道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用分析

赵树雄

（甘肃省交通工程建设监理有限公司，甘肃兰州 730500）

0 引言

从道路桥梁工程的现代化技术角度分析，钢纤维混凝土技术是一种符合高质量施工、绿色化施工要求的现代化施工技术。该技术以水泥复合材料的应用为核心，通过以水泥复合材料代替传统的混凝土材料，使建设后的道路桥梁设施质量得到保障。基于道路桥梁工程质量与经济效益关系的考虑，施工单位应推进钢纤维混凝土技术在工程中的普及与应用，并通过加强技术应用的管理，改善技术应用的短板，促进建筑工程行业走好可持续发展的征程。

1 钢纤维混凝土技术的应用优势

1.1 有利于增加建筑设施的综合强度

从钢纤维混凝土技术的本质而言，该技术通过将混凝土与短钢纤维材料结合，混合为一种全新的多项复合混凝土材料，应用此种材料浇筑后的建筑设施的强度将会大大提高，各方面性能显著增强。例如，在钢纤维混凝土与普通混凝土的功能对比中可以看出，由于钢纤维混凝土中的纤维材料体积率达到2.5%左右，高于普通混凝土，所以，完成拆模后的钢纤维混凝土层的内部具有较高的紧实度，各方面性能标准更能满足大型工程施工的需求。如表1 所示，在针对钢纤维混凝土与普通混凝土功能属性的对比中，钢纤维混凝土的抗压强度、抗拉强度等均高于同级普通混凝土，所以，在大型公路（如机场道面、重型运输路段）以及大规模桥梁的施工中，采用钢纤维混凝土铸造的建筑设施能够符合建筑强度的设计指标，建筑设施的综合强度相比于其他设施有所增加，设施的性能等级能够符合行业设计的规范与标准。

表1 钢纤维混凝土性能参数分析

1.2 有利于减少道路桥梁裂缝问题

在气候、环境以及使用因素等影响下，道路桥梁设施通常会出现不同程度的表面或内部裂缝问题，不同因素引发的裂缝问题会严重影响道路桥梁设施的使用安全性。如：因路基沉降造成的道路表面裂缝问题十分常见，道路表面裂缝会引发路面凹陷、路堤断裂等问题，对该路段的交通安全形成严重威胁。然而，钢纤维混凝土技术的应用有利于缓解道路桥梁裂缝问题形成的威胁。一方面，钢纤维混凝土技术中应用的混凝土材料属于复合型材料，钢纤维能够在混凝土层凝固后起到加强连接的作用，既提高了道路桥梁的整体抗压能力，又能够缓解已存在的建筑裂缝的扩张速度，减轻混凝土受压时横向膨胀压力对建筑裂缝造成的影响。另一方面，采用钢纤维混凝土建造的道路桥梁稳定性更强，得益于混凝土内钢纤维产生的侧壁效应，即在钢纤维的轴向承压下，建筑裂缝只能与钢纤维保持平行的扩展方向，然而，由于混凝土中的钢纤维轴向错综复杂，裂缝到达一定长度时便无法扩展，道路桥梁表面便不容易出现较大的建筑裂缝，有利于防止建筑混凝土因裂缝的扩张而解体[1]。

1.3 技术的适用性较强

钢纤维混凝土技术并非一种内容一成不变的现代施工技术，施工人员可以通过调整工序、材料搭配，使钢纤维混凝土技术的应用更符合建筑施工的需求，优化技术的应用效果。例如，在一些公路路基的建设施工中，为了提高路基的整体强度，避免因地势不均造成的路基断裂、凹陷问题，施工人员将钢纤维混凝土技术应用到施工中，并通过调整材料的搭配与加工方式，使钢纤维混凝土技术的应用优势更显著地体现在建筑施工当中。一方面，为了提高钢纤维与混凝土的黏接强度，施工人员通过分级投料的方式，将碎石、砂料以及水泥作为底料，再投入钢纤维材料进行干料搅拌，防止钢纤维与混凝土混合中出现结团的现象，随之再投入细集料进行搅拌，提高钢纤维与其他混合材料的黏接强度。另一方面，为了增加钢纤维材料与建筑基体之间的摩擦力，使材料黏结程度增加，施工人员可将原棒形钢纤维加工成异形钢纤维（如弯钩状、大头状），使钢纤维不易受到轴向拉力而拔脱，提高路基的整体强度。除了调整工序、加工材料，钢纤维混凝土技术还可以通过调整其他技术因素，使技术的应用符合道路桥梁的施工要求，体现出该技术在道路桥梁施工中的适用性、灵活性。

