道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用分析

2021-06-28杨玉森

运输经理世界 2021年34期

杨玉森

（山东汇达新型建筑材料有限公司，山东济南250000）

0 引言

随着我国城市化进程不断加快，道路桥梁建设项目也越来越多，道路桥梁建设项目的质量也越来越受到重视。为提高道路桥梁的安全性与稳定性，相关产业技术人才在原有的施工技术基础上研究出了钢纤维混凝土技术，该技术能够更好地保证道路桥梁的安全性，也能为道路桥梁工程的发展奠定良好的基础。

1 钢纤维混凝土概念

道路桥梁在投入使用后，在外部载荷的作用下，普通混凝土构件容易发生较大的变形，会为道路桥梁以后的正常运行和维修造成一定的影响，而采用钢纤维混凝土则能很大程度上避免混凝土构件变形。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维而形成的一种新型多相复合材料，能明显提高混凝土的强度和延展性，进而提高道路桥梁的稳定性与安全性[1]。

一般情况下，切断型钢纤维、剪切型钢纤维、铣削型钢纤维和熔抽型钢纤维等都可以添加到混凝土中，由于不同钢纤维的特性存在差异，在混凝土中加入不同的钢种，混凝土的强度和硬度也会有一定的差异。例如，切断型钢纤维的原材料为小直径冷拔钢丝，切割后将其与混凝土结合，能够大大提高混凝土的拉伸性能。

2 钢纤维的具体种类

目前，世界上钢纤维的应用有四大类：切断型钢纤维、剪切型钢纤维、铣削型钢纤维和熔抽型钢纤维。它们的特性不同，区别在于生产过程的不同。切削出来的钢纤维具有很好的附着力，用钢锭和更厚的钢板制造而成，其硬度要比其他材料高得多。剪切钢种的粗细均小于0.5mm，其生产原料为剪裁、冷轧、薄板坯，其抗拉强和黏附力均属中等水平。切割钢种具有很高的拉伸强度，但由于其胶接能力很低，很难与水泥配合。熔抽钢丝具有广泛的弹性和高拉伸性能，但是它的结合能力很差，这是由于它采用的是高温的钢材，以致在它的表层上有一种氧化物。

3 钢纤维和钢纤维混凝土性能

3.1 钢纤维性能分析

钢纤维自身有一定的弹性，且在实际应用中拉伸强度大，因而能够更好地应对外部的环境，减少破裂情况的出现[2]。钢纤维是一种高强度、高硬度、高韧性的纤维，将之与混凝土结合能改变混凝土的一些性能，提高品质，能使其更好地满足施工需要。由于钢纤维的生产工艺不同，所以不同钢纤维的含碳量、凝固方式等存在较大的差异。

钢纤维按工程需要分为四类：切断型钢纤维、剪切型钢纤维、铣削型钢纤维和熔抽型钢纤维。切断型钢纤维以低碳合金为基材，其特征在于抗拉性能较好，抗拉强度可达1150～3000MP，钢纤维混凝土的抗拉性能要比普通混凝土好很多。

然而，切断型钢纤维与混凝土的黏结强度较低。为提高二者的黏结性，可改变切断型钢纤维的形态，如对切断型钢纤维进行清洁，去除油脂及杂质，在材料上添加刻痕，改善其附着力，这样就能使混凝土与切断型钢纤维层更好地黏结。剪切型钢纤维是由冷轧带钢经剪切形成的，也有很高的抗拉强度，且与切断型钢纤维相比，该材料与混凝土的黏结强度要高很多。铣削型钢纤维由钢锭铣削工艺制作而成，抗拉强度高，韧性与分散性较好，与混凝土黏结效果较好。熔抽型钢纤维采用熔抽法生产，该材料具有很好的弹性和拉伸性能，但表面容易发生氧化，所以与混凝土的黏合性较差。

3.2 钢纤维混凝土性能

钢纤维混凝土是将钢纤维和普通混凝土混合在一起，能够显著提高普通混凝土的各种性能。钢纤维混凝土具有较普通混凝土有更高的力学性能，较一般的钢筋混凝土有更大的强度和刚度，在道路桥梁施工中有较好的使用效果。

