道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术应用探讨核心思路

文／黄可 浙江交工国际工程有限公司 浙江杭州 310000

引言：

作为我国公共基础设施建设的重要内容，道路桥梁工程建设不仅关系着人们的出行效率和安全，而且对于区域联系和经济发展具有深刻影响。现阶段，混凝土结构在道路桥梁工程中的应用极为广泛，这与混凝土材料自身优越的刚度、强度性能有较大关系，使用混凝土结构能有效保证道路桥梁的稳定性、耐久性和安全性。但是结合工程实际可知，混凝土材料在浇筑施工阶段存在一定的水化热反应现象，这会造成混凝土材料本身的热胀冷缩，同时受施工环境等因素的影响，混凝土道路桥梁在施工中还容易出现裂缝问题。基于高质量、高标准的路桥工程建设需要，钢纤维混凝土作为一种优质的复合型材料在路桥工程建设中得到了广泛应用，其有效弥补了常规混凝土特性的不足，提升了道路桥梁工程施工的整体质量。

1、钢纤维混凝土性能分析

1.1 钢纤维性能

钢纤维是工程项目建设中较为常用的一种纤维材料，此类材料的制作方式多样，除断细钢丝法、冷轧带钢剪切等方式外，钢锭铣削也是较为常见制作方式。基于制作方式的差异，可将钢纤维材料分为不同类型，常见类型不仅包含切断钢纤维、剪切钢纤维，而且涉及切削钢纤维和熔抽钢纤维（见图1），这些钢纤维材料的长径比多处于40～80。路桥工程项目建设中，切断钢纤维和剪断钢纤维是较为常见的两种钢纤维材料应用形态，其中切断钢纤维材料具有抗拉强度突出的特点，但其在施工中很难与水泥砂浆结合在一起，整体的粘结性较差，故而在项目初期阶段，就必须完成切断钢纤维表面的变形处理，这样能在改变钢纤维外观结构的基础上，改善钢纤维的力学性能，继而实现切断钢纤维与水泥砂浆的高效结合，提升钢纤维混凝土的整体性能。通过剪切冷轧薄板的方式可获得剪断钢纤维，道路桥梁项目施工中，剪断钢纤维材料的厚度约为0.2～0.5mm，宽度约为0.25～0.9mm，材料抗拉强度为450～800MPa，与水泥砂浆的粘结性能突出，能有效提升原有混凝土结构的抗裂性能，满足工程项目建设的实际需要。

图1 钢纤维材料

1.2 钢纤维混凝土性能

道路桥梁施工中，科学使用钢纤维混凝土材料能有效限制外力作用下基体结构中的裂缝扩展，确保路桥工程的整体性、稳定性和安全性。在钢纤维混凝土道路桥梁中，水泥基料与钢纤维共同发挥着承担外力的作用；即在整个受力过程中，若混凝土集料出现开裂问题，则钢纤维材料会通过材料自身的拉力提升材料整体的抗裂性能，该过程中，横跨裂缝的钢纤维材料是结构外力的主要承受者。对比传统的混凝土材料，钢纤维混凝土抗拉极限强度较高，而且其还具有较强的抗压能力、抗弯性能；凭借着良好的材料性能优势，钢纤维混凝土材料在道路桥梁工程建设中的应用不断深入。结合工程实际可知，将钢纤维材料加入到混凝土材料后，则原先混凝土材料的轴抗拉极限强度会提升40%～50%，同时材料的抗弯极限强度也会提升50%～150%。此外钢纤维混凝土材料还能有效提升道路桥梁结构整体的抗冲击性能，有效地避免了道路桥梁早期裂缝变形、疲劳损坏等问题的发生。

2、基于道路桥梁施工的钢纤维混凝土技术要求

现代工程建设模式下，凭借着良好的性能优势，钢纤维混凝土在公路桥梁工程项目建设中的应用逐渐广泛；出于提升道路桥梁施工质量考虑，在钢纤维混凝土施工中，还应制定较为严格的技术标准规范，提升项目施工的指导性。钢纤维混凝土材料对于工程项目整体的施工质量具有较大影响，在项目施工初期阶段，需严格按照工程建设规范控制钢纤维混凝土材料的配置和使用。

