钢纤维混凝土在桥梁施工中的应用

饶来龙

（江西赣东路桥建设集团有限公司，江西 抚州 334000）

0 引言

在早期的桥梁施工建设中，其主体结构普遍采用混凝土构成，而混凝土有自重大、抗拉强度低等缺点，所以在其应用过程中，桥梁的质量得不到有效保证。为了解决桥梁相关的质量问题，在近期的桥梁施工建设中，会采用钢纤维混凝土来构建桥梁的主体结构。钢纤维混凝土是一种新型的建筑材料，具有较强的耐磨性与抗裂性，因此能有效提高桥梁建设的整体质量。鉴于此，本文通过对公路桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用展开了具体的分析。

1 工程概况

在国家大力发展经济的背景下，城市道路交通运输压力越来越大，为了缓解城市交通压力，各大城市都在不断进行道路桥梁建设与改造工作。同时，为了提高道路桥梁的荷载能力，以满足车辆交通运输的需求，在道路桥梁施工中普遍采用了钢纤维混凝土这种新型的施工材料，该材料的应用可有效提升工程质量。以某市的道路桥梁改造升级项目为例，为了验证钢纤维混凝土在实际应用中的成效性，首先进行了相关试验，该试验在桥梁的中间部分展开。桥梁总长为90m，宽为9m，其结构主要以后张预应力空心板、双柱式桥墩构建而成，桥梁两端设置了“U”形桥台，桥梁左右两侧采用了钢护栏。其改造后桥面强度要大于40MPa，弯拉强度要高于5.5MPa。根据试验结果，验证钢纤维混凝土在桥面改造中的操作可行性。

2 钢纤维混凝土特点

钢纤维混凝土主要具备以下特性：第一，钢纤维混凝土主要添加了钢纤维，其强度、抗拉强度以及自重就相对比较高。第二，在实际应用中，其还具备比较高的抗剪、抗拉及抗扭能力，根据相关试验数据得知，在混凝土材料中加入大约2%的钢纤维，其抗压能力能提升约15%，抗拉强度约可提高50%，抗弯强度最高可提升80%，抗剪强度约可提升100%。第三，钢纤维混凝土在实际应用中，抗冲击性能比较好，在高荷载或者强大冲击力作用下，其性能不会受到破坏。与普通的混凝土对比，其抗冲击性能是普通混凝土的5倍左右，并且其冲击抗拉、抗弯等性能也远远高于普通的混凝土。第四，具有良好的收缩性能。第五，根据相关数据分析显示，钢纤维混凝土具有较高的抗弯和抗压性能。在混凝土中掺入1.5%钢纤维时，其抗弯疲劳寿命为1×106 次/时，应力标准指数为0.68，比普通混凝土高大约0.17。在混凝土中掺入2%钢纤维，其抗压疲劳寿命达2×106 次/时，应力标准指数为0.92，而普通混凝土仅为0.56[1]。

3 钢纤维混凝土原材料性能要求及配合比设计

3.1 原材料性能要求

钢纤维混凝土主要由水泥、粗骨料、水、细骨料、钢纤维及外加剂组合而成。在该工程项目中，主要采用规格为0.5mm×0.5mm×25mm、密度为6.8g/cm3，长径比为50 的钢纤维材料。在钢纤维混凝土的材料组合中，水泥具有非常重要的作用，其可以将粗骨料、细骨料以及钢纤维进行充分的融合，使之形成一个整体，并达到钢纤混凝土的标准。该工程项目中采用了规格为P·O42.5R 的水泥。在粗骨料的应用中，选取了外表相对粗糙、棱角较多的碎石材料，水为当地的地下水，这些材料的来源及性能都符合钢纤维混凝土组合的标准；同时该工程项目的施工对粗骨料的应用提出了更高的要求，粗骨料的外径不能大于钢纤维粒径的65%，其自身粒径也不能大于20mm，不然会导致钢纤维与粗骨料难以得到充分的融合，钢纤维的加入也无法提升混凝土的整体性能。细骨料一般要采用耐磨性能强、质地较坚硬的砂石材料，其可包括天然砂、混合砂及机械砂等。在钢纤维混凝土的材料组合过程中，细骨料可以充分融入粗骨料的缝隙之间，使水泥、钢纤维及粗骨料能很好地融合成为一个整体，形成性能良好的钢纤维混凝土。外加剂采用了性能较好、具有很好缓凝性能的减水剂，该外加剂的使用能很好提升钢纤维混凝土的和易性及强度。

