钢纤维混凝土路桥维修施工方法

梁金榜

(1.广西路建工程集团有限公司，广西 南宁 530001；2.南宁市筑路技术与筑路材料工程技术研究中心，广西 南宁 530001)

0 引言

随着我国经济建设与交通事业蓬勃发展，国道干线道路上的车辆密度及载荷呈上升趋势，多数公路建设完成后，投入应用几年时间，路面便出现多处断裂，对公路使用安全性及可靠性构成威胁。通常超重车辆在高速行驶下，会加剧路面裂缝扩展状况，且伴有桥头跳车现象，主要是因混凝土结构被损害。为保持桥梁结构稳定性，需对其结构进行优化设计，需将原有混凝土去除，铺设加密钢筋层，最后浇筑新的混凝土。在路桥维修施工建设工程中，应用钢纤维混凝土施工技术成为主流趋势，能够切实提升工程质量，为人们出行提供保证。

1 钢纤维混凝土概述

1.1 钢纤维混凝土简述

在普通混凝土中加入1%～2%的钢纤维，便可获得钢纤维混凝土，具有将抗拉强度增大60%、抗弯强度增大100%、抗冲击性增大3倍、抗疲劳性增大3倍等显著优势，同时该方法也存在部分不足，如流动性不佳，在搅拌及振捣进程中，钢纤维极易成团或折断，凝结时间较短等。钢纤维混凝土主要以钢纤维材料为主，在进行具体设计中，需将钢纤维规范予以明确，对于水、砂、粗集料、水泥等材料具有较高要求。钢纤维混凝土在设计中对配合比存在一定影响，设计内容包含水灰比、钢纤维体积率、含砂率等。与普通混凝土相较，钢纤维混凝土除结构存在差异外，还需对其进行相关试验，如强度试验中尽可能与抗压及抗拉要求吻合。设计进程中需对含砂率、用水量、钢纤维体积与钢纤维混凝土关系加以重视，钢纤维混凝土施工配合比及用量见表1[1]。

表1 钢纤维混凝土施工配合比及用量表

1.2 钢纤维混凝土配合比设计

1.2.1 钢纤维混凝土配合比与素混凝土的异同

钢纤维混凝土在集料中加入短钢丝，其配合比与素混凝土存在以下差异：(1)采用较高含砂率，水泥浆液较多的配合比，且选取高标号水泥，以此提升高纤维与基体粘结强度；(2)粗骨料最大尺寸应符合相关标准，通常应<20 mm；(3)水灰比的确定需结合纤维含量、形状及施工机械予以考量，为减少水泥使用量，提升和易性，可适当加入粉煤灰及减水剂。

1.2.2 钢纤维缓凝土配合比设计要求

钢纤维混凝土配合比强调抗拉强度。首先需根据基体强度，确定素混凝土配合比，之后根据纤维混凝土要求达到的强度，确定钢纤维含量。通过强度计算，借鉴一般混凝土配合比设计方式，进行配合比设计。

1.2.2.1 骨料及含砂率

钢纤维混凝土粗骨料粒径大小，对复合材料具有较大影响。骨料过粗，会影响纤维分布均匀性；过细则对其强度具有影响。根据试验表明，当纤维含量为1.1%～1.8%时，骨料粒径≤15 mm为宜。普通混凝土粗骨料最大粒径，主要由构件断面尺寸及钢筋间距决定，通常对其强度未有明显影响。粗骨料最大粒径和含砂率对钢纤维混凝土强度影响如图1所示[2]。

图1 粗骨料最大粒径及含砂率对钢纤维混凝土强度的影响示意图

如图1所示，当钢纤维为1.0%，粗骨料粒径对挠曲强度的影响最小，而当钢纤维为1.8%时，影响较为显著，粗骨料粒径选取以15 mm为宜。

1.2.2.2 水泥及水灰比

配置钢纤维混凝土时，需采用标号较高的水泥，以此获取较高的强度，利于拌和物和易性的增加。目前国外相关人员研究发现，加入1/3粉煤灰代替水泥剂量，可将其和易性切实改善，且不会使复合材料性能降低。钢纤维混凝土水灰比，通常为0.4～0.55，主要为增强基体强度，水灰比对钢纤维混凝土坍落度的影响如图2所示[3]。

图2 水灰比对钢纤维混凝土坍落度的影响示意图

2 传统混凝土不足及钢纤维混凝土特性

2.1 传统混凝土的不足

2.1.1 极易出现裂缝

多数工程中应用传统混凝土浇筑方式，其虽具备较多工程项目建设优势，但在具体浇筑过程中，极易受外界因素影响，尤其是温度、湿度。在混凝土凝固阶段，裂缝问题时有发生，不仅影响路桥使用美观性，而且会减少道路桥梁使用年限。随着时间推移，裂缝逐渐扩展，在气候及车辆载荷共同作用下，致使主体结构损伤，增加安全事故发生概率。

