路桥工程中钢纤维混凝土施工技术的应用

王 振 ，胡 朋

1.江苏省交通运输厅公路事业发展中心，江苏 南京 210004

2.山东交通学院，山东 济南 250357

公路桥梁项目建设是我国基础设施建设的重要内容，现阶段路桥施工多采用混凝土结构形式，然而混凝土自身具有热胀冷缩的性质，如果施工工艺控制不当，那么就容易出现结构裂缝等问题，严重影响路桥使用的稳定性和安全性。基于此，施工人员有必要对路桥施工材料进行优化。钢纤维混凝土是一种优质的复合型材料，其有效弥补了传统混凝土特性的不足，提升了路桥施工质量。除了预应力梁、桥面铺装层，钢纤维混凝土在路面、桥梁的维修加固等施工环节也得到了广泛应用。

1 钢纤维和钢纤维混凝土的基本性能

1.1 钢纤维性能

钢纤维指的是长径比为40～80的纤维，这些纤维多采用切断细钢丝法、冷轧带钢剪切或钢锭铣削等方法制成，钢纤维材料见图1。按照制造方式的差异，钢纤维大致可分为四种类型，包括切断钢纤维、剪切钢纤维、切削钢纤维和熔抽钢纤维。在路桥项目建设中，切断钢纤维、剪断钢纤维的应用较多。其中，切断钢纤维的抗拉强度较高，但其与水泥砂浆的黏结性较差，因而在施工阶段还需要对纤维表面进行变形处理，以此改善钢纤维的力学性能。剪切钢纤维多按照剪切冷轧薄板的方式获得，此类纤维材料厚、宽分别为0.2～0.5mm和0.25～0.9cm，材料抗拉强度为450～800MPa，相比于切断钢纤维，剪切钢纤维材料与水泥砂浆的黏结性能明显更为优秀。

图1 钢纤维材料

1.2 钢纤维混凝土性能

在混凝土中应用钢纤维材料的主要目的是限制外力作用下基体裂缝的扩展。将钢纤维材料和混凝土结合在一起，则两者共同发挥承担外力的作用。在受力过程中，一旦基料裂开，则横跨裂缝的钢纤维会转为外力的主要承受者，有效地提升材料整体的抗裂性能。从钢纤维混凝土整体性能看，其不仅具有较高的抗拉极限强度，而且抗压和抗弯性能较为突出。工程实践表明，在混凝土材料中添加钢纤维后，单轴抗拉、抗弯的极限强度会分别提升40%～50%和50%～150%。同时混凝土和钢纤维的融合可以有效提升复合结构体的抗冲击性能，并且实现结构体抗裂、抗疲劳、抗变形能力。此外，将钢纤维混凝土用于具体项目建设后，还能保证材料的抗冻性与耐磨性[1]。

2 路桥施工中钢纤维混凝土施工技术要点

2.1 钢纤维制作

制作符合项目建设要求的钢纤维，是钢纤维混凝土施工的基础性工作。依据制作原理的差异，钢纤维的制作方法大致可分为钢丝切断法和冷拔法。其中，钢丝切断法对冲床与切刀的依赖性较强，并且出于提升切割效率的考虑，选择使用旋转刀具；其不足之处在于采用钢丝切断法制作钢纤维时，对钢丝原材料的耗损问题较为严重，容易增加工程项目的建设成本，故而在当路桥工程施工规模较大时，钢丝切断法制作钢纤维的适用性较差。采用冷拔法制作钢纤维时，不仅能确保钢纤维表面的光滑程度，而且能有效增加钢纤维自身的黏结强度。目前，在钢纤维制作中，大多会选择钢丝切断法和冷拔钢丝法的联合制作，以0.4～0.8mm直径的冷拔钢丝为例，采用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，这样能有效地提升钢纤维的抗拉强度，在具体施工中，采用这种功法制成的钢纤维混凝土，其抗拉强度可达到1000～ 2000MPa。