在钢纤维混凝土材料配置阶段：（1）针对水泥原材料的选择，需按照高强度、抗磨损、抗寒耐冻的标准和要求控制材料质量；同时材料混合用水选择中，需使用饮用水配置材料，用水标准需控制在130～180kg/m。（2）施工人员内需按照0.4-0.55的水灰比要求进行材料配置，保证钢纤维材料强度与密实度满足应用要求。此外构件抗折强度是钢纤维混凝土材料配比设计中需要考虑的重要因素，基于这一应因素，应规范化地进行水泥标号、水灰比值设计，同时需合理控制钢纤维长径比值，确保配制材料、制作构件满足项目质量控制标准。

在钢纤维混凝土材料使用阶段，考虑到材料自身凝结速度快、硬化时间短的特征，要求施工人员最大限度地加快项目施工进度，避免材料过早凝结。譬如，在部分工程项目建设中，有的钢纤维混凝土材料会出现拌和料水分蒸发过快、材料凝结干涩的问题，对此应采用喷雾加水的方式延缓水分蒸发，避免肝纤维混凝土材料过早凝结。钢纤维混凝土路桥工程建设中，还需要严格控制施工技术应用，满足项目高质量、高标准的建设要求。如在细抗滑沟施工阶段，需规范使用硬刻槽方式开展施工，严禁在细抗滑沟施工中使用粗制麻袋、扫帚及刷子。在钢纤维混凝土路面板施工阶段，应控制路面板的长度保持在6～10m，最大面板的规格尺寸保持在8m×12m。另外若项目中钢纤维掺量较大，则尺寸需要使用大值，而当钢纤维掺量很小时，应对应将其尺寸控制在小值范围。

3、钢纤维混凝土在道路桥梁施工中的应用

3.1 道路工程应用

相比传统的混凝土道路，使用钢纤维混凝土材料后，道路整体的稳定性得到了极大提升，同时随着混凝土开裂问题的减少，道路整体的使用寿命得以延长，这充分保证了道路工程建设的经济效益、质量效益，为人们的交通出行创造了安全环境。结合工程项目实际可知，钢纤维混凝土材料在道路工程建设中的应用不断广泛，且施工技术也逐渐成熟。

目前，道路工程建设形态逐渐多样，有多个类型的道路工程中均使用了钢纤维混凝土技术。

3.1.1 全截面钢纤维混凝土路面：在道路工程施工初期阶段，施工人员在混凝土材料中加入钢纤维材料，有效地提升了混凝土材料的整体性能。对比传统道路，全截面钢纤维混凝土路面的厚度大大减小，一般其厚度约为传统路面厚度的50%～60%。另外在一些双车道路面中，施工人员还会使用钢纤维混凝土进行路面施工，此时道路的路面不需要设置纵缝，施工人员按照20～30m的间隔设置横缝，即可满足路面的施工需要，提升双车道路面整体的应用效果。全截面钢纤维混凝土双车道路面中，若施工环境、施工条件允许，还可将按照间隔50m的标准进行横缝施工，这样能有效提升项目施工的便捷性。

3.1.2 复合式钢纤维混凝土路面：在复合式混凝土路面施工中，钢纤维混凝土材料的使用包含了2种复合方式：（1）双层复合钢纤维混凝土路面，此类路面按照全板厚度的40%～60%铺设钢纤维混凝土材料，有效地提升了路面的整体性、稳定性。（2）三层复合钢纤维混凝土路面，此类路面分3层进行施工，通常在基础层和面层使用钢纤维混凝土，而在中间层会铺设普通的混凝土。为有效协调3层复合钢纤维混凝土道路的工期效益和质量效益，还应注重其施工条件的控制，即当道路工程项目建设中机械化程度较高时，可建设3层复合钢纤维混凝土路面。

3.1.3 碾压钢纤维混凝土路面，相比其他钢纤维混凝土路面，此类路面先需要完成普通混凝土的浇筑施工，随后按一定设计比例撒入钢纤维，然后在重力设备的作用下通过碾压将钢纤维压入路面，这样不仅能提升道路的强度，而且能改善路面的韧性，延长路面的使用寿命。

