道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用研究

2023-07-28吴学谦

中国科技纵横 2023年2期

万磊吴学谦

（中交一公局第一工程有限公司，北京 100000）

1.钢纤维混凝土技术概述

1.1 钢纤维混凝土技术简介

顾名思义，钢纤维混凝土是一种将混凝土和钢纤维按照严格配比混合制成的一种复合型材料。原本常见于建筑工程中的混凝土结构抗压性较差，在长期承受外界压力后可能会出现挤压变形等问题，容易引起路桥面沉降、塌陷等事故。将钢纤维融入混凝土结构中，能够有效提升整体的结构强度、延展性和抗拉性能，大大提高混凝土基础结构的稳定性。钢纤维混凝土中有四种较为常见的钢纤维结构，其效用、性能均有不同。施工单位需要结合本工程项目的建筑要求选用合适的纤维材料[1]。

1.2 钢纤维混凝土的分类及性能

（1）切断钢纤维混凝土：综合性能较强，抗拉性、耐高温性都比另外3 种钢纤维结构更强，应用范围较广。制作过程中，工作人员可以在钢纤维表面上划出几道痕迹，增加表面摩擦力，可以使混凝土与钢纤维之间的黏合更加牢固。使用前再将痕迹除掉，以免影响材料的抗拉性能。

（2）切削钢纤维混凝土：这类混凝土结构通常会选用厚钢板，切割面是三角形，厚度较大，其强度、坚固度和黏合性也会更好。

（3）剪切钢纤维混凝土：选用剪切、冷轧过后的薄钢板制成，其黏结性很好，常用于道路缝隙的修补、黏合作业中。

（4）熔抽钢纤维混凝土：取熔融状态下的钢水与混凝土混合制作，因此表面极其不规则，且容易出现氧化情况，性能较差，应用范围较窄。

2.路桥工程中钢纤维混凝土的技术优势

2.1 高强度

短钢纤维和混凝土材料混合后，强度、延展性、抗变形能力都将会大大提升。在同重量的抗压测试中，钢纤维混凝土结构的强度明显高于传统混凝土材料，非常适用于路桥的建设工程，最大程度避免因路桥混凝土结构强度过低引起的路桥结构病害。但钢纤维混凝土技术也会提高路桥自重，这一点需要施工人员格外关注[2]。

2.2 高抗裂性

在混凝土中融合钢纤维后，虽然提升了整体结构的重量，但可以有效控制路桥裂缝、变形等现象发生。若混凝土结构的抗裂性能不好，路桥长期投入使用后，将会出现结构变形和路面沉降病害，桥头位置也常出现跳车现象，极易引发交通安全事故。因此，钢纤维混凝土技术优越的抗裂性能，可以大大提高路桥工程质量。

3.路桥工程中的钢纤维混凝土技术要求

3.1 施工技术要求

在道路桥梁工程设计阶段，施工团队应派出专业技术人员进行现场勘测，分析当地气候条件以及水文地质情况，掌握施工区域范围内的地质、地貌结构和土壤特征后，确定符合工程质量要求的钢纤维混凝土种类以及施工技术。由于钢纤维混凝土结构的固化速度较快，所以实际施工时，必须加大现场的质量管控力度，并选用合理的辅助技术，以提高该技术的实际应用质量。如施工团队可以在摊铺作业中使用喷雾技术，控制混凝土的水分蒸发情况[3]。

3.2 材料选择、配比要求

制备钢纤维混凝土时，除了要选用合适的钢纤维外，对水泥、外掺剂和水都有相应的要求。一般的工艺中，会选择抗压强度、防冻、抗裂性能较强的硅酸盐水泥，加上符合工程质量要求的外掺剂，强化混凝土部分的性能。配比的参数要依据工程要求及工程用料来决定。以路桥工程的基本设计参数、强度需求、施工质量要求为基础配比参数，计算出钢纤维混凝土材料所需的其他参数，如抗拆、抗压等。混凝土部分的水灰比参数以及外掺剂参数也应严格把控，如无意外，水灰比应在0.4 ～0.5，具体数值可以根据工程要求相应调整。

3.3 搅拌、运输要求

搅拌工艺在钢纤维混凝土制作环节中较为重要，也将会直接关系到结构的各项性能。搅拌时，要求严格按照工艺流程规范作业。配置后，混凝土材料的运输工具以混凝土罐车为主，此时要求司机控制好车速，要求罐车始终处于较为平稳的状态，同时注意罐内搅拌的温度和搅拌速度，以防混凝土变质。

4.钢纤维混凝土技术在路面工程中的应用

4.1 混凝土路面碾压

在路面碾压施工中，在混凝土结构中加入一定比例的钢纤维，可以有效提高路面的强度和韧性，优化路面的力学性能。此时施工人员通常会选用0.6%的B 型钢纤维和0.53%的F 型钢纤维，混入路面碾压所需的混凝土材料中，以此提高路面质量。在碾压过程中，需要施工人员做好现场的质量监督工作，关注路面压实的紧实度以及平整度，严控施工质量。利用钢纤维混凝土技术进行路面碾压施工，可以在节约施工材料的同时稳定提升路面性能，且钢纤维混凝土路面结构的厚度只有常规混凝土结构的55%左右，实际应用性极强。

4.2 混凝土罩面

混凝土罩面施工可以有效解决混凝土路面的质量问题。通常，道路路面常年处于露天环境，长时间投入使用后，路面将会出现一些质量问题，这时采用混凝土罩面作业便可以有效修复路面，延长路面的使用年限。在钢纤维混凝土罩面施工中通常分为直接式、分离式以及结合式3种，其中以结合式应用范围较广。这种处理方法会同时采用普通混凝土罩面与钢纤维材料罩面，以提升路面的结构强度，强化路面修复的实际效果[4]。

