李常琎

（浙江省建投交通基礎建設集團有限公司，浙江 杭州 310000）

道路橋梁工程的質量通病集中在混凝土結構上，常見類型包括路面、墩臺、箱梁等部位的結構裂縫，混凝土本身的性能對這些結構物的質量、強度等具有深遠的影響。鋼纖維混凝土作為一種優(yōu)異的復合型材料，具備突出的抗拉、抗沖擊、抗彎折性能。將這些施工材料應用于道路橋梁工程中可顯著提高其質量，研究鋼纖維混凝土施工技術對促進此類工程項目的發(fā)展具有積極的作用。

1 鋼纖維混凝土的性能特點

道路橋梁工程的強度、抗震性及耐久性與混凝土結構的抗拉性能、抗彎性能等密切相關，普通的混凝土材料在施工時會因為溫度控制不到位、養(yǎng)護措施不規(guī)范而產生裂縫，在普通混凝土材料中添加適量的鋼纖維可顯著地提高其抗拉性能、抗剪性能以及抗彎性能，形成復合型材料。鋼纖維混凝土材料具有如下特點：（1）突出的抗拉性能?；炷敛牧媳旧砭哂幸欢ǖ目估阅埽斊涫艿絻?、外部應力的作用，并且這種應力超過材料本身的抗拉性能時，就會在混凝土結構上產生裂縫。例如，大體積混凝土澆筑之后會因為水泥的水化生熱而形成熱脹冷縮效應，熱量積聚在混凝土結構內部，產生向外的膨脹作用力，當這種作用力超過抗拉性能時就會形成裂縫。鋼纖維分布在混凝土材料內部，水泥附著在這些纖維材料上，其抗拉性能會顯著提升。鋼纖維混凝土結構的抗沖擊性能、抗彎折性能也會因此而顯著提高；（2）優(yōu)越的經濟性。鋼纖維混凝土材料的性能非常優(yōu)越，在同等強度和承載力下，鋼纖維混凝土材料的體積用量比普通混凝土更少，水泥、粗細集料的用量也更加節(jié)約，施工成本也有所下降；（3）具有明顯的收縮性。普通混凝土材料在凝固時會逐漸流失水分，在夏季高溫條件下水分流失速度較快，如果不能及時補水，甚至會引發(fā)干縮裂縫。在混凝土中加入鋼纖維之后會降低其收縮值，通常下降幅度可達到7%～9%，這種混凝土材料具有顯著的抗干縮裂縫性能[1]。

2 鋼纖維混凝土的配置方法

2.1 原材料要求

第一，鋼纖維。按照材質劃分，鋼纖維材料包括普碳鋼纖維、不銹鋼纖維、合金纖維等，不同材質的鋼纖維在抗拉強度上存在很大的差異，鋼纖維的長度一般在20mm～60mm 之間，國內常用的鋼纖維長度為30mm、35mm，通常單根鋼纖維的抗拉強度不得低于800N/mm。在施工之前要對鋼纖維的長度、物理性能、直徑等性能參數(shù)進行嚴格的檢查，并且確保其表面不存在油污、泥土等污染物[2]。另外，鋼纖維粘結在一起，會形成團塊，這種情況在配置混凝土時會產生嚴重的干擾，導致其不能攪拌均勻。

第二，水泥。根據(jù)混凝土的設計強度選擇合適的水泥材料，并且在施工之前通過專業(yè)機構檢測水泥的細度、體積穩(wěn)定性、坍落度、初凝時間和終凝時間等性能參數(shù)，不同廠家、不同批次的水泥都要經過嚴格的檢測。

第三，粗、細集料的質量要求。檢查粗、細集料時要重點關注其材質、粒徑范圍、含泥量等關鍵參數(shù)，以含泥量為例，粗集料在開采、加工和運輸?shù)倪^程中可能會沾染淤泥、黏土等污染物，如果不能嚴格控制這一參數(shù)，由此配置成的混凝土材料會存在較大的質量缺陷，凝固之后易產生裂縫。粗集料采用集配關系來配置，常規(guī)的粒徑為2.36mm、4.75mm、9.5mm、16mm 等，粗細相間的粒徑可使其達到良好的密實程度[3]。

第四，減水劑?；炷恋牧鲃有允怯绊懯┕ばЧ闹匾蛩兀谂渲没旌狭蠒r可在其中添加適量的減水劑，其作用是優(yōu)化鋼纖維混凝土的水膠性能，改善其流動性，減水劑大的主要成分是聚羧酸。