2 钢纤维混凝土技术的施工案例分析

2.1 施工背景

上海东方路因多处出现路面裂缝、道路功能损坏等问题，当地通过开展道路大修工程，对该路段进行整修，以改善其交通功能。该路段全长共计3.93km，在道路面层的铺设中，施工单位选择钢纤维混凝土技术进行施工，铺设一层厚度约为16cm 的加固路面层，铺设材料中的钢纤维含量约为42kg/m3。

2.2 钢纤维混凝土技术的应用分析

在该路段的道路路面施工中，施工单位选择湿喷钢纤维混凝土的方式进行施工，经加工处理，施工中选择的钢纤维均统一采用“长度36 至44mm，横截面宽度约0.5mm”的钢纤维材料[2]。该规格钢纤维的尺寸标准适中，在材料搅拌的过程中，不仅能够充分与其他石料、水泥等结合，还能够有效地防止局部钢纤维结团的现象发生，为钢纤维混凝土的铺设提供保障。除此之外，施工单位根据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTG F30—2003）的施工规范要求，选择回弹率较低的湿喷方法进行混凝土铺筑，使新铺设的道路面层能够更充分地与道路基层相结合。结合施工单位统计的施工过程记录可以了解到，采取钢纤维混凝土技术铺设的道路面层水灰比较小，具有较低的透水性，有利于防止积水侵蚀对路面造成进一步破坏，提高了该路段的道路路面质量。

2.3 技术应用面临的主要问题

由于需要修整的路段较长，在部分区域的路段修整作业中，路面层的铺设工作受到路面水平位置因素的影响，无法采用湿喷铺设的方式进行作业，只能通过人工打散的方式，将钢纤维用装载机进行轮番搅拌，再采用铺路机等设备进行道路面层铺设。在此过程中，施工单位面临的主要问题有：施工单位采用的剪切型钢纤维以波浪形为主，如图1 所示，波浪形的钢纤维在装载机的翻拌中容易出现结团的现象，影响了混凝土层的匀质性。以致在完成路面碾平工作之后，道路两侧切缝中通常会出现钢纤维露头的现象，给该路段行车交通造成一定的安全隐患。对此，施工单位在道路面层完成施工后，开设道路面板的填缝工作，解决道路两侧钢纤维露头的问题，顺利通过施工验收。

图1 波浪形钢纤维的匀质处理

3 钢纤维混凝土技术的应用与管理方法

为了优化钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的使用效果，施工单位不仅需要对施工技术的应用过程进行严格规划，还需要对采用钢纤维混凝土技术的建筑设施进行维护管理，以保障钢纤维混凝土技术应用后的建筑质量。管理与技术应用方法分为以下五个方面。

3.1 制定钢纤维掺量检验标准

钢纤维混凝土中的纤维率与混凝土抗压强度、抗剪强度等息息相关，在应用钢纤维混凝土技术进行施工的过程中，施工人员应提前制定钢纤维掺量的检验标准，严格控制钢纤维混凝土各项材料的配合比，使施工材料符合实际施工要求。一方面，在检验标准的制定方面，施工单位可以采取抽样检查的方式，获取具有代表性的检验结果。如：每一轮班安排两次检验工作，在浇筑地点选择三组钢纤维混凝土样本，并且在检验后记录检验数据，与施工方案中的材料管理规范进行对比。另一方面，在检验方法的选择上，为了保证检验结果的精准性，材料管理人员可以采取学习法的方式进行钢纤维含量检验，即选择钢纤维混凝土样本称重，通过水洗将钢纤维洗出再称重，计算出单件混凝土样本的钢纤维含量。通过制定钢纤维掺量检验标准，有利于帮助施工部门及时发现混凝土拌和问题，保障混凝土各项材料含量的合理性。

