辛永臣 辛順德

（山東高速暢通路橋工程有限公司，山東 濰坊 261506）

0 引言

路橋工程建設(shè)是我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的關(guān)鍵內(nèi)容，關(guān)系到我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。提高路橋工程施工技術(shù)水平，延長道路橋梁的使用壽命，是路橋工程建設(shè)施工的重要目標(biāo)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合型材料在工程建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛，鋼纖維混凝土就是一種質(zhì)量較高的復(fù)合型材料。在路橋工程施工中，鋼纖維混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了普通混凝土施工中存在的裂縫等質(zhì)量問題，使路橋結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，延長路橋使用壽命。將鋼纖維混凝土施工技術(shù)應(yīng)用于路橋施工中，對(duì)于提高路橋工程建設(shè)水平具有重要意義[1]。

1 路橋施工中鋼纖維混凝土施工技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

鋼纖維混凝土就是在普通混凝土表面上均勻鋪設(shè)一定數(shù)量的鋼纖維，從而形成新的復(fù)合型材料，優(yōu)化混凝土材料性能。其中，鋼纖維通常是長徑比在40～80的纖維，按照不同的制成方法，可以分成切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維、熔抽鋼纖維4種。將鋼纖維和混凝土結(jié)合，能夠有效解決由于外力作用導(dǎo)致的基體裂縫及擴(kuò)展問題，二者共同作用承擔(dān)外力[2]。當(dāng)鋼纖維混凝土受到外力沖擊時(shí)，基料如果發(fā)生開裂，還可以以混凝土中橫跨裂縫的鋼纖維作為受力主體，有效抵抗外力的沖擊，從而大幅提升材料的性能。同時(shí)，鋼纖維混凝土的復(fù)合結(jié)構(gòu)體不僅具有較強(qiáng)的抗沖擊力、抗裂等性能，還有效地提升了材料的抗疲勞、抗變形以及使用中的抗磨、抗凍等各方面性能[3]。普通混凝土和鋼纖維混凝土力學(xué)性能比較見表1。

表1 普通混凝土和鋼纖維混凝土力學(xué)性能比較

2 項(xiàng)目概況

該工程為某高速公路橋梁施工建設(shè)項(xiàng)目。該高速公路全長26.45km，雙向四車道，道路寬度為25.5m，設(shè)計(jì)速度80km/h。該高速公路由于地形地勢(shì)影響，全程共需要建設(shè)大小橋梁共13座。為提高高速公路橋梁建設(shè)質(zhì)量，在橋面鋪裝層應(yīng)用鋼筋混凝土施工工藝，提高橋梁工程施工質(zhì)量。

3 鋼纖維混凝土施工技術(shù)具體應(yīng)用

在該工程中，根據(jù)工程實(shí)際要求，同時(shí)綜合考慮工程施工工期進(jìn)度要求，最終確定采用澆筑式鋼纖維混凝土施工。

3.1 施工流程

該工程鋼纖維混凝土施工中，主要施工流程為施工準(zhǔn)備→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→安裝鋼模板→鋼纖維混凝土制備→投料攪拌→材料運(yùn)輸→澆筑振搗→施工抹平→刻槽→切縫處理→后期養(yǎng)護(hù)。施工流程如圖1所示。

圖1 鋼纖維混凝土施工流程

3.2 具體施工過程

3.2.1 施工準(zhǔn)備階段

根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況確定鋼纖維混凝土設(shè)備安裝場地，并做好設(shè)備的調(diào)試工作，確保鋼纖維混凝土材料應(yīng)用中的性能狀態(tài)良好。鋼纖維混凝土施工技術(shù)要求制定完善的施工規(guī)范，并嚴(yán)格按照施工規(guī)范確保鋼纖維材料性能良好，保證澆筑施工的連續(xù)性、材料運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性等各個(gè)方面，避免出現(xiàn)問題而影響施工質(zhì)量。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定符合工程實(shí)際情況的混凝土鋪筑方式[4]。