第一，钢纤维一般都具有较高的抗张性能，因而，将之添加在混凝土中，能有效地改善混凝土的极限拉伸和弯曲性能，使其在使用过程中不会发生开裂和变形，从而增强了道路桥梁的使用安全性。

第二，钢纤维混凝土具有较好的抗冻融能力，北方地区冬季的气温较低，极易发生冻害，而应用钢纤维混凝土可以有效提高道路桥梁的抗冻害性能。

第三，加入钢纤维后，混凝土的弹性模量也会有显著提高。由于外部的温度和环境的改变，一般的混凝土在长期的使用中会发生变形和收缩，而在混凝土中加入钢纤维，可以有效增强混凝土的韧性，进而提高其抗剪能力，从而使道路桥梁达到更好的使用效果。

4 钢纤维混凝土的优势

4.1 强度好

普通混凝土的硬度一般较低，在道路桥梁投入使用后，容易出现路面裂缝、桥梁断裂等病害，而在普通的混凝土掺入乱向分布的短钢纤维则能形成一种新型的多相复合材料，即钢纤维混凝土[3]。钢纤维混凝土的抗压能力要比普通混凝土高上数倍，在同等质量的情况下，钢纤维混凝土的变形概率要小于一般的混凝土，在实际应用中，能够有效减少道路桥梁的裂缝和断裂等问题，能够有效保证民众的出行安全。

4.2 抗裂性好

将普通的混凝土材料和少量的短钢纤维混合在一起，就可以制成钢纤维混凝土，且钢纤维混凝土的质量会比钢筋混凝土的质量轻一些，加之抗裂性较好，能够极大程度地避免桥梁变形、路面裂缝等不良现象。当前，道路桥梁上的汽车越来越多，如果道路桥梁上的汽车超过了临界点，道路桥梁就容易出现变形、出现裂缝，甚至造成交通事故，产生无法挽回的后果。但新型的钢纤维混凝土结构，则能有效提高道路桥梁的荷载，能够大大降低桥梁变形、断裂的概率，不仅能够为民众的出行安全提供保障，也能有效延长道路桥梁的使用寿命。

4.3 抗冲击性能好

由于钢纤维混凝土中加入了短钢纤维，因此与普通混凝土比较，其抗压力、抵抗外界冲击等性能能够得到显著提高。数据表明：在常规混凝土中掺入短钢纤的比例为0.8%～2%时，会比未添加短钢丝的混凝土多抗外部冲击50～100 次，这便能极大地提高路面和桥梁的抗外部冲击性能[4]。比如，遇到水灾或者地震，道路桥梁将会承受难以想象的巨大冲击，这种巨大的冲击极易让没有钢纤维的混凝土构件一刹那就出现断裂，造成不可挽回的损失。但如果将钢纤维混凝土用于道路桥梁项目中，则不仅能保证道路桥梁的质量，提高其整体抗冲击性能，延长道路或桥梁的寿命，还能有效降低交通事故的发生概率。

4.4 弹性性能较强

在短钢纤维的作用下，混凝土的弹性性能够增强数倍，将之应用于道路桥梁工程，能够有效提高道路桥梁的稳定性。

4.5 抗压、抗弯、抗拉能力较强

在诸如地震、水灾和其他外部因素的作用下，普通混凝土结构会受到不可逆的破坏，甚至导致道路桥梁不能再利用。但是，在相同条件下，钢纤维混凝土所受到的损伤会更少，其抗压、抗弯、拉强度比普通混凝土高1/2。

5 钢纤维混凝土技术的应用

5.1 桥面铺装

将钢纤维混凝土技术应用于桥面铺装层，不仅可以提高整体结构性能，降低裂缝发生的概率，而且可以充分提高路面、桥面的使用年限和使用效益。目前，已有不少建筑公司将这种技术用于道路桥梁项目的桥面铺设。根据现场需要，做好有关的工程项目分析，加强对原材料的检测试验和分析，杜绝不合格产品用于施工。为确保路面、桥面的铺装质量，施工人员应严格遵守相关规定，防止在使用过程中出现钢纤维板裸露的现象，保证路面、桥面的平整性。