2.1.2 存在大量蜂窝麻面

传统道路桥梁工程中，多采用混凝土浇筑施工工艺，其对运输、浇筑、养护等具有较高要求。若任何一个施工环节出现问题，混凝土凝固后表面易存在大量蜂窝麻面，如对其未能加以处理，会使桥梁工程结构受损，降低应用成效。

2.2 钢纤维混凝土特性

2.2.1 良好的抗形变能力

与传统混凝土相较，钢纤维混凝土可在长时间负载运行下，依然保持良好的收缩能力，在普通混凝土中适当加入钢纤维，可将收缩率降低，确保拥有较强的抗形变能力。

2.2.2 抗压、抗拉、抗弯极限强度较高

针对钢筋混凝土施工工艺在桥梁及道路施工中的应用，其自身混凝土浇筑技术优势较少，本质为在普通混凝土中加入钢纤维，可将其抗压、抗拉、抗弯矩极限强度提升，确保应用钢纤维混凝土路面在遭受损害后，即使出现碎裂也不会发生松散，将钢纤维材料及混凝土物理性能有效结合，实现新配比混凝土具备两种材料的优势，提升路桥工程使用质量。

2.2.3 优良的抗剪、抗裂、抗疲劳性能

一般情况下，在路桥工程维修施工中，工程整体质量及强度对交通安全存在一定影响。与普通混凝土相较，钢纤维混凝土具有更高抗剪、抗裂、抗疲劳性能，普通混凝土的开裂载荷及极限载荷承受能力较差，路面开裂后难以使用，而钢纤维混凝土路面路基发生错位后，或路面发生开裂，仍保持较强的承载能力，确保路面使用质量。

2.2.4 极强的抗冲击性能

在混凝土中加入钢纤维，用其材料建设的道路桥梁项目更具抗冲击性，满足桥梁工程实际所需。针对普通混凝土而言，路桥工程中钢纤维混凝土路面抗冲击性更高。路桥工程较为特殊，对抗冲击性要求较高，为切实避免路桥遭受较大冲击，影响正常使用，钢纤维混凝土抗冲击性能为普通混凝土的50～100倍。

2.2.5 降低道路厚度

应用钢纤维混凝土施工技术在道路工程铺设中，主要采用复合式路面铺设形式，其中涉及双层及三层式铺设，可将道路厚度降低。施工人员需根据设计状况，选取合理的铺设方式，确保道路刚性，提升路面使用强度。

3 钢纤维混凝土的施工控制要点

钢纤维混凝土施工技术得到不断推广及应用，其使用范围扩展，但各个工程领域存在差异，若想提升钢纤维混凝土施工技术成效，需立足于工程项目实际情况，选取适合的施工方式，如当前最常见的浇筑、灌浆、喷射等方式，钢纤维混凝土在不同领域具有显著优势。此外，还需对钢纤维混凝土原材料进行严格把控，对其混凝土施工各个环节进行严格监督，确保钢纤维混凝土使用成效。

3.1 选取合理的原材料

钢纤维结构存在较大差异，所以混凝土在进行融合时，需根据钢纤维结构进行划分，之后选取与钢纤维混凝土类型相匹配的施工环境及技术。路桥工程在维修施工前，需对施工现场地质条件及气候进行全方位考量，根据实际考察结果，选取合理的钢纤维混凝土施工方式。选取原材料时，不能将价格作为唯一指标，需根据设计要求，选取资质可靠、信誉高的供应商，在满足施工要求的基础上，尽可能选取成本较低的材料。

3.2 遵循钢纤维掺入比例要求

若想切实提升钢纤维混凝土在路桥维修中的应用成效，应对钢纤维搅拌进程加以关注，严格控制钢纤维加入比例，其掺量及混凝土比例公式为：混凝土抗折强度设计值×(1+钢纤维长径比×钢纤维体积率×钢纤维强度系数)。若在混凝土中加入钢纤维的比例与固定值相差较大，可能会使混凝土整个结构承受载荷能力降低；若其比例比固定值小，也会使混凝土材料使用成效不佳。所以，对混凝土中掺入钢纤维的比例需进行严格管控，避免与实际标准不匹配。

3.3 保证钢纤维均匀搅拌

钢纤维混凝土的搅拌需严格按照相关要求操作，根据工程项目实际所需，选取合理的搅拌设备，避免搅拌设备在进行钢纤维搅拌时，承受负载较大，增加搅拌不均匀的风险。若搅拌设备出现超负荷工作，会降低搅拌质量，对施工进度产生影响。因此，施工人员在进行搅拌时，需进行均匀搅拌，使其与混凝土充分融合，提升混凝土应用成效。此外，为确保钢纤维混凝土充分均匀搅拌，可在钢纤维投放时，根据先干后湿的原则，投入各种原材料，确保钢纤维混凝土搅拌质量[4]。

