金邦柱

（呼倫貝爾市市政公用事業(yè)管理局，內(nèi)蒙古呼倫貝爾021008）

道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術(shù)應(yīng)用探討

金邦柱

（呼倫貝爾市市政公用事業(yè)管理局，內(nèi)蒙古呼倫貝爾021008）

簡(jiǎn)析鋼纖維混凝土的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、使用特點(diǎn)，并進(jìn)一步探討了路橋工程實(shí)踐中鋼纖維混凝土技術(shù)的應(yīng)用和要點(diǎn)，希望有所指導(dǎo)和幫助。

道路橋梁；鋼纖維混凝土技術(shù)；優(yōu)勢(shì)；實(shí)踐應(yīng)用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.069

1 引言

對(duì)于路橋項(xiàng)目施工而言，傳統(tǒng)的鋼混結(jié)構(gòu)要想達(dá)到設(shè)計(jì)承載需求值，其施工成本相對(duì)高昂，同時(shí)鋼筋混凝土材料也在很大程度上破壞了周圍環(huán)境。鋼纖維混凝土是一種新型建筑材料，是將一定量的鋼纖維加入混凝土中，減少水泥用量并強(qiáng)化結(jié)構(gòu)承載性能，同時(shí)也有效節(jié)約了工程成本支出。在當(dāng)前部分大型市政基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目或者道路橋梁施工項(xiàng)目中，鋼纖維混凝土的應(yīng)用極為廣泛，因而探討鋼纖維混凝土技術(shù)在路橋項(xiàng)目施工中的應(yīng)用具有積極的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2 鋼纖維混凝土技術(shù)的使用特點(diǎn)分析

按照制造方法不同可將鋼纖維材料分為抗剪纖維、環(huán)切纖維以及抗壓纖維3種，三者差異主要表現(xiàn)在材料抗外力性能不同，但具有較為接近的承載效果。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)，將鋼纖維材料摻入混凝土中可大大提高結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度，其抗壓數(shù)值約為普通混凝土的5倍作用，抗拉強(qiáng)度則高出約3倍。分析其作用機(jī)理發(fā)現(xiàn)，鋼纖維能夠控制豎向的混凝土裂縫，并在受彎或者受拉側(cè)作為承力單位，其中纖維材料最先承力，待其承受能力達(dá)到最大荷載數(shù)值時(shí)，混凝土體開始承力。這樣一來，結(jié)構(gòu)體承載能力明顯增強(qiáng)，當(dāng)鋼纖維材料在荷載作用影響下發(fā)生變形后，混凝土結(jié)構(gòu)也將發(fā)生相應(yīng)形變，二者最終達(dá)到共同屈服狀態(tài)[2]。

鋼纖維材料均勻分布于混凝土構(gòu)件上，混凝土與鋼纖維以硬化的方式粘合為一體，共同承受荷載。實(shí)驗(yàn)證明，混凝土材料中鋼纖維量摻入量為0.4%～0.6%時(shí)，結(jié)構(gòu)抗剪能力大幅提升，抗變形能力也得到顯著改善。與以往彈性模量相比，鋼纖維材料結(jié)構(gòu)彈性模量明顯提升，收縮率隨之下降。路橋項(xiàng)目建設(shè)與使用期間，溫度等附加應(yīng)力往往是引起混凝土裂縫以及失穩(wěn)的重要影響因素，而鋼纖維混凝土材料可有效提升結(jié)構(gòu)體抗溫度應(yīng)力性能，防止附加應(yīng)力影響而出現(xiàn)橋梁失穩(wěn)的問題。