3.2.2 鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)

根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，確定鋼筋定位并做好標(biāo)記，在鋼筋交匯處，按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)間距進(jìn)行打孔，間距設(shè)計(jì)要求在20 cm，并將短鋼筋嵌入孔內(nèi)，注意短鋼筋長度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，且上支部分長度應(yīng)當(dāng)在鋼纖維混凝土橋面鋪裝層設(shè)計(jì)標(biāo)高之下。確定鋼筋位置之后，進(jìn)行鋼筋鋪設(shè)，鋼筋選擇直徑為12 cm和8 cm的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，對(duì)鋪設(shè)完成的鋼筋進(jìn)行綁扎。在支架鋼筋部位，在綁扎過程中先對(duì)固定鋼筋網(wǎng)進(jìn)行綁扎，且需要注意該部位與橋面間距應(yīng)當(dāng)與設(shè)計(jì)厚度要求相一致[5]。

3.2.3 安裝鋼模板

鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)完成后，則預(yù)先將鋼模板支立，當(dāng)模板水平位置和標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)位置與標(biāo)高之后，檢查其支架是否牢固，并確保鋼架接頭的平順。同時(shí)，為避免鋼模板與梁頂連接處發(fā)生漏漿的情況，還需要提前在模板內(nèi)壁上噴涂隔離劑，注意均勻。

3.2.4 鋼纖維混凝土制備

首先，確定鋼纖維混凝土材料。1）確定鋼纖維材料。根據(jù)工程實(shí)際，在該工程鋼纖維混凝土施工中，要求鋼纖維抗拉強(qiáng)度在1 000 MPa以上，鋼纖維選擇直徑為0.5 mm，密度為6.8 g/cm3，長徑比為60的剪切鋼纖維。同時(shí)，注意鋼纖維表面無銹、無油，滿足《公路水泥混凝土纖維材料》等相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。2）確定水泥材料。在該工程中，選用水泥要求符合《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30-2005）檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，其各項(xiàng)性能指標(biāo)見表2。3）粗集料。該工程選用碎石為粗集料，主要有粒級(jí)為4.8mm～9.5mm、9.5 mm～19 mm 2種碎石。其中，4.8mm～9.5mm粒級(jí)碎石振實(shí)密度為1 560 kg/m3，表觀密度為2.71 g/cm3，針片狀含量為4.5%，含泥量為0.2%，空隙率為42.5%，壓碎值為10.3%；9.5 mm～19 mm粒級(jí)碎石振實(shí)密度為1 602 kg/m3，表觀密度為2.71 g/cm3，針片狀含量為8.5%，含泥量為0.4%，空隙率為41.1%，壓碎值為10.3%。摻配比為4.8 mm～9.5 mm粒級(jí)碎石占比40%，9.5mm～19mm碎石占比60%。4）細(xì)集料。該工程細(xì)集料選用中粗砂，性能指標(biāo)為堆積密度為1440kg/m3，表觀密度為2.66g/cm3，含泥量2.3%，泥塊含量0.9%，空隙率46.0%。

表2 水泥材料性能指標(biāo)

其次，確定鋼纖維混凝土材料的配合比。按照該工程強(qiáng)度和耐久性需求，設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度frf為5.5 MPa，28d彎拉強(qiáng)度fef則按照以下公式（1）計(jì)算，為6.6 MPa。

式中：fef為28d彎拉強(qiáng)度均值；frf為設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度值；s為彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)樣本標(biāo)準(zhǔn)差；t為保證率系數(shù)；Cv為彎拉強(qiáng)度變異系數(shù)。

上述參數(shù)值均根據(jù)《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》確定。

設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度fcu大于40 MPa，抗壓試配強(qiáng)度按照公式（2）計(jì)算，49.9 MPa。式中：fcu為28d抗壓強(qiáng)度均值；f為設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；Z為保證率系數(shù)（Z取1.645）；б為抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（б取6 MPa）。