3.1.4 钢纤维混凝土罩面。在一些道路工程罩面施工中，钢纤维混凝土材料也有广泛应用，通常钢纤维混凝土在罩面中的应用包含结合式、分离式、直接式是3种形式。其中在结合式的罩面施工中，通过钢纤维混凝土材料的使用，道路面层会和旧混凝土结构融为一体，这不仅节省了项目施工材料，而且提升了既有道路的整体强度。选择在分离式罩面施工中使用钢纤维混凝土材料时，施工需重视隔离层的规范设置，一般隔离层设置中间部位。另外，在直接式钢纤维混凝土罩面施工中，原来的道路会被作为基础层，完成基础层表明清洁工作后，施工人员会在其上部覆盖钢纤维混凝土，施工效率较高。现阶段，在一些损坏不严重的旧水泥混凝土路面修复工作中，直接式钢纤维混凝土罩面施工方式应用较多，该施工方式有效地实现了既有路面的保护，延长了道路的使用寿命。

3.2 桥梁工程应用

随着钢纤维混凝土技术的成熟，其在桥梁工程中也得到了广泛的应用。现阶段，除钢筋混凝土桩加强、桥梁墩台局部加固外，钢纤维混凝土技术在桥面铺装中也得到了广泛应用。

（1）在钢筋混凝土桩体加强施工中，选择钢纤维混凝土作为桩尖或桩顶的浇筑材料，能有效提升桩体桩尖、桩头的整体性和力学性能，改善桩尖、装顶的抗冲击能量。工程项目建设中，考虑到钢纤维混凝土造价较高等因素，在桩体中间层施工中，可选择使用常规的混凝土材料，但这种施工方式会间接增加工序操作的负载性，需结合工程实际情况进行桩体处理方式的优化。

（2）作为桥梁主体的主要支撑单元，墩台长期处于受压状态，在高强荷载的作用下，桥梁的墩台容易出现断裂问题，这严重的影响了桥梁结构的整体性，对于桥梁后期的运行安全造成较大威胁。新时期，钢纤维混凝土材料在桥梁墩台中得到了广泛应用，使用该材料，能有效实现桥梁墩台的局部加强处理。结合桥梁墩台施工实际可知，在墩台局部加强处理中，施工人员多会选择Ⅱ型喷射机完成材料喷射施工，一般混合料中会使用1.0%的剪切钢纤维，控制钢纤维混凝土材料的喷射厚度保持在5～20cm，这样能提升墩台的承载能力，保证桥梁墩台的稳定性、整体性和安全性。另外在一些桥梁路面铺装中，施工人员也会使用钢纤维混凝土材料，其不仅能提升桥梁的刚度、抗折强度，而且能减少路面的铺装厚度，降低桥梁自重，有效地满足了桥梁工程高质量的建设和应用要求，对于桥梁工程发展具有积极作用。

4、基于路桥工程建设的钢纤维混凝土施工技术应用要点

4.1 钢纤维制作

作为钢纤维混凝土施工中的基础性内容，钢纤维制作对于材料配置和项目整体的施工质量具有较大影响。现阶段，道路桥梁工程中的钢纤维多采用钢丝切断法及冷拔法进行施工时。其中通过钢丝切断法进行钢纤维制作时，不仅应注重冲床的合理选择，而且应注重旋转刀具规格参数的控制，此外应考虑到钢丝切断法制作钢纤维具有较大的原材料耗损维问题，故而在工程项目较大时应避免使用这种方式制作钢纤维。采用冷拔法制作钢纤维时，钢纤维材料表面的光滑程度、粘结强度均会得到极大地改善。出于工程项目施工效率考虑，可联合使用钢丝切断法和冷拔钢丝法制作钢纤维，如在0.4～0.8mm的冷拔钢丝制作中，可通过钢丝切断法将冷拔钢丝切割成固定长度纤维，然后将其加入混凝土材料中，这样钢纤维混凝土的抗拉强度可上升到1000～2000pa，为道路桥梁的质量控制奠定了良好基础。

