市政桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用

2020-11-26张健

商品与质量 2020年31期

张健

中交第四公路工程局有限公司北京 100022

现代桥梁建设已经开始大量使用钢纤维混凝土，应用后，桥梁承载力、拉伸强度均有一定提升，有助于提高桥梁整体质量与安全性[1]。要充分发挥出钢纤维混凝土的性能优势，需要进一步加强技术研究，提高技术应用合理性，规范施工操作。

1 钢纤维混凝土概述

（1）混凝土在工程建设中是一种广泛使用的材料，随着应用日益广泛，相关技术研究也在一直进行并且已经取得一系列成果。如今，混凝土材料种类不断增多，各有优势与适用范围，在现代工程建设中有重要应用价值。钢纤维混凝土是一种与传统混凝土结构表面相似但内涵不同的技术，其中加入了钢纤维，施工步骤相对增加，但因为钢纤维的存在，也有效降低的桥梁受到各种作用力出现裂缝、坍塌等的可能性，能够有效约束裂缝产生及发育，也提高了行车安全。

（2）钢纤维混凝土中的水泥基材承担了大量的混凝土外力作用，如果外力作用超过承受极限，会产生裂缝，此时钢纤维会发挥作用。钢纤维具有良好的约束力，可以提高结构整体承载能力，防止裂缝扩大或者桥梁断裂带来安全问题。不过钢纤维也有受力极限，一旦超出阈值，则纤维也会受损，所以在出现问题后需要及时处理。

（3）钢纤维混凝土有较多技术优势，有良好的抗疲劳、抗压缩性能，能够改善混凝土结构的物理性能，提高强度、优化重量比；可以进一步提高结构的整体拉伸、弯曲、极限强度，抗裂、耐冲击，可提高桥梁使用安全性。例如，桥梁越重对结构性能的要求越高，技术要求越高，超过承重极限会导致桥梁坍塌等问题。采用钢纤维混凝土，能够在不增加重量的情况下提高结构强度，可以在适当降低结构重量的情况下达到同样的强度等性能要求，有利于减重；也可以改善因温度变化导致的各种裂缝问题[2]。

2 钢纤维混凝土施工技术

现如今，性能优良的钢纤维混凝土应用日益广泛，在此就这一技术实际施工操作进行介绍。

2.1 施工前期准备

准备工作做足，是提高施工连贯性、保证施工质量的基础。

（1）钢纤维选择。选择的钢纤维要有足够的抗拉强度并且抗冲击、抗裂、抗疲劳、抗剪性能力满足工程要求。

（2）水泥、砂选择。通常水对泥、砂没有额外要求，一般使用普通的硅酸盐水泥即可，砂的规格要符合实际施工要求。

（3）碎石选择。桥梁工程中，碎石是桥面摊铺基石，必须控制好粒径，要符合粒径要求以及混凝土浇筑作业标准，通常情况下，5～20mm粒径的碎石即可。

2.2 钢纤维分散

钢纤维在投入搅拌机前需要先分散处理，这是因为钢纤维受搅拌影响很容易结团。可以使用分散机分散纤维，之后分批次投入搅拌机。此外，可以选择一些较粗的、性能更高的纤维，也可以在搅拌中将细骨料、钢纤维充分拌合，料斗入口设振动筛。

2.3 原材料投放

必须严格执行投放顺序要求。在原料、设备均已就位后，依次向搅拌机中投入各种原料搅拌。顺序为砂石——钢纤维——水泥——水。在投放的过程中，也要规范投放方式。通常情况下应分散投放，可以有效降低搅拌中钢纤维结团的可能性。

2.4 运输

运输也是需要注意的一个环节。在拌和完毕后，随着时间推移，混凝土的性能会受到一定影响，性能与时间成反比关系。钢纤维混凝土对混凝土拌和质量有更高要求，所以，需要尽量减少运输距离，尽快浇筑作业，尽量扩大出料口，最好采用泵送形式完成浇筑作业。另外，要减少运输途中的明显振动，以免拌合物中的钢纤维下沉影响均匀性。

