维类型，同时还应合理选择施工搅拌机械，保证搅拌机作业效率，防止超负荷运转。

2）搅拌机作业过程中应合理确定原材料投放顺序，一般以分级投料方式为主，即砂石—钢纤维—水泥—水，其中钢纤维投料环节应注意利用分散装置，先规范整理钢纤维，然后分散投入，防止搅拌过程中引起钢纤维固结的问题。搅拌时应遵循先干后湿的原则，即先将原材料一一加入搅拌机，不加添加剂或者水，搅拌1min后再加入添加剂或者水，继续搅拌2min。

3）浇筑振捣。浇筑钢纤维混凝土时应注意控制浇筑接头，浇筑作业应具有连续性，每次倒料相压长度在14～28cm左右。采用振捣棒振捣时应确保边角部位混凝土的处理，务必振捣密实，以强化混凝土对于荷载传递、温度应力以及收缩应力的抵抗力。振捣完毕后应抹平钢纤维混凝土表面，以免其中钢纤维露出表面并发生锈蚀。

7 结语

随着路桥施工工艺与技术的不断发展与完善，施工材料也推陈出新。与普通混凝土相比，钢纤维混凝土具有突出优势，其应用也日趋广泛。本文主要论述了钢纤维混凝土技术在路桥施工中的应用，希望有所帮助。

【1】陈林.浅谈我国道路桥梁施工技术的现状及发展趋势[J].中华民居, 2012(22):310-311.

【2】卢志扬.市政路桥施工中钢纤维混凝土技术的应用研究[J].建筑工程技术与设计,2015(18):1081-1081.

【3】钟霖.探析路桥工程施工中几种常见的路桥施工技术[J].中华民居, 2012(7):171.

【4】杨宝成.浅谈路桥施工技术对软土地基处理方法[J].建材与装饰,2015 (39):281-282.

The Application of Steel Fiber Reinforced Concrete Technology in Road&Bridge Construction

JIN Bang-zhu
（Hulunbuir Municipal Public Utilities Administration,Hulunbuir 021008,China）

The paper makes a brief analysis of the advantages and characteristics of steel fiber concrete application.And it further explores the application and key points in road and bridge engineering practice of steel fiber reinforced concrete technology,hoping to guide and help.

road and bridge;steel fiber reinforced concrete technology;advantage;practical application

U445；U414

A

1007-9467（2016）08-0126-02

2016-08-10

金邦柱（1964～），男，内蒙古呼伦贝尔人，工程师，从事道路桥梁研究。