张鑫 李卫战
中国水利水电第五工程局有限公司 四川成都 610066
摘要：随着我国市场经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市道路桥梁等基础设施建设也在逐步增加，城市出行方式的种类也越来越多，这给道路桥梁工程建筑材料提出了更高的标准。钢纤维混凝土是一种新型多相复合建筑材料，其优点包括耐用、承载能力强、抗拉强度高、耐腐蚀、环保等，对有效提高道路桥梁的耐磨性、抗冻性和抗裂性具有十分重要的作用。随着科技的发展，涌现出越来越多的新技术、新材料，同时应用于钢纤维混凝土技术，对提升道路桥梁结构的质量性能也具有一定的实际意义。文章首先介绍钢纤维混凝土的基本性能，其次阐述钢纤维混凝土的施工技术流程，最后分析钢纤维混凝土在道路和桥梁施工中的具体应用。
关键词：道路桥梁；钢纤维混凝土；应用
引言
近年来，我国经济的发展也带动了城市化进入了快速发展的时期，人们对建筑施工质量的要求也达到了新的水平。随着公共基础设施建设的大力推进，建筑技术的不断进步，钢纤维混凝土技术应运而生。钢纤维混凝土技术就是在施工过程中，在混凝土中加入固定量的短钢纤维以增强混凝土的抗拉强度以及承载能力。由于钢纤维在混凝土中均匀乱向分布，对控制普通混凝土中裂缝具有明显的优势，能显著提高混凝土的韧性和强度，有效提高其承载能力、抗冲击性、抗裂性。因此，钢纤维混凝土目前已广泛应用于我国道路桥梁等基础设施的建设，具有重要的现实意义。
一、钢纤维混凝土技术概述
.1 内涵
钢纤维混凝土技术也称作钢纤维混凝土技术，于普通混凝土中掺加适量钢短纤维，在均匀分布下形成一种新型复合材料，在实际应用钢纤维能够对混凝土内部微裂缝进行有效组织，降低宏观裂缝的形成几率，从而全面提高混凝土强度与性能，保证混凝土的延展性满足实际使用标准。1910 美国开始了钢纤维混凝土理论研究，在接下来的几十年时间里得到了快速的发展和研究。随着改革开放的步伐，钢纤维混凝土技术大量被应用在基建项目中，更进一步的促进了该技术的发展。钢纤维结构性质不同，以此为依据可以将刚纤维混凝土分为四种类型，分别是切断钢纤维、切削钢纤维、剪切钢纤维和熔抽钢纤维，不同的类型均具备独特的应用价值，因此在市政道路施工中应用钢纤维混凝土技术时应当结合实际情况合理选用施工技术。
1.2 基本特性
钢纤维可以根据制造方式的不同分为几种不同的钢，包括剪切切割钢纤维和切割钢纤维、纤维和钢纤维，等。钢纤维与其它形式的钢纤维相比，最大的优点是抗拉强度高，韧性强，但钢纤维与其它形式的钢纤维相比，也有一些缺点，即它与水泥砂浆界面没有强大的凝聚力。剪切钢纤维的形成是由冷轧薄板剪切，剪切钢纤维和水泥砂浆粘结剪切钢纤维相比，具有更好的凝聚力。
1.3 应用优势
钢纤维混凝土技术在性能上具备一定优势，具有良好的延展性，除上述所提到的基本特性外，钢纤维混凝土技术还具备一定工作优势，在市政道路施工中具有一定便捷性和高效性，简化绑刚进工序，促进市政道路工程建设综合效益的提升，并且能够减少资源浪费现象，对施工进度进行科学化控制，促进市政道路施工的顺利进行。
二、施工技术的类型
.1 搅拌技术
（1）在实际的施工过程中，如果把钢纤维单次大量地放入搅拌机中进行搅拌，很可能由于体积过大而出现混凝土结团、结块的问题。为改善这一状况，在搅拌钢纤维时，可在搅拌机入口处加装分散机，工作人员通过对分散机功率和作用力度进行控制，可有效将钢纤维混凝土分散，防止搅拌机内部工作空间填充过满。