2.2 合理設計混合比

要保證鋼纖維混凝土的性能，就應該根據(jù)設計要求嚴格控制各種原材料的比例，道路橋梁工程中使用的普通混凝土通常都提出了具體的強度要求，即使沒有加入鋼纖維，普通混凝土的強度也不能低于設計強度的標準值，加入鋼纖維之后是在原有的設計基礎上實現(xiàn)進一步的性能提升。為了確定最佳混合比，施工之前可制作鋼纖維混凝土試塊，采用不同的比例，對比混合料的坍落度、流動性、凝固后的強度，進而確定出最佳的混合比。在工程實踐中通常將鋼纖維的體積率控制在1.0%～1.5%之間。

2.3 鋼纖維混凝土的拌合及運輸方法

第一，鋼纖維混凝土的攪拌。（1）鋼纖維的處理。鋼纖維容易發(fā)生塑性形變，在運輸過程中有可能結塊，將其直接投入混合料攪拌時難以分布均勻，進而影響混凝土質量，為了避免這一情況，可使用專門的打散機將其徹底分離開，消除結團、結塊的現(xiàn)象；（2）攪拌機械。路橋工程的混凝土用量大，需采用機械方式來攪拌配置，大規(guī)模配置時可使用大型的拌和站或者滾筒式攪拌機，少量配置時可人工方式來處理；（3）加料方式。各種材料進入攪拌機械的順序直接影響著鋼纖維混凝土的質量，按照先細料后粗料的方式逐步加料。因此，應先加入水泥，然后依次加入鋼纖維、細集料、粗集料和水。另外，鋼纖維應該分批、分次加入攪拌，一次性投料會導致其在機械中結塊，不能分布均勻；（4）拌和方式。在水泥、鋼纖維和粗細集料沒有攪拌均勻之前不應提前加水拌合，因為加水之后水泥會變成黏稠的漿液，粘附性增強，如果鋼纖維沒有攪拌均勻就加水，后續(xù)再攪拌也難以達到良好的效果。因此，在工程實踐中可先采用干拌方式，當各種材料混合均勻之后再加水攪拌。通常干拌的時間控制在1～2 分鐘之內，之后再加水攪拌2～3 分鐘之內。單次拌和過程中不能將攪拌機械填滿，由于水泥和集料具有較高的粘稠度，單次攪拌量過大會導致機械設備難以負荷[4]。因此，單次攪拌量應控制在機械設備容量的60%以內。

第二，鋼纖維混凝土的運輸。混凝土中的粗集料和鋼纖維在運輸過程中有可能逐漸沉積在底部，導致其出現(xiàn)離析的質量缺陷，此時，上層混凝土水泥漿液，骨料和鋼纖維分布在下層，其流動性嚴重下降，水泥泵車也無法將其灌注到位。為了避免這一問題，施工單位在制備混凝土時要合理選擇作業(yè)位置，距離澆筑點不能過遠，減少路程時間。另外，鋼纖維混凝土本身存在特定的凝固時間，通常初凝時間在1 到3 個小時之內，鋼纖維混凝土在運輸時要將路程時間控制在初凝時間之前[5]。

3 鋼纖維混凝土在道路橋梁施工中的應用

3.1 鋼纖維混凝土的應用范圍

第一，路面鋪裝。理論上講鋼纖維混凝土材料可用于各種路橋混凝土結構施工，但最主要的使用場景是路面鋪裝。路面結構最常見的質量通病是結構性裂縫，這是因為路面混凝土結構受到地基不均勻沉降、溫度控制不到位等多種因素的影響，容易產生結構裂縫。而鋼纖維混凝土結構憑借良好的抗沖擊性和抗拉性，在預防路面結構裂縫方面具有突出的優(yōu)勢。

第二，局部加固。路橋的墩臺、箱梁、排水結構等承受著較大的應力或者較為復雜的環(huán)境條件，這些部位常常產生結構性裂縫，為此，可使用鋼纖維混凝土材料對這些重要的部位進行充分的加固，防止其受到應力作用而產生裂縫或者表層脫落的問題。

第三，樁基施工。橋梁工程的樁基是非常關鍵的結構承載物，并且樁基埋設于地下，容易受到地下水、凍脹等各種不良因素的影響，因此，可使用鋼纖維混凝土材料澆筑樁基礎結構。

3.2 施工準備

第一，支模。路橋工程現(xiàn)澆混凝土施工要在基礎面上搭建模板，常用的模板材料為膠合板、鋼模板或者鋁合金模板等，在選擇模板時要綜合考慮其承載能力、密封性以及表面的平整性，模板搭建順序為底模、側模、端模以及頂模，搭建過程中要采取有效的措施對其實施加固，防止模板在混凝土的沖擊下出現(xiàn)變形，在模板的接縫位置要設置密封條，防止漏漿。