3 鋼纖維性能與鋼纖維混凝土性能

3.1 鋼纖維

按照制造方式的差異可將鋼纖維分為如下四種：熔抽鋼纖維、切斷鋼纖維、剪切鋼纖維以及切削鋼纖維。熔抽鋼纖維來自熔融的鋼水，其強(qiáng)度受熔融溫度和熔融鋼材料的影響，表面氧化層不規(guī)則，強(qiáng)度相對(duì)較低，且氧化層對(duì)混凝土和鋼纖維之間的粘結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響。切斷鋼纖維抗拉強(qiáng)度超強(qiáng)，但是與混凝土之間的粘結(jié)效果較差，需要對(duì)表面實(shí)施變形處理，制備為末端帶鉤、表面刻印或者波紋型鋼纖維，使之與混凝土之間的粘結(jié)性得到有效提升。剪切鋼纖維抗拉強(qiáng)度數(shù)值約在440～780MPa，由剪切冷軋薄板制造而成，其厚度一般在0.18～0.48mm范圍內(nèi)，寬度值通常不超過0.24～0.88mm，和混凝土的粘結(jié)效果較好。切削鋼纖維是厚鋼板、軟鋼錠經(jīng)過旋轉(zhuǎn)銑刀切削制造而成，其粘結(jié)性較好，截面呈三角形，具有較高的強(qiáng)度。

3.2 鋼纖維混凝土

將定量的鋼纖維均勻分布于普通混凝土表層即為鋼纖維混凝土，鋼纖維混凝土具有更為優(yōu)異的性能，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：（1）具有較高的抗凍性和耐磨性；（2）具有良好的抗剪性能；（3）可有效抑制或組織溫度應(yīng)力裂縫；（4）具有良好的抗裂以及抗疲勞性能；（5）具有較高的抗變形能力以及抗沖擊性能；（6）具有較高的抗拉、抗彎折以及抗壓極限強(qiáng)度；（7）質(zhì)量與強(qiáng)度比值較大。將混凝土與鋼纖維混合可有效改善外力作用引起的混凝土裂縫擴(kuò)張。一旦有外力作用施加到結(jié)構(gòu)體上，鋼纖維和混凝土將會(huì)協(xié)同抵御外力影響，這種復(fù)合受力方式大大提升了混凝土結(jié)構(gòu)體的抗拉強(qiáng)度。對(duì)于鋼纖維混凝土來說，其強(qiáng)度影響因素主要包括粗骨料最大粒徑、長(zhǎng)徑比、砂率、摻量、減水劑以及鋼纖維類型，等等。

4 鋼纖維混凝土的設(shè)計(jì)

制備鋼纖維混凝土?xí)r，技術(shù)人員應(yīng)遵循普通混凝土配合比原則來選擇和設(shè)計(jì)鋼纖維混凝土的配合比，條件允許的情況下技術(shù)人員可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定配合比。應(yīng)根據(jù)基材強(qiáng)度選擇與之相當(dāng)?shù)匿摾w維品種，并確保其抗拉極限數(shù)值不低于480MPa，其中鋼纖維含量約為0.46%～1.96%。熔抽鋼纖維以中低標(biāo)號(hào)混凝土為佳，剪切鋼纖維則以高標(biāo)號(hào)混凝土為佳，同時(shí)應(yīng)控制鋼纖維長(zhǎng)徑比，確保其力學(xué)特性符合設(shè)計(jì)與施工要求。一般情況下鋼纖維直徑最小值應(yīng)不超過0.42～0.65mm這一范圍，鋼纖維長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)。與同標(biāo)號(hào)混凝土相比，鋼纖維細(xì)石混凝土含砂率略高，主骨料最大粒徑不超過15mm，確保基體和鋼纖維之間能夠牢固固結(jié)?？刂其摾w維長(zhǎng)徑比在45～75范圍內(nèi)，同時(shí)還應(yīng)對(duì)攪拌時(shí)間予以嚴(yán)格控制；可適量加入減水劑、外摻劑，以改善混合料施工，保證施工質(zhì)量的同時(shí)減少水泥用量。

5 道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術(shù)的應(yīng)用

5.1 橋梁施工方面

以某市政路橋項(xiàng)目施工為例，該項(xiàng)目長(zhǎng)度為1244m，為雙向2車道，寬為15.8m，橋梁斜拉橋主梁、箱梁以及吊橋均為鋼纖維混凝土。