3.2 控制钢纤维混凝土设施的收缩应变速度

在道路桥梁施工中，钢纤维混凝土的应用能够提高建筑设施的整体质量，但前提是浇筑后的混凝土应保持适中的收缩应变速度，避免浇筑后的混凝土建筑体出现收缩变形，影响拆模工作的正常开展。对此，施工单位应当结合前期勘察工作的工作数据，通过总结施工现场温度、相对湿度对混凝土凝固成型造成的影响，在混凝土试件试验中分析不同材料配合比的钢纤维混凝土收缩性。在一般的情况下，粗骨料含量较多、钢纤维体积分数较小的混凝土收缩情况为：早龄期水分流失较快，收缩应变率随之增加；后期水分流失较缓，收缩应变率随之降低。该现象在桥梁墩体施工中尤为明显，由于收缩应变的速度不均，导致桥梁墩体的局部位置容易出现收缩变形，以及少量的收缩裂缝。因此，施工单位应合理控制钢纤维在混凝土内部的分布、体积分数，保障混凝土内部材料的均匀性、密实性，通过反复试验得出最佳的钢纤维与骨料混合比例，减缓钢纤维混凝土设施的收缩应变速度。

3.3 钢纤维混凝土的材料制备方法

钢纤维混凝土技术的应用需要严格按照工程规范要求执行，尤其是在混凝土材料的制备上，施工单位需要对混凝土材料的结构设计、钢纤维体积率、水胶比等因素进行严格控制，为施工技术的正常实施奠定基础。首先，在原材料的选择上，施工单位应着重关注钢纤维的种类、材料规格以及性能。例如：在制备桥梁工程的钢纤维混凝土时，需选择不锈钢纤维作为施工主要材料，并且以表面黏结性较强的钢纤维材料作为首选，配合减水剂等材料，提高钢纤维与拌和物之间的匀质性。其次，在钢纤维混凝土水胶比、稠度的控制上，施工单位应当根据混凝土在施工中的应用范围做出相应的调整。例如，桥梁两端施工位置采用的钢筋混凝土应以耐久性强为主要性能要求，该结构采用的钢纤维混凝土水胶比应当在0.4 及以下的范围，并保持150mm 及以下、正负偏差不超过30mm 的坍落度。最后，在钢纤维体积率的把控上，施工单位应当保证混凝土内的钢纤维不少于0.35%，确保钢纤维用量大于80kg/m3，具体按实际施工需要控制。例如，在一些关键承压节点的桥梁或道路结构施工中，按照《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）的操作要求，钢纤维的体积率应当保持在1.25%左右，以提高该结构的抗压强度，减少混凝土设施裂缝的产生概率。

3.4 落实钢纤维定向处理工作

在完成钢纤维混凝土浇筑工作后，施工人员仍需要对混凝土内的钢纤维进行定向处理，确保浇筑后混凝土内的钢纤维保持均匀分布状态。钢纤维的定向处理工作可以结合多种不同的方法进行处理。首先，在混凝土振捣成型的工作环节，施工人员可以采用人为干预的方式，对混凝土内部的钢纤维进行振动定向处理，该方法既能避免振动仪器折断混凝土内的钢纤维，也能够避免钢纤维出现成团聚集的现象。其次，施工人员可以根据建筑结构件的受力特点，采用磁力定向或挤压定向的方式，调整混凝土内的钢纤维定向位置，使混凝土内的钢纤维保持如图2 所示的结构体系，从而改善混凝土内钢纤维的物理性能，减少道路桥梁结构件拆模后出现裂缝的概率。最后，混凝土喷射处理法在钢纤维定向处理中具有显著的应用效果，该方法不仅能够使钢纤维混凝土道路桥梁表面铺设得更加均匀，还能够使混凝土与界面之间的黏结性能得到保障。因此，施工人员应当结合实际情况，适当选择喷射处理法进行钢纤维定向处理。

图2 混凝土钢纤维定向体系概念图

3.5 钢纤维混凝土养护管理

为了保障道路桥梁的施工质量，施工单位应对已完成建设的钢纤维混凝土设施进行养护管理。比如，在一般道路的钢纤维混凝土面层铺设之后，施工单位应在表面设置切缝，通过减水剂处理的方式，避免缝隙内出现黏浆现象。在混凝土表面的处理上，采取路面保湿养护的方式，对凝固后的路面钢纤维混凝土层进行覆盖式养护，优化钢纤维混凝土技术的应用效果。

4 结语

总体而言，现代化施工技术为道路桥梁的高质量建设提供了保障，使道路桥梁设施的建设过程更加便利、更加安全且更加可靠。针对能够提高道路桥梁施工质量的钢纤维混凝土技术，施工单位应明确该技术的应用优势，保证在施工技术应用过程中做到扬长避短，充分发挥出钢纤维混凝土技术在大型工程施工中的作用，提高国内道路桥梁设施的整体建设水平。