第二，綁扎鋼筋。路橋工程中，要在混凝土結構中設置一定數(shù)量的鋼筋，施工前通過批量檢查的方式對鋼筋的抗拉性能、屈服強度、抗彎性能等實施嚴格的檢查，必要時可委托專業(yè)的第三方機構。

第三，橋面和路面灑水。鋼纖維混凝土材料含有較大水分，這是確保其流動性和凝固效果的關鍵因素，路面或者橋面的基層具有一定的吸水性，如果直接將混凝土澆筑在干燥的路面或者橋面基層上，混凝土中的水分會大量流失，進而嚴重影響其凝固質量。施工之前應該提前3 小時在基層灑水，確保水分徹底滲透，此時再澆筑混凝土時就不會流失水分，混凝土的運輸時間和等待時間要在初凝之前。

3.3 鋼纖維混凝土澆筑

第一，機械檢查。鋼纖維混凝土通過泵車澆筑，施工之前嚴格檢查模板、鋼筋的具體情況，確保其固定牢靠。路橋工程大多采用一次性連續(xù)澆筑的作業(yè)方式，為了保證實施效果，混凝土運輸車輛和混凝土泵車之間要達到良好的配合效果。

第二，澆筑。施工過程中采用機械方式作業(yè)，避免混凝土材料堆積在一起，因而要根據(jù)作業(yè)面將其均勻地攤鋪開來，如果在局部位置出現(xiàn)堆積，可采用人工方式將其攤鋪均勻?；炷吝\輸車輛和澆筑車輛應該提高配合效果，盡可能避免中斷。

第三，振搗。混凝土振搗操作可使用振搗棒或者振搗器，但是在鋼纖維混凝土的振搗操作中不宜使用振搗棒，因為振搗棒插入到混凝土之后會導致鋼纖維集中在一起，形成集束，達不到均勻分布的效果。因而在振搗鋼纖維混凝土時應該以振搗器為主，振搗器只作用在其表面，不會引發(fā)集束的問題。

第四，混凝土結構表面處理。合理情況下鋼纖維應該均勻地分布在混凝土材料內部，但是在振搗過程中有些鋼纖維材料會移動到面層，這些暴露在外部的鋼纖維會成為嚴重的質量缺陷，甚至會劃傷作業(yè)人員。澆筑振搗結束之后應該及時抹面，使暴露在外的鋼纖維材料重新回到混凝土內部。

3.4 后期處理及養(yǎng)護

第一，切縫。采用一次性連續(xù)澆筑的方式雖然能顯著提高鋼纖維混凝土結構的施工效果，但是在道路凝固之后還要在其表面實施切縫處理。路橋混凝土結構受到熱脹冷縮效應的影響，其體積會有所變化，尤其是低溫凍脹情況?；炷两Y構凝固到一定強度之后，要在其表面切縫，為混凝土結構預留出足夠的伸縮空間。在實施切縫操作時要控制好間距、深度等參數(shù)，通常切縫間距為30m，深度一般控制在3cm 之內，切縫時要確?；炷两Y構的強度達到設計強度的50%以上。

第二，養(yǎng)護。（1）鋼纖維混凝土結構的養(yǎng)護效果是決定其施工質量的重要環(huán)節(jié)，在澆筑完成的初期階段，要監(jiān)控鋼纖維混凝土的內部溫度，可在結構內部設置溫度采集傳感器，當其超過安全閾值，可通過冷水循環(huán)降溫的方式來加以控制，施工前要事先在混凝土結構中設置冷水管；（2）在鋼纖維混凝土結構養(yǎng)護階段要重視環(huán)境溫度，夏季高溫情況下將塑料薄膜覆蓋在結構物表面，可有效防止水分的快速流失，進而預防干縮裂縫。冬季施工時要將施工時間控制在下午5點之前，作業(yè)時的溫度不得低于5℃。實際上鋼纖維混凝土結構本身具有顯著的抗拉效果，可在一定程度上預防干縮裂縫和膨脹裂縫，但是基本的養(yǎng)護措施依然是必要的。

4 結語

鋼纖維混凝土材料憑借優(yōu)異的抗拉性能、抗剪性能、抗沖擊性能，可顯著提高道路橋梁工程的質量、環(huán)境耐受力以及抗震性能。鋼纖維混凝土材料可用于澆筑路橋工程的樁基、墩柱、墩臺、箱梁以及路面等結構物。在施工時要合理配置混合料的比例、鋼纖維的投料方式、攪拌方式，并且在澆筑之后通過振搗器將混合料密實到位。