最終確定該工程施工中，鋼纖維混凝土材料的配合比為鋼纖維∶水泥∶水∶砂:碎石=0.21∶1∶0.4∶0.01∶2.77。

3.2.5 投料攪拌

鋼纖維投料前，需要將其充分?jǐn)嚿?，確保在投料時(shí)的均勻度。因此，在鋼纖維投入攪拌機(jī)與混凝土材料拌合前，要先用分散機(jī)將鋼纖維分散，分散機(jī)功率為0.75kW～1.0kW，分散力度為30 kg/min～60 kg/min。鋼纖維均勻分散后，注意不能全部一次性投入混凝土攪拌機(jī)中，而需要分批次投入，從而避免鋼纖維發(fā)生結(jié)團(tuán)的問題。在鋼纖維混凝土攪拌中，采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌之外，還可以通過雙錐翻轉(zhuǎn)出料攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。攪拌過程中，還需要注意在攪拌機(jī)內(nèi)預(yù)留出一定的攪拌空間，避免超出設(shè)備運(yùn)作負(fù)荷。嚴(yán)格按照相應(yīng)的順序，將鋼纖維、砂、水泥、石子等材料投入攪拌機(jī)內(nèi)，通常要求按照先干后濕的順序進(jìn)行投放，材料投放順序如圖2所示。在混合料全部投放到攪拌機(jī)中后，先進(jìn)行1 min以上的干拌，然后進(jìn)行加水和外加劑進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間為2 min以上，總拌和時(shí)間不應(yīng)當(dāng)超過5 min。

圖2 鋼纖維混凝土投料順序

3.2.6 材料運(yùn)輸

在鋼纖維混凝土材料攪拌完成后，為避免材料出現(xiàn)離析的情況，該工程選擇采用自卸式泵車進(jìn)行材料運(yùn)輸，縮短運(yùn)輸時(shí)間。在運(yùn)輸過程中，注意避免鋼纖維混凝土塌落度較小或發(fā)生振動(dòng)等情況造成的鋼纖維沉底問題。同時(shí)，由于在鋼纖維混凝土攪拌中加入了減水劑等外加劑，因此在材料運(yùn)輸前需要先做好施工面攤鋪平整的準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格按照施工工序合理規(guī)劃混凝土鋪筑區(qū)域，避免材料在施工過程中等待較長的時(shí)間，出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象[6]。

3.2.7 澆筑振搗

在澆筑振搗施工中，首先要做好澆筑施工準(zhǔn)備：1）在混凝土鋪筑前3 h～4 h，對(duì)橋面進(jìn)行持續(xù)性灑水，使其保持濕潤狀態(tài)，施工前1h左右停止灑水，檢查平整鋪筑橋面，做好準(zhǔn)備工作。2）澆筑施工前對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查，確保對(duì)鋼纖維混凝土進(jìn)行連續(xù)澆筑，避免出現(xiàn)較為明顯的澆筑接頭，確保澆筑單元具有連續(xù)性。其次，材料攤鋪施工前需要先對(duì)其進(jìn)行充分振搗，保證混凝土材料均勻分布，攤鋪系數(shù)保持在1.2～1.3。同時(shí)，在振搗時(shí)要注意振搗器的選擇，插入式振搗器容易造成鋼纖維混凝土中的鋼纖維材料發(fā)生集束，從而影響鋼纖維均勻合理的分布。因此，對(duì)鋼纖維混凝土振搗要求采用平板式振搗器，同時(shí)注意不要過度振搗。最后，在進(jìn)行材料振搗過程中，還需要注意邊角部位的振搗效果，確保其混凝土材料振搗密室。對(duì)于邊角部位，鋼纖維的排列應(yīng)當(dāng)以縱向條狀的集束式排列為主，從而有效增強(qiáng)其抗收縮性能，使鋼纖維能夠承擔(dān)溫度應(yīng)力和荷載力傳遞，提高板體強(qiáng)度。