（2）工作人员在操作搅拌机时，须严格把控混凝土基料的投入次序及搅拌时长，采取分种类、分特性、分批次投入的办法，由干到湿按照细砂—钢纤维—石料—水泥的顺序依次将原料投入，以避免钢纤维结团的出现。此外，在施工中可能应用到混合料，对于此类混凝土基料工作人员应先干拌1 min 左右，然后再向搅拌机内加入水及其他液体制剂湿拌2 min。
（3）应注意搅拌机使用的频率和速率。现阶段桥梁工程使用的搅拌机多为强制型或双锥反转型搅拌机，工作人员在使用时要及时根据钢纤维的搅拌量调节搅拌机的功率大小，以防止搅拌机空转或超负荷运转，避免搅拌机损坏或使用寿命缩短的情况发生。
2.2 振捣和浇筑技术
（1）工作人员在振捣钢纤维混凝土时，要尽量选用较水平的振捣器进行操作，以保证振捣出的钢纤维混凝土质地均匀。此外，在倒料时应保证钢纤维呈现纵向竖条状的集中状态，以保证边角处混凝土结构与中心同样致密，增强混凝土内部的收缩应力，荷载分散能力及温度应力。在振捣工作完成后，应将混凝土磨平，避免钢纤维的突起和外露。
（2）工作人员在浇筑钢纤维混凝土时，应注意浇筑的力度和方向，以保证浇筑的接头位置不会太过明显。具体来讲，浇筑混凝土时应空出15~20 cm 的位置距离且不可半途中断，以实现混凝土整体性、连续性的状态。
2.3 钢筋混凝土的成型技术
由于钢纤维混凝土内成分种类较多，砂石、钢纤维等基料分布不均，在使用中难免出现变形、突起等负面效果。对此，在桥梁施工中通常选用真空吸水机与机械抹平机相结合的设备应用办法，将混凝土桥面处理得平整、紧实，以符合施工的实际需要。
2.4 钢筋混凝土的接缝技术
随着时间的推移，桥梁难免会因内部应力或外部压力作用而发生膨胀或收缩，导致桥面开裂问题的出现。为改善和修正这一问题，工作人员在施工时，应做到以下两点。
（1）要按照施工标准进行操作，保证施工的规范性，防止因浇筑中断等操作问题使混凝土体出现内部裂痕。
（2）应在必要时封闭桥梁，采用压纹机或摊铺机进行混凝土桥面的二次铺筑，将桥面修整为一体化、整幅式结构，待到钢纤维强度超过50％时，再进行切割缩缝处理。
三、钢纤维混凝土施工技术要点
3.1钢纤维混凝土设计
为了保障工程施工质量，在进行钢纤维混凝土施工前，首先需要进行配合比设计，在此过程中，需要注意结合施工现场实际情况以及工程建设需要，合理设计钢纤维混凝土配合比。在进行配合比设计时，补给困难需要保障钢纤维混凝土和基材的强度相适应，而且还应该将其抗拉强度控制在500MPa以上，与此同时，还应该严格控制钢纤维的最小直径以及长径之间的比值。
3.2钢纤维分类处理
钢纤维分类处理能够提高钢纤维混凝土的质量，因为在搅拌钢纤维的过程中，极易出现结团现象，因此要对其进行分类，同时还需要对搅拌装置进行分类。钢纤维材料分类后，将其分批投入搅拌机，能够提高钢纤维搅拌的速度。在将钢纤维投入到搅拌装置前，对搅拌机的入料口处，则需要设置振动筛，以此确保搅拌工作能够正常开展。对于搅拌机的选择，要根据钢纤维的特性，使用反转式搅拌机或强制式搅拌机，以此防止钢纤维过量造成机器负荷运转，提高水泥与钢纤维的搅拌效果，进而提高钢纤维混凝土的性能。
3.3合理设置钢纤维搅拌时间
钢纤维投放的顺序与时间，其能够有效的防止钢纤维出现分布不均的问题，能够减少结团现象。钢纤维混凝土与其他混凝土的工艺区别，主要在于控制钢纤维的投入顺序以及搅拌时间需要严格控制，钢纤维混凝选择的制作方法不同，必须要遵守制作流程，即砂→搅拌钢纤维→放入水泥。需要注意的是：在实际搅拌的过程中，先搅拌钢纤维与水泥，时间控制在1.5min，再加水搅拌，时间为3min，以此确保钢纤维混凝土的质量。
3.4钢纤维混凝土浇筑