3.2 配合比设计特点

钢纤维混凝土的配比设计与普通混凝土的配比设计有比较大的区别，具体可以从以下几点体现：首先，在混凝土中要根据配比标准加入钢纤维，以此来增强混凝土的抗弯、抗拉、抗疲劳的性能。当配比设计有强度要求时，不仅要对抗压强度进行控制，还要结合项目工程实际情况和施工设计的要求，确定拌和料的配比值，以此来提高钢纤维混凝土的相关性能。其次，在对钢纤维混凝土的配合比进行设计时，也要考虑钢纤维在此过程中是否可以分布均匀，以达到钢纤维对混凝土性能的强化。最后，在对混凝土加入钢纤维时，要考虑混凝土的和易性能，如果其和易性出现问题，就要在配合比设计上对其他材料的配比量进行调整[2]。

3.3 配合比设计要求

在对钢纤维混凝土进行配比设计时，要遵循以下4 个基本原则：

一是根据施工项目的实际情况和需求进行配合比设计，钢纤维混凝土的耐久性能及强度必须能满足项目需求。二是在配合比设计过程中，要充分考虑混凝土的和易性，确保其性能达到施工设计的标准。三是设计要秉承成本控制的原则。四是要合理地进行配合比设计，保证钢纤维对基体混凝土的性能起到很好的增强作用。

4 钢纤维混凝土在道路桥梁施工中的应用

4.1 施工准备

在道路桥梁的施工准备阶段，要做好具体的施工准备，对施工现场进行整体的规划，并及时地进行钢筋网的设置工作。具体的准备工作包含以下几个部分：一是对施工现场进行全方位的检查，特别是桥梁的桥面要保持干净无杂物。二是对桥面的焊接部位进行检查，钢筋绑扎要符合施工设计的要求。三是对施工现场的相关机器设备进行检查。四是复核模板的标高，确保其标高符合施工设计的要求。同时要确保模板的牢固性，如果在检查过程中，发现施工风险的存在，要及时地对其制定相应的应对措施，确保工程施工的顺利开展。

4.2 钢纤维混凝土拌和、运输

在桥梁的升级改造施工过程中，钢纤维混凝土的拌和和运输都是确保施工质量的重要因素。在该工程项目中，钢纤维混凝土的拌和作业主要采用双卧轴强制式搅拌机，该搅拌机在工作过程中，为保证在拌和过程中使钢纤维与基体混凝土能充分地融合，防止出现结团的情况出现，要严格控制单次拌和量，其拌和量要控制在搅拌机标准拌和量范围之内。材料的投放要有一定的顺序，投放的顺序如下：碎石、钢纤维、砂、水泥、钢纤维、水、外加剂。搅拌时间也要合理地控制。钢纤维混凝土运输过程中不能出现离析情况。在该工程项目中，搅拌机放置在桥头位置，与施工现场的距离相对较近。钢纤混凝土的运输采用小型自卸车，在运输及卸料过程中，其高度要保持在1.5m 以下，以此来确保钢纤维混凝土不会出现离析的情况，材料指标见表1、2。

表1 钢纤维性能指标

4.3 钢纤维混凝土浇筑、振捣

在该项目建设中，采用了三辊轴机组铺筑工艺来进行钢纤维混凝土的浇筑施工，其施工操作步骤：首先进行布料，其次密集排振拉杆安装，再次进行补料工作，最后用三辊轴对浇筑面进行整平。摊铺工作进行时，其指数要控制在1.2 左右，操作中要防止钢纤维混凝土出现离析问题。一旦在其操作过程中出现结团情况，要及时地解决问题。在项目施工中，采用了平板振动器与插入式振动器同时工作的方式来进行钢纤维混凝土的捣鼓操作，捣鼓过程不但需要机械作业，还需要施工人员的配合操作。在以上施工过程中，有两个关键点需要特别强调：首先，钢纤维混凝土从运输到浇筑工作结束，这个过程的时间要合理控制在40min 之内。其次，因为钢纤维混凝土有流动性比较差的特性，在周边部位经常出现蜂窝状小孔，所以在捣鼓作业时，要先对周边位置进行作业。钢纤维混凝土的捣鼓作业时间没有具体的规定，但要捣鼓到混凝土停止下沉、没有气泡、有水泥浆泛出时才算作业完成，但同时也要防止过度作业[3]。