2.2 钢纤维混凝土设计制造

钢纤维混凝土制作要点把控具体如下：（1）在钢纤维混凝土配合比设计中，可按照普通混凝土的配合比要求来决定最终配比。（2）在钢纤维品种选择中，应确保钢纤维与基材强度相适应，并且应确保钢纤维极限抗拉强度超过500MPa。当使用圆直和熔抽钢纤维时，应选择圆直和熔抽钢纤维进行配制；当使用剪断钢纤维时，应选择高标号混凝土完成配制，确保钢纤维的含量保持在0.5%～2.0%。（3）钢纤维混凝土制作需要控制钢纤维的长度和最小直径，以此保证混凝土材料的力学性能，使其满足施工和易性要求。通常钢纤维长度不应太长，而最小直径应不小于0.4mm，一般钢纤维的最小直径保持在0.45～0.70mm，长径比保持在50～80。（4）与普通混凝土相比，要求提升钢纤维混凝土的砂率。并且考虑到钢纤维同基体结合的牢固性，应选择较小粒径的骨料，骨料中大粒径保持在10～20mm。（5）注重水泥用量的控制，在保证钢纤维混凝土材料性能的情况下，尽可能地减少水泥用量，降低工程成本。同时应借助减水剂或其他外掺剂，不断提升钢纤维混凝土材料的设计和制造水平。

2.3 投料搅拌

在钢纤维混凝土投料搅拌过程中，除了专用的强制式搅拌机，还可使用双锥反转出料搅拌机设备。在搅拌设备利用过程中，一旦纤维掺量较高或混凝土坍落度较小，为避免搅拌机超负荷作业，应降低搅拌机的利用率。在实际搅拌中，应注意搅拌投料顺序和搅拌时间的控制。通常，当钢纤维一次性直接投料时，搅拌机内的钢纤维容易出现结团问题，因而需要按照分级投料的原则进行投料，确保钢纤维充分分散，要求分散机功率保持在0.75～1.0kW，分散力控制在20～60kg/min。最后按照先干后湿的要求投料搅拌，要求混合料在搅拌机内干搅拌1min后，开始加水并湿搅拌2min。钢纤维混凝土整体投料顺序见图2。

图2 钢纤维混凝土整体投料顺序

2.4 浇筑振捣

为进一步提升钢纤维混凝土路桥施工质量，在材料浇筑过程中，一是应确保钢纤维混凝土浇筑的连续性，要求各路桥单元没有明显的浇筑接头，以此保证浇筑单元的连续性；二是在钢纤维混凝土振捣中，要求使用平板振捣器振捣成型，因为使用插入式振捣棒时，钢纤维会朝着振捣棒方向聚集，由此产生了集束效应，影响了路桥浇筑施工质量[2-3]；三是在平板振捣器振捣操作中，应充分保证边角部位混凝土振捣的密实程度，在边角地区要求钢纤维按照纵向条状的状态集束排列，以此抵抗板体收缩应力、温度应力及荷载的传递；四是完成振捣后，要求将振捣面抹平，并且应确保外露的钢纤维压入混凝土，避免钢纤维发生锈蚀或者对人体造成伤害。

3 钢纤维混凝土施工技术在路桥施工项目中的具体应用

3.1 项目概况

某高速公路全段总长为28.85km，设计公路为双向四车道，路基宽度为25m，设计速度为80km/h。受地形因素影响，该项目建设需要建设多个桥梁，为提升桥梁整体抗压、抗拉和抗弯效应，在桥梁浇筑施工中，采用钢纤维混凝土浇筑施工工艺，有效提升桥梁项目的施工质量，满足了高速公路运行需求。

3.2 具体应用

在该项目施工中，高速公路桥梁浇筑采用钢纤维混凝土浇筑施工技术。在浇筑前期阶段，严格配置钢纤维、钢纤维混凝土，要求钢纤维抗拉强度达到1000～2000MPa，钢纤维混凝土中钢纤维的含量保持在1.0%。而且该项目选择使用硫铝酸盐快硬水泥和速凝剂材料，提升了浇筑构件的早期抗裂性能。然后严格按照钢纤维混凝土投料搅拌、浇筑振捣的操作要点进行施工，必须控制桥梁上部承受荷载部位、桥梁墩台结构的浇筑质量。其中在上部承受荷载部位浇筑中，要求合理控制钢纤维混凝土的浇筑量，实现结构受力性能、浇筑构件自重、桥梁美观及工程经济效益的协调。在墩台等结构局部加固处理中，重点考虑桥梁结构的整体性和抗震性，该项目采用转子Ⅱ型喷射机进行施工，确保喷射钢纤维混凝土保持在5～20cm，避免了后期使用中桥梁墩台、桥面板裂缝或表层剥落病害的发生[4]。

4 结束语

施工人员规范化地使用钢纤维混凝土施工技术，能够有效地提升路桥项目的施工质量，减少路桥工程裂缝问题。现今，路桥建设项目逐渐增多，施工人员只有充分认识钢纤维混凝土的材性能和施工技术优势，并加强钢纤维混凝土施工技术各环节的系统管理，才能有效提升钢纤维混凝土的施工质量，确保路桥建设应用的稳定性、安全性。