在对钢纤维混凝土进行浇筑时，尽量减少浇筑接头。可以将料的相压厚度控制到17cm左右，通过该方式来保证钢纤维混凝土整体性以及钢纤维混凝土浇筑的连续性。而且钢纤维混凝土浇筑必须要一气呵成。在对钢纤维混凝土进行振捣时，工作人员要尽量少使用插入振捣法，减少钢纤维单方向聚集的情况，减少约束效应。为了保证钢纤维混凝土中的钢纤维均匀分布，可以通过平板振动器来振捣，保证钢纤维混凝土成型质量。使用振捣棒时，要关注混凝土密实程度，保证钢纤维始终处在正向条状集束的状态下，通过该方式来控制板体收缩应力以及荷载的传递情况。针对振捣效果比较理想的混凝土，可以将混凝土的表面彻底抹平，并且将露在外面的一些钢纤维压入到混凝土当中，避免外露的钢纤维刺伤工作者。因为钢纤维混凝土的内部纤维分布比较混乱，而且内含粗骨料、细集料，所以在对其进行处理时，首选真空吸水施工工艺，并通过一些机械抹平。选择压纹项目施工工艺，控制纤维外露，拆模后也要及时处理钢筋。
3.5钢纤维混凝土施工裂缝处理
钢纤维混凝土在施工中，需要采取相应的措施，来避免桥梁出现裂缝问题。针对钢纤维混凝土的纤维分布凌乱问题以及砂率大问题等，要选择适当的施工机器，可以选择特定压纹机，进行纹理压制，进而提高桥梁路面的平滑性，防止桥梁路面出现裂缝问题。对于封闭路段，则选择摊铺机进行钢纤维混凝土铺筑施工，可以将路面制成整幅式，当钢纤维的强度已经达到50%时，再进行切锯缩缝。
四、钢纤维混凝土施工技术在桥梁施工中的应用
钢纤维混凝土施工技术在桥梁施工中的实际应用
4.1 在桥梁施工中应用钢纤维混凝土施工技术的优势
（1）材质强度高
与传统的单纯混凝土相比，钢纤维混凝土可大幅提高桥体的强度，使其抗压能力、延展能力在传统基础上提高1/2左右。同时，由于强度较大，钢纤维混凝土桥面的厚度远小于单纯混凝土桥面，使桥面上可只有横缝出现，有效地增加了桥体的抗裂、抗震性能。
（2）冲击抗性，拉力抗性强
桥梁经常会承载重量较大，压力较强的货车、卡车等大型车辆，传统的单纯混凝土质桥面的韧性较弱，易出现桥体弯曲的问题。
以钢纤维混凝土为主的新型桥面具有很强的韧性，在受到猛烈撞击或过大重力负荷时，钢纤维混凝土路面缺乏方向性的内部结构会将桥面所受外力分散开来，继而使桥梁保持原有的平直状态，不会发生弯曲形变。
（3）耐热性强，稳定性好
气温过高，太阳直射时间过长等自然因素也会对桥体造成影响，钢纤维混凝土中含有金属的骨架结构，可防止桥梁因受热而发生弯曲。
此外，有关数据统计显示，当混凝土内加入体积比为1.5％的钢纤维基料时，其应力比值为0.68，而传统的单纯混凝土只有0.51。所以钢纤维混凝土桥面的稳定性要远强于普通的混凝土桥面。
（4）桥梁使用寿命长
与普通的单纯混凝土相比，钢纤维混凝土可以实现桥梁整体强度，抗弯能力，抗压能力，抗裂能力，抗冻抗热能力等方面的全方位能力提升。此外，钢纤维混凝土还可用于桩基、隧道、边坡等其他的桥梁施工环节，实现桥梁施工全过程质量的优化升级，进而提高桥梁设计、施工的科学化，延长桥梁的使用寿命。
图1钢纤维混凝土在桥梁施工中的应用示意图
4.2 钢纤维混凝土施工技术在桥面铺装上的应用
与传统的单纯混凝土桥面相比，钢纤维混凝土桥面在厚度上要减少40％~50％，大幅加强了桥面内部结构的轻便性，使混凝土桥面抗折性能，抗裂性能，持久性能及自身刚度得到了显著提升。此外，由于钢纤维混凝土桥面的重量较低，其受力分散能力和路面交通的舒适度也有了一定程度的提高。在现阶段大多数桥梁钢纤维混凝土的设计理念中，均将路面做成双层内部结构，即钢纤维混凝土上层加上沥青橡胶混凝土等单纯混凝土质的下层。这种混凝土构造实施渐变，且施工质量的提升效果非常大。图1 为钢纤维混凝土在桥梁施工中的应用示意图。