1）橋面鋪裝。將鋼纖維混凝土鋪設(shè)于橋梁表面可提高橋梁結(jié)構(gòu)抗折強(qiáng)度與剛度性能，同時(shí)也可降低鋪裝厚度，合理控制橋梁自重，橋梁結(jié)構(gòu)受力狀況得到改善。除此之外，橋梁耐久性和抗裂性能有顯著提升，使用壽命大大延長(zhǎng)。

2）鋼筋混凝土樁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化。一般來說，在混凝土樁尖或者樁頂使用鋼纖維混凝土有利于提高樁的穿透性，同時(shí)也可強(qiáng)化樁頂韌性以及抗沖擊強(qiáng)度，錘擊次數(shù)隨之減少，較好地解決了錘擊過程中可能導(dǎo)致樁頂被擊穿的問題，同時(shí)樁尖進(jìn)土效果明顯增強(qiáng)，打擊速度大幅提升。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，倘若橋梁結(jié)構(gòu)體全部采用鋼纖維混凝土材料，則會(huì)耗費(fèi)巨量資金，所以在樁身部分的設(shè)計(jì)中依然采用非預(yù)應(yīng)力或者預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土材料，確保橋梁整體強(qiáng)度的基礎(chǔ)上合理控制施工成本。

3）局部結(jié)構(gòu)的加固。一般情況下制備鋼纖維混凝土?xí)r應(yīng)選擇切削鋼纖維或者剪切鋼纖維，并合理控制摻入量，以不超過0.9%為宜。通過轉(zhuǎn)子II型噴射機(jī)將鋼纖維混凝土噴射在橋面上，噴射厚度為4～18cm，這樣可保證橋梁整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性要求，加強(qiáng)橋梁主體抗震性能，同時(shí)還可避免加固作用下橋面、橋梁墩臺(tái)以及橋面板裂縫等局部發(fā)生表層剝落或者損壞等問題。此外也可采用TS速凝劑或者硫酸鹽快凝水泥來強(qiáng)化橋梁主體薄弱部位，優(yōu)化結(jié)構(gòu)早期抗裂能力。

4）隧道襯砌以及邊坡防護(hù)操作。對(duì)于部分地質(zhì)狀況較差的路段，施工過程中我們應(yīng)在普通水泥支護(hù)基礎(chǔ)上采用鋼纖維混凝土外噴的方式加以強(qiáng)化，避免邊坡巖石意外脫落對(duì)橋面造成損害。如果經(jīng)濟(jì)條件許可，還可制定鋼纖維混凝土全截面噴射的強(qiáng)化方案，以發(fā)揮支護(hù)以及加固的作用。對(duì)于隧道襯砌而言，鋼纖維混凝土噴射強(qiáng)固方案防護(hù)作用極佳，其有利于提高隧道抗?jié)B漏性能，促使隧道結(jié)構(gòu)整體性的提升[3]。

5.2 道路施工方面

以某市政道路項(xiàng)目建設(shè)為例，該道路為雙向六車道，全長(zhǎng)29700.8m，最大直線長(zhǎng)度773.4m，鋼纖維混凝土路面耐磨性以及凍融性良好，且鋪裝厚度較小，橫向縮縫較小，可不設(shè)或者少設(shè)縱縫，因而在設(shè)計(jì)該工程路面施工方案時(shí)選擇鋼纖維混凝土技術(shù)。

1）路面為復(fù)合式鋼纖維混凝土。一般情況下復(fù)合式鋼纖維混凝土路面表現(xiàn)為雙層式或者三層式，前者上層為鋼纖維混凝土，厚度約占路面的35%～55%，下層材料為普通混凝土。三層復(fù)合鋼纖維混凝土上層和下層均為鋼纖維混凝土材料，中間層則為普通混凝土。三層式路面具有更強(qiáng)的耐久性，但施工工藝以及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)工程施工人員施工經(jīng)驗(yàn)具有較高的要求，且設(shè)計(jì)方案成本較高，一般適用于機(jī)械化水平較高的地域。