2.5 浇筑与振捣

混凝土施工中浇筑、振捣一直是重要的施工环节，会对最终质量产生很大影响，钢纤维混凝土施工同样如此。在实际施工中，必须保证混凝土浇筑连续作业并要注意浇筑接头的处理，尽量减少接头。倒料应多压15～20cm宽度，确保接触、结合处处理质量达到要求，提高钢纤维混凝土整体性。振捣可以使用常见的插入式振动棒，在振捣时，应注意控制钢纤维向振动方向移动、聚集，以最终形成团簇效应为合格；实际工作中，也可以利用平板振捣器改善钢纤维二维分布情况。出于确保混凝土边缘致密效果考虑，要使钢纤维呈纵向带束状排列，这一做法可有效改善应力与载荷。另外，振捣施工结束后，混凝土表面需要进行抹平处理，一些钢纤维会暴露在表面，应当妥善压实处理，以免这些纤维与空气水分接触导致生锈问题。

2.6 钢纤维混凝土罩面

罩面可以修复已经受损的既有混凝土结构路面，是道路桥梁养护工作中常采用的处理技术。钢纤维混凝土材料有优秀的塑性，可以明显提升混凝土整体抗拉、抗弯、抗裂能力。所以，在维修、养护工作中，可以使用钢纤维混凝土罩面对既有路面质量问题进行有效修复，可以在一定程度上提升路面性能、延长路桥的使用寿命。这一技术能够减薄表层结构厚度、优化接头，同时维护造价较低，实际应用发现具有明显经济、社会效益。这种材料的罩面可分为结合型、直接型以及分离型。其中，第一种是将新混凝土层和旧混凝土表层结合，提高整体强度；第二种是将新覆盖层独立出来，不与既有混凝土结合并且设隔离层以防止粘结，独自发挥作用；最后一种是直接加在既有路面表层，通常用于一些损害较轻的混凝土路面修补工作中。

3 在桥梁施工中的应用

钢纤维混凝土应用优势明显，也具有一定的推广价值，在桥梁施工中，钢纤维混凝土具有较高应用价值：

3.1 桥面铺装

桥梁施工中，可以在桥面铺装中代替传统的混凝土使用，能够明显提高桥梁的整体刚度。同时，因为单位体积的钢纤维混凝土结构相较普遍混凝土结构而言强度更高，所以可以适当降低混凝土铺装厚度，进而明显减轻桥梁自重，也可以提高桥梁抗裂性能，有助于桥梁维持长期稳定状态，提升交通安全性。

3.2 局部结构加固

桥梁长期运营使用会逐渐出现面板、墩台剥落以及裂缝等问题，对于这些问题，可以在病害部位利用喷射机均匀喷洒5～20cm的钢纤维混凝土，可以阻止病害发育，提高结构各项基础性能。通常在混凝土中使用的短钢纤维是剪切型的钢纤维，一般添加比例为1:100；也可以在材料中酌情加入TS速凝剂、硫铝酸盐快硬水泥，能够进一步提高结构早期抗裂性能。

3.3 强化钢筋混凝土桩

如果在混凝土桩顶、桩尖采用钢纤维混凝土材料，能够明显提升桩的实际穿透力。通过应用钢纤维混凝土，可以有效提升抗冲击能力以及桩体整体韧性水平，减少冲击频率；也可以有效预防桩尖在达到预期深度前就已经破裂的问题，可以维持桩尖强度，提高实际进土深度，使打击速度进一步提升。不过在实际工作中，采用钢纤维混凝土也会遇到一些现实问题，例如其本身造价更高，会在很大程度上提高资金投入水平。所以，通常情况下，桩身会采用钢筋混凝土而不是全部使用钢纤维混凝土。

4 在寒冷环境下的应用

（1）我国北方地区相对寒冷，冬季很多地区气温会不足0℃，容易受冻害。炎热、寒冷都会对工程施工质量产生影响，寒冷对混凝土的影响更大，也更难处理。一般混凝土混合料不适合在高寒地区寒冷环境下施工，冬季被迫停工，从而影响建设工期。而钢纤维混凝土则对寒冷环境具有一定的适应能力，可以保证施工质量，有助于缩短工期。

（2）北方冬季施工，如果使用钢纤维混凝土材料，施工时，出于预防混凝土因天气寒冷快速硬化考虑，必须提前做好各项准备工作，在施工时力求快速施工，尽快完成；也可以酌情添加一些水分，不过实际施工中，随意加水必然带来质量问题，影响配合比科学性，摊铺、浇筑更需要严格控制水或者其他掺和物的添加量，如果一定要添加，必须先科学计算添加量，推测影响。另外，运输、摊铺作业也必须根据相关规范开展，以免影响工程质量。摊铺作业必须实时做好混凝土温度监测工作，以免温度过低影响质量[3]。