4.3 复合式路面

复合式路面施工是一种较为特殊的道路路面施工工艺，一般来说，复合式路面会分为2 ～3 层结构，每层使用的混凝土材料有所不同，其造价成本低，建材耗量小，路面稳定性高，因此在各类道路桥梁建设工程中较为常见。钢纤维混凝土技术也常应用于复合式路面施工中，如在三层的复合式路面施工时，将钢纤维混凝土材料放置于中间层，便能有效提高路面的韧性、强度。如果是双层路面，那么钢纤维混凝土将会直接铺设在路面基础结构之上，要求原先路面结构60%的位置均有混凝土铺设。一般来说，三层复合式路面的施工技术会更复杂一些，需要施工单位具有较高的机械化水平，但它的路面稳定性能极为优越，是路面施工的最佳选择之一。

4.4 路面防冻

钢纤维混凝土结构具有良好的导热性，可以用于路面防冻养护作业中。若路面已经出现冻伤裂缝病害等情况，施工团队就可以根据现场的实际情况，配置好满足现场要求的钢纤维混凝土材料，作用于路面裂缝处。另外，在常出现路面冻伤的位置，也可以铺设钢纤维混凝土，以提高路面的防冻性。

5.钢纤维混凝土技术在桥梁工程中的应用

5.1 桥梁路面铺装

桥梁路面铺装中应用钢纤维混凝土进行施工的方式与道路路面施工是极为相似的，其优势也极为雷同，可以在降低桥梁路面厚度的同时提高桥面的稳定性能。桥梁路面铺装中，施工人员需要注意计算桥梁自重，例如切削钢纤维混凝土结构中使用的厚钢板，虽然性能极为优越，但本身自重较大，并不适用于所有的桥梁路面施工。因此，施工人员需要结合工程设计中要求的桥梁自重，选用合理的钢纤维材料完成桥梁路面的铺装作业。桥面铺装的流程与传统的工艺相同，要求提前做好实地勘测，利用水平仪找平以提高桥面平整度等。

5.2 混凝土桩施工

混凝土桩结构是整个桥梁的基础构架，也是非常重要的一道工序。钢纤维混凝土施工技术可以用于桩尖、桩顶，以提高桩体的穿透性、强度、抗冲击性以及桩顶的韧性。传统混凝土施工中，需要施工人员锤击桩体以提高混凝土桩的结构强度，而应用钢纤维混凝土，便能够有效减少锤击次数，大大降低了因锤击而导致桩体受损的可能性，也有效避免了过度锤击致使桩体被击穿的现象。同时，钢纤维混凝土的桩尖结构强度也可以大大提高桩体的进土效率，有效缩短了施工周期，并提升工程质量。钢纤维混凝土造价成本较高，在实际施工过程中，除了桩尖、桩顶外的桩身，还可以采用传统的钢筋混凝土来替代，并不会对混凝土桩的整体结构造成影响，还可以有效降低施工的造价成本。

5.3 局部加固

相较于道路建设工程，桥梁施工中的细节较多，难度也更高，桥墩、桥桩等重点位置还需要额外加固，避免桥梁塌陷。在桥墩加固作业中，施工人员应选用剪切钢纤维或是切削钢纤维，可以有效地提高桥墩的稳固性和抗震效果。若在施工中，桩体结构中出现钢纤维外露的情况，则需要施工人员对相应位置开展锤击作业，保持桥墩、桩体表面的平整度，这样才能巩固其稳定性，强化桩体结构。一般来说，用于局部加固的钢纤维混凝土材料中的钢纤维占比不应超过0.9%，当施工人员按照加固点位的情况完成钢纤维混凝土配置后，便可以使用喷射机将配置好的混凝土浆液喷射到加固点位，以完成桥梁的局部加固。另外，桥梁薄弱点位、裂缝病害等均可使用这种方式进行修复。

5.4 桥梁罩面

将钢纤维混凝土技术应用于桥梁罩面中，可以有效抑制混凝土结构的温度应力，避免桥梁罩面出现裂缝，保护好桥面。应用方式与路面罩面应用方式相同，需要使桥梁罩面与混凝土结构粘合在一起，构成一个全新的混凝土层，以提高桥面的使用寿命。

6.钢纤维混凝土技术应用注意事项

钢纤维混凝土材料在道路桥梁工程中的优势极为明显，但若想发挥出钢纤维混凝土材质的最大效益，需要注意以下几点。

（1）钢纤维混凝土结构的厚度较小，强度却比传统混凝土高出许多，这就需要施工人员认真钻研其基础材质的性能质量，才能够使其满足工程要求。首先，要求选择具有高抗冻性、耐磨性，但塑性相对较小的水泥原材料。钢纤维混凝土材料配置完成后，还需要取样质检。为提高质检精准性，需要选用3 组样品完成两次检测，材料完全满足工程需求后方能投入使用。若在配置环节后，发现骨料的含水量超出规定值，还需要对其进行烘干处理。

（2）钢纤维混凝土施工结束后，也需要施工人员对其进行养护。待混凝土结构完全凝固后，需要施工人员对所有混凝土结构面进行检查，主要查看表面平整度以及是否出现裂缝病害。若表面不存在严重问题，就可以开始进行为期7d 以上的混凝土养护工程。养护过程以维持混凝土表面湿润为主，在混凝土表面铺设经过湿润处理的、具有较高持水性草袋等物体，以防混凝土表面受阳光暴晒、风雨的侵袭。