2）路面碾壓與強(qiáng)化。在碾壓混凝土中加入鋼纖維，可進(jìn)一步優(yōu)化碾壓混凝土物理特性，從而大幅提升路面強(qiáng)度以及韌性。

3）路面采用全截面鋼纖維混凝土鋪設(shè)。本項(xiàng)目為雙向六車道，所以不設(shè)縱縫，路面橫縫間距最大數(shù)值為45m，一般間距數(shù)值不超過25～35m。路面以全截面鋼纖維混凝土鋪設(shè)，鋪裝厚度一般為常規(guī)混凝土路面鋪裝厚度數(shù)值的45%～55%，其中鋼纖維摻量保持在0.75%～1.15%。

4）采用鋼纖維水泥砂漿或者細(xì)石混凝土罩面。該項(xiàng)目施工中，施工人員主要采用鋼纖維水泥砂漿或者細(xì)石混凝土罩面來修補(bǔ)路面，鋼纖維長(zhǎng)徑比不宜超過75～95，此外鋼纖維體積率不宜超過0.9%～1.8%[4]。

6 路橋施工中鋼纖維混凝土技術(shù)的要點(diǎn)

1）應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況來確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)和鋼纖維類型，同時(shí)還應(yīng)合理選擇施工攪拌機(jī)械，保證攪拌機(jī)作業(yè)效率，防止超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）攪拌機(jī)作業(yè)過程中應(yīng)合理確定原材料投放順序，一般以分級(jí)投料方式為主，即砂石—鋼纖維—水泥—水，其中鋼纖維投料環(huán)節(jié)應(yīng)注意利用分散裝置，先規(guī)范整理鋼纖維，然后分散投入，防止攪拌過程中引起鋼纖維固結(jié)的問題。攪拌時(shí)應(yīng)遵循先干后濕的原則，即先將原材料一一加入攪拌機(jī)，不加添加劑或者水，攪拌1min后再加入添加劑或者水，繼續(xù)攪拌2min。

3）澆筑振搗。澆筑鋼纖維混凝土?xí)r應(yīng)注意控制澆筑接頭，澆筑作業(yè)應(yīng)具有連續(xù)性，每次倒料相壓長(zhǎng)度在14～28cm左右。采用振搗棒振搗時(shí)應(yīng)確保邊角部位混凝土的處理，務(wù)必振搗密實(shí)，以強(qiáng)化混凝土對(duì)于荷載傳遞、溫度應(yīng)力以及收縮應(yīng)力的抵抗力。振搗完畢后應(yīng)抹平鋼纖維混凝土表面，以免其中鋼纖維露出表面并發(fā)生銹蝕。

7 結(jié)語

隨著路橋施工工藝與技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，施工材料也推陳出新。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土具有突出優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用也日趨廣泛。本文主要論述了鋼纖維混凝土技術(shù)在路橋施工中的應(yīng)用，希望有所幫助。

【1】陳林.淺談我國(guó)道路橋梁施工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].中華民居, 2012(22):310-311.

【2】盧志揚(yáng).市政路橋施工中鋼纖維混凝土技術(shù)的應(yīng)用研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2015(18):1081-1081.

【3】鐘霖.探析路橋工程施工中幾種常見的路橋施工技術(shù)[J].中華民居, 2012(7):171.

【4】楊寶成.淺談路橋施工技術(shù)對(duì)軟土地基處理方法[J].建材與裝飾,2015 (39):281-282.

The Application of Steel Fiber Reinforced Concrete Technology in Road&Bridge Construction

JIN Bang-zhu
（Hulunbuir Municipal Public Utilities Administration,Hulunbuir 021008,China）

The paper makes a brief analysis of the advantages and characteristics of steel fiber concrete application.And it further explores the application and key points in road and bridge engineering practice of steel fiber reinforced concrete technology,hoping to guide and help.

road and bridge;steel fiber reinforced concrete technology;advantage;practical application

U445；U414

A

1007-9467（2016）08-0126-02

2016-08-10

金邦柱（1964～），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，工程師，從事道路橋梁研究。