4.2 钢纤维混凝土配比设计

要进一步提升钢纤维混凝土的材料性能和技术水平，还应注重其配比的有效设计。施工人员可按照普通混凝土的配比要求来决定钢纤维混凝土的最终配比，该环节中，应注重钢纤维品种的有效选择。如钢纤维与基材应具有相适应的强度，同时钢纤维的极限抗拉强度应超过500MPa，在使用剪断钢纤维材料时，还应注重钢纤维与高标号混凝土材料的有效配置，一般钢纤维材料在混合料中的占比多保持在0.5%～2.0%。另外在控制各类材料用量的基础上，还需重材料质量的控制，如钢纤维的最小直径应尽可能控制在0.45～0.70mm，长径比应保持在50～80。而在混凝土材料应用中，应减少水泥用量，严格控制骨料粒径，一般骨料中大粒径应保持在10～20mm，同时应注重减水剂和其他掺加剂的使用，提升材料整体性能。

4.3 投料搅拌

强制式搅拌机、双锥反转出料搅拌机在钢纤维混凝土材料搅拌中的应用较多。设备操作中，首先针对钢纤维掺量高、混合料坍落度小的情况，应适当降低搅拌速率，这样才能实现搅拌机负荷的有效控制，减少无用做工问题发生。其次投料搅拌过程中需严格按照图2顺序进行投料，钢纤维应分三次投放，在干搅拌一段时间后才可加水搅拌。干搅拌持续1min后开始加水搅拌，加水搅拌时间应保持在2min。最后为避免钢纤维在搅拌过程中出现结团问题，还需要按照分级投料的要求进行投料，该过程中应注重分散机的有效控制。一般功率、分散力是分散机控制的两个关键指标，分散机作业中，其功率应保持在0.75～1.0kW，而分散力应控制在20～60kg/min。

图2 钢纤维混凝土整体投料顺序

4.4 浇筑振捣

作为钢纤维混凝土技术应用的重要环节，材料的浇筑振捣对于道路桥梁整体施工质量具有较大影响。

（1）在钢纤维混凝土材料浇筑初期阶段，先应注重材料质量的系统检查，在实际检查中，应注重钢纤维混凝土材料中钢纤维长径比、组团情况的检查，同时应重视混凝土材料配比、混凝土与钢纤维粘结性检查，在确保材料质量满足设计要求后，需按照连续浇筑的要求进行道路桥梁施工。

（2）钢纤维混凝土材料连续浇筑中，应确保前后倒料相压15～20mm，各路桥单元没有明显的浇筑接头，同时在浇筑中应严格控制浇注料的坍落度，避免材料在浇筑中出现钢纤维组团或混凝土离析问题。

（3）完成钢纤维混凝土材料浇筑后，还需要规范化的进行材料的振捣和压实处理。钢纤维混凝土施工中，应尽可能地使用平板振捣器进行浇注料的振捣处理，保证浇筑材料的密实程度。这是因为使用插入式振捣棒时，钢纤维会朝着振捣棒方向聚集，这种较为明显的集束效应会影响路桥工程的施工质量。在平板振捣器具体操作中，应注重边角地区振捣质量的控制；在此过程中，还应重视边角地区钢纤维的排列处理，要求这些部位的钢纤维按照纵向条状的状态集束排列，这样不仅能抵抗板体收缩应力、温度应力地传递，而且能提升板体荷载能力，对于路桥后期应用具有积极作用。

（4）路桥工程项目建设中，若已经完成钢纤维混凝土的振捣施工，还需要对经过振捣的平面进行抹平处理，振捣面抹平中，应将暴露在外的钢纤维压入混凝土，这样避免钢纤维材料的过早腐蚀和老化，而且能减少钢纤维对人体的伤害，工程质量效益突出，耐久性较好。

（5）为进一步提升钢纤维混凝土道路的施工质量，在完成工程项目建设后，还应规范化地进行钢纤维混凝土浇筑构件的养护施工。在具体的养护工作中，应严格控制钢纤维混凝土构件的养护温度、湿度，同时应注重混凝土构件中常见病害的检测和早期应对处理，这样能有效提升钢纤维混凝土路桥工程的施工质量，创造完全、稳定的交通出行环境。

结语：

规范化的使用钢纤维混凝土技术能有效提升道路工程建设质量。新时期，施工人员只有充分认识到钢纤维混凝土的性能优势，结合工程项目建设要求和实际施工情况，深层次分析钢纤维混凝土技术要点，规范其在项目施工各环节中的应用，才能有效地提升钢纤维混凝土技术，保证道路桥梁施工质量，继而推动道路桥梁工程的持续、稳定发展。