3.4 坚持连贯性原则

在混凝土浇筑进程中，需确保其连续性，才能保证应用成效。若在钢纤维混凝土浇筑进程中出现中断情况，可能会使混凝土及钢纤维分离，影响钢纤维混凝土使用成效。因此，施工人员在进行浇筑过程中，需确保其连续性，根据施工实际所需，对其浇筑进行合理控制。此外，对其进行振捣时，需采用平板振捣设备，确保振捣密实性，进一步提升混凝土承载力，同时需对钢筋混凝土接缝高质量完成，为路桥工程各项日后养护提供便利。

3.5 确保运行过程稳定性

路桥工程维修是一项系统复杂工程，施工原材料运输进程中若出现问题，可能会对材料使用性能造成影响，因此对材料运输稳定性提出新的任务及要求。钢纤维混凝土在具体运输进程中，为确保材料自身性能不发生变更，应通过选取合理运输方式，尽可能缩短运输时间，而长时间运输可能会使钢纤维混凝土中含气量减少，自身粘稠度降低。同时，在运输进程中，应避免大幅度振动现象，确保钢纤维混凝土均匀性。

3.6 做好抹光及养护工作

钢纤维混凝土材料的质量，对路桥工程施工具有重要作用。若混凝土材料质量存在缺陷，会引发一系列安全问题。施工人员待工程完成后，对其实施抹光及压实，若路面不平整，通过人工方式对其凹陷处进行处理，对其养护加以重视，避免产生裂缝。

4 钢纤维混凝土施工技术在路桥维修中的具体应用

4.1 桥面铺设环节

桥面铺装工作开始前，相关技术人员需对其桥板面标高，进行仔细准确地测量，且将桥板面多余混凝土及其异物清除，避免其与钢纤维混凝土融合，对其使用性能造成影响。在施工环节，应用钢纤维混凝土施工技术，可将桥面铺设厚度降低，增强桥面应用刚度，使桥面受力均匀，减少裂缝产生，实现长久使用目标。

4.2 结构加固施工环节

路桥工程建设主要为交通提供便捷，促进城市经济发展，这对路桥工程质量提出较高要求，需确保其结构稳定性，避免桥梁表面损伤、裂缝产生。在工程加固施工环节，使用钢纤维混凝土施工技术，可增加路桥结构的稳定性，确保工程施工质量。如何通过应用钢纤维混凝土，将其桥面裂缝予以补充，确保料面平整性。对路桥结构进行加固时，需使用合理的喷射机设备，对可能出现裂缝地方进行喷补，增强结构的稳定性及安全性[5]。

4.3 桩基础施工环节

桩基础为路桥工程施工核心环节，其施工质量与路桥使用质量息息相关，需将桩基础强度及承载力加强。在具体施工进程中，桩顶及桩尖强度极易受施工质量影响，可在桥桩顶尖部分浇筑钢纤维混凝土，提升该部位强度及承压能力。此外，为切实提升桩基打击速度，使用钢纤维混凝土施工技术，可减少人力及物力耗损，对施工成本进行有效控制，提升建设单位经济效益。

4.4 主梁施工环节

桥梁主梁为路桥施工中的核心部分，主要承担桥面负荷，对结构强度要求较高，所以需对主梁施工加以重视。使用钢纤维混凝土制作主梁，可将其自身特性充分发挥，增强桥梁主梁结构抗性。在传统混凝土建筑主梁中，伴随主梁的不断使用，在拉力、重力等因素作用下，极易出现形变，如果采用钢纤维混凝土，材料自身韧性高，可提升主梁抗形变能力。同时，钢纤维混凝土材料的应用，可切实提升主梁强度，消除传统混凝土质量缺陷。

4.5 边坡和隧道防护施工环节

路桥工程自身具有特殊性，其建设环境复杂，在施工中需采用先进施工技术，可解决环境不良影响，提升施工质量。若路桥施工中，在边坡地质中存在岩石裂隙现象，可先通过普通混凝土对其进行支护，之后使用钢纤维混凝土对其喷射，实现加固目标。同时针对边坡界面，也可应用喷射钢纤维混凝土方式，在隧道防护层面使用钢纤维混凝土，可以增强结构整体性能，避免隧道出现漏水现象。

5 结语

在道路桥梁建设及维修进程中，工程项目建设企业需根据实际状况，结合施工环境，制定科学、完善的施工实施方案，对施工各个环节加以管控，确保工程建设质量可靠。通过在桥梁建设中应用钢纤维混凝土，提升其强度、抗形变等能力，提高路桥工程项目建设质量，为人们及车辆通行提供便利。