此外，一些城市的桥梁施工中还会应用到3 层路面结构，即上下层采用钢纤维混凝土，中层采用单纯混凝土，这种方式虽然效果稍强于2 层结构，但对施工设备先进程度、操作环节规范性、施工成本等有较为苛刻的要求，故并未实现较大程度的普及和应用。
4.3 钢纤维混凝土施工技术在桥梁墩台加固上的应用
桥梁作为交通设施，需要长期、大量地承载车辆通行，久而久之，负荷作用于桥梁的作用越来越明显，桥梁路面开裂，墩台表皮脱落等问题随之发生。对此，将钢纤维混凝土通过特质喷射机按照5~20 cm 的厚度向墩台等易脱落部位喷射出去，可有效提高桥梁墩台乃至整体结构的抗震性能和负荷承载能力。
此外，还可采用局部加固的方式，对混凝土表皮脱落处喷涂硫铝酸盐快硬水泥或TS 速凝剂，增加路面结构的防裂能力；采用喷砂或凿毛等方式将混凝土旧面变粗糙，可使新喷涂的混凝土完美贴合旧桥面，实现桥梁表面的完整性和美观性。
4.4 钢纤维混凝土施工技术在桥梁结构优化上的应用
（1）由于钢纤维混凝土的铺装体积较小，将其应用到桥梁主体结构或集中受力点上，可大幅减轻桥梁的上部结构重量，防止桥梁受到外力作用而逐渐变形，造成整体结构的不稳定。
（2）由于桥梁主体重量的减轻，其下部墩台结构所承受的压力也将减少。基于此，应用钢纤维混凝土的桥梁在设计时可减少墩台的使用，继而在保证桥梁施工品质的前提下降低工程成本，实现施工工作的经济性。
（3）应用钢纤维混凝土可使桥梁结构在视觉上摆脱传统较量的厚重感，提升桥梁的美观程度，推动桥梁结构设计在美学价值上的发展。
4.5 钢纤维混凝土施工技术在桥梁桩基强化上的应用在过去的桥梁施工中，受材质的限制，桥梁桩基在打入土体的过程中常出现桩顶破裂的问题。应用钢纤维混凝土对桥梁桩体进行顶部加强处理，可提升桩顶的韧性，为桩顶抵御工程锤击提供保护。
除加固桩顶外，钢纤维混凝土还可用于桩基的尖部。将钢纤维混凝土加装到桩基尖部，可提升桩基的穿透力和入土能力，加快桩基入土的时间，继而减少桩基受到锤击的次数，实现桩体入土前的保护。
4.6 钢纤维混凝土施工技术在桥梁边坡加固上的应用
由于桥梁建设的覆盖范围加大，在实际施工中经常会遇到影响工程进度的较差边坡地质环境，如岩石突起、土体裂隙等。对此，可使用特质的钢纤维混凝土喷射机喷射相应部位，实现土体加固，提高土体的荷载能力。
在桥梁的施工过程中，边坡和隧道的设计和构建是重中之重。为避免在施工作业和日后使用中边坡及隧道发生破坏而造成桥梁整体问题的出现，现阶段人们往往采用衬砌技术，将钢纤维混凝土砌在边坡界面和隧道内部墙面上，既强化了桥梁的整体结构，提高了桥梁的使用寿命和安全性，又在很大程度上为边坡隧道防渗防漏提供了保障。
五、结束语
钢纤维混凝土技术作为一种新型技术已经得到了广泛的应用，它不仅具有较强的操作性，而且具有优越的性能，更经济实用等特征，所以在现代建筑施工当中已经普遍地使用了，同时在桥梁施工当中已占有了重要的位置。这种施工技术应用在桥梁当中不仅可以确保施工质量，大大地节约成本，具有一定的优势。科学技术随着不断地发展，钢纤维混凝土技术也需要进一步的完善，所以应用在施工当中需要更大的拓展，在未来的道路桥梁当中会发挥出更大的作用，可以广泛地应用与推广。
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论文作者:张鑫,李卫战
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/19
标签：混凝土论文; 钢纤维论文; 桥梁论文; 桥面论文; 技术论文; 搅拌机论文; 中钢论文; 《建筑学研究前沿》2018年第7期论文;