5.2 桥墩及桩结构加固

在加强桩基、桥墩等工程中，能充分地体现钢纤维混凝土技术的优点，既可以降低墩身的自重，又可以改善整个结构的力学特性，防止构件脱落。施工人员应按实际状况进行合理的施工细节划分，并进行适当的选型，一般采用切断型钢纤维或剪切型钢纤维混凝土进行桥墩的强化，这两种施工技术在桥梁加固和优化抗震效果等方面均有显著效果。此外，需要格外关注桩体中钢纤维暴露的问题，一旦出现这类问题应及时进行锤击，以最大限度地改善桩身和桩基的平整和稳定，以有效达到加固桩体的作用。

5.3 隧道和边坡防护

由于道路桥梁工程一般处于自然环境中，施工过程往往会受周边环境因素的干扰，若周边环境较差，则应在施工过程中对建筑物及周边环境进行有效的保护，以提高路基施工的品质，提高隧道和边坡的作用，防止山体崩塌等问题。将钢纤维混凝土技术应用在隧洞加固施工中，能较好地解决内外应力，从而提高隧洞的整体施工水平。在实际工程中，必须提高对隧道内外部的应力的关注，精确地确定混凝土的浇筑厚度，同时要根据规程要求，适当采用钢纤维混凝土，增强工程的稳定性[5]。

5.4 路面施工

单层施工和两层施工是常见的两种施工方法，这两种技术在道路桥梁项目中得到了广泛应用。双层结构法在铺筑公路桥面的时候，以常规的水泥混凝土为主，而在上层和下层铺设钢纤维混凝土，既能有效地减少施工费用，又能有效提高路面的稳定性，能够减少路面裂缝的发生。

5.5 防冻和路面修复

许多道路桥梁在长时间的使用下会出现裂缝、凹陷等各种损伤，可根据病害的具体状况进行材料的选择，并进行维修工作。采用钢纤维混凝土材料可以迅速修复路面、桥面凹陷、开裂等问题，进而提高路面的稳定性，还可以提高道路的抗冻性和导热系数，从而起到一定的抗冻害作用。

6 钢纤维混凝土技术应用注意事项

6.1 遵循连贯性原则

在钢纤维混凝土的浇筑过程中，为了尽可能地保持持续施工，防止钢纤维混凝土开裂，必须遵循连贯性施工原则。如振捣时一般采用板式振捣机，同时保证振捣的连续性和持续性，必须排除其中的气泡，消除蜂窝麻面等现象，保证钢纤维混凝土密实结合，进而提高其强度，保证混凝土浇筑质量。

6.2 原材料控制

由于钢纤维混凝土具有更好的力学特性，能够提高道路桥梁的承载能力和抗磨损能力，故该材料目前被广泛应用于高架桥的建设中。在应用钢纤维混凝土时，一定要保证原材料的质量，这样才能更好地发挥钢纤维混凝土的作用。第一，科学选用混凝土材料。当前，在道路桥梁施工中，最常用的混凝土材料为硅酸盐水泥[6]。选用时，应严格掌握水化率，选用水化率较高的，同时，应尽可能选择相同厂商的水泥，材料补充时尽量不更换厂商，以免不同厂商生产的混凝土材料存在差异，降低使用效果。第二，合理控制水、外加剂的比例。配制混凝土时，要对水、外加剂等材料的用量进行严格调控，用水量为130～180kg/m3，水灰比例为0.4～0.55。另外，可以根据实际需要采用早强剂、减水剂等添加剂，以保证混凝土质量符合规范，提高整体性能。第三，控制好钢纤维混凝土的配合比。在钢纤维混凝土的配制中，应根据试验结果找出最优的钢纤维混凝土配合比。此外，应严格遵循相关规范选择钢纤维材料，如材料弯曲强度一定要达到规定值，检验合格后方可投入使用。

6.3 钢纤维混凝土浇筑

在道路桥梁上浇筑钢纤维混凝土，必须保证浇筑的连续性，以确保浇筑质量，防止因浇筑不完全而对道路桥梁造成不良影响。另外，需要安装钢板振动装置，以确保路面和桥梁之间没有任何裂缝，然后，对路面和桥梁进行平整，使路面和桥梁的外观更加美观，并对裸露在路面上的钢纤维进行机械磨平处理，从而保证浇筑环节的施工质量，延长道路桥梁的使用寿命。