3.2.8 施工抹平

在鋼纖維混凝土澆筑振搗完成后，需要對(duì)振搗面進(jìn)行施工抹平，將露出的鋼纖維壓進(jìn)混凝土當(dāng)中，避免鋼纖維銹蝕或?qū)θ藛T造成傷害。在施工抹平中，可以采用機(jī)械抹平，確?；炷帘砻娴钠秸Ｔ诓鹉：?，如果發(fā)生存在鋼纖維露出的情況，也需要及時(shí)進(jìn)行抹平處理，一是保證施工效果，二是提高施工安全。

3.2.9 刻槽

在鋼纖維混凝土施工完成后，為提高其結(jié)構(gòu)表面的抗滑性能，該工程采取了刻槽施工處理。具體施工時(shí)要根據(jù)工程實(shí)際要求及設(shè)計(jì)規(guī)范，確定刻槽的間距以及槽寬度、深度等。其中，槽間距約為25 mm、槽寬度不超過4mm、槽深度約為5 mm。同時(shí)，綜合考慮橋梁鋪面鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，以及高速公路設(shè)計(jì)時(shí)速下的行車舒適度，確定刻槽表面積比應(yīng)當(dāng)在12%～15%。

3.2.10 切縫處理與后期養(yǎng)護(hù)

相較于普通的混凝土，鋼纖維混凝土性能優(yōu)良，抗裂和抗壓能力都非常高。因此，在實(shí)際施工條件允許的基礎(chǔ)上，高速公路橋梁鋪面鋼纖維混凝土施工可以采用整幅施工的方式，不設(shè)置縱縫，等到施工完成，鋼纖維混凝土實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的50%以上，再進(jìn)行縮縫切鋸[7]。在該工程施工中，由于交通通行量較大，通行需求較高，不能完全封閉交通。因此，在鋼纖維混凝土橋面鋪裝中，該工程根據(jù)設(shè)計(jì)要求與工程實(shí)際情況進(jìn)行切縫處理。從橋墩的墩頂開展，每間隔30 m進(jìn)行橫向縮縫的切鋸，并與兩邊的防撞欄縮縫保持齊平的狀態(tài)。同時(shí)，在切縫處理中，注意根據(jù)鋼纖維混凝土初凝時(shí)間合理控制切縫時(shí)間。切縫的深度范圍在2 cm～3 cm，切縫處理完成后，做好灌縫處理。注意后期鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)施工，在混凝土終凝后，對(duì)混凝土面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，并覆蓋一層麻袋進(jìn)行保濕，10d～15d之后對(duì)鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行測試，測試結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相符[8]。

3.3 施工效果

該工程施工完成后，對(duì)鋼纖維混凝土橋面鋪裝工程施工效果進(jìn)行檢測，橋面強(qiáng)度、承載力、抗彎折、抗磨損、防滲等性能相較于普通混凝土橋面鋪裝施工性能均顯著提升。同時(shí)，鋼纖維混凝土的鋪裝層厚度為10 cm，比普通混凝土鋪裝層厚度減少2.5 cm～5.5 cm。整體施工效果良好，相較于普通混凝土施工優(yōu)勢(shì)顯著。

4 結(jié)語

鋼纖維混凝土作為一種復(fù)合型材料，最大化地利用鋼纖維材料提升了混凝土物理力學(xué)性能，在道路橋梁工程施工中具有顯著優(yōu)勢(shì)。該工程施工中，通過運(yùn)用鋼纖維混凝土施工技術(shù)進(jìn)行高速公路橋面鋪裝施工，提高了橋面鋪裝層強(qiáng)度性能，同時(shí)縮減了鋪裝層厚度，施工效果良好。由此可見，鋼纖維混凝土施工技術(shù)在路橋施工中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。因此，在未來路橋工程施工中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)鋼纖維混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用，通過不斷深入技術(shù)研究，加大實(shí)踐檢驗(yàn)力度，完善施工流程，提高施工質(zhì)量管理等措施，進(jìn)一步促進(jìn)鋼纖維混凝土在路橋施工中的應(yīng)用發(fā)展。