表2 水泥材料性能指标

4.4 钢纤维混凝土养护

在钢纤维混凝土的养护工作中，要根据季节、天气、环境、温度等因素来制定合理的养护方法。在该工程项目中，因为气温比较高，所以综合考虑下采用了湿法来进行养护作业。在钢纤维混凝土凝固后，在其表面覆盖土工布，并定期地对表面进行洒水，保持钢纤维混凝土表面的湿度。结合项目施工的实际情况，确定钢纤维混凝土保养周期为一周。需要特别注意的是，在养护周期内，施工现场要进行交通管制，防止车辆行人闯入施工区域。在项目验收合格后才能开始正常通行。

4.5 抗滑处理

在道路路面的抗滑设计中，许多施工单位普遍会应用拉槽法、刻纹法和压纹法来进行路面抗滑处理。结合该项目的实际情况，施工人员确定选择刻纹法来对路面进行抗滑作业。当钢纤维混凝土的设计强度符合标准时，利用刻纹机进行刻纹。刻纹作业可提高桥梁路面摩擦指数，并且对桥面也不会造成影响。

4.6 桥面切缝

在该项目施工中，应用了纵向分幅的施工工艺，所以桥梁的路面只需要设置横向切缝即可。在横向切缝施工中，对切缝间距、宽度、深度进行了合理的计算，并确定切缝与护栏基础部分的假缝要在同一水平线上。需要特别注意的是，切缝施工要在钢纤维混凝土强度达到15MPa 后才能进行作业。

5 质量控制措施

5.1 材料质量控制

在桥梁项目施工中，要特别注意材料质量的控制工作。在钢纤维混凝土的材料选择上，要特别关注钢纤维的应用，确保钢纤维材料的规格质量符合施工设计方案的要求。在具体工作中，相关工作人员要加强对钢纤维材料入场检测工作，先对材料的表面进行外观检查，再对其的规格进行核实，最后进行弯折性能的检测。在钢纤维材料的外观检测工作中，要对钢纤维表面进行仔细观察，确保其表面不会有质量问题的情况，在钢纤维的表面不能有其他附着物，防止有影响其使用效果的物质存在。同时，钢纤维表面不能有锈蚀情况出现，如果锈蚀的面积在可控范围内，也是可以接受的。在钢纤维材料的几何尺寸检测中，规定钢纤维材料的长度误差要在设计标准值5%内，直径偏差控制在设计标准10%内，长度偏差与直径偏差的比值要控制在设计标准的15%内。钢纤维弯折性能的检测，普遍会采用抽样检测的方式。针对不同批次的钢纤维材料，相关工作人员随机抽取10 根，对其进行检测。检测时先选择一段圆形钢筋，钢筋的直径要大于3mm，再将钢纤维材料缠绕在钢筋上，在这个过程中，要查看钢纤维断丝情况，如果钢纤维断丝数量超出标准范围，要进行第二次检测，如果二次检测还达不到相关标准，那就要对该批次钢纤维进行退货处理[4]。

5.2 混合料拌和控制

钢纤维混凝土拌和主要采用滚动式拌和机，拌和时要严格控制拌和量，一般是宜少不宜多，不然搅拌过程阻力太大，钢纤维混凝土就会出现拌和不均匀的情况。在此过程中，施工单位要严格对其进行监督与监管。在拌和开始时，先不要注入水，先干拌3min 左右，这样操作可有效防止钢纤维混凝土拌和过程中结团问题的出现。因为当出现结团时，材料会越缠越紧，为后续浇筑工作造成极大的不便，施工质量因此也得不到保证。所以，在钢纤维混凝土的拌和过程中，施工人员要尽量杜绝结团问题的发生，一旦出现该现象，要第一时间将结团的纤维挑出，这样才能确保钢纤维混凝土的浇筑质量。

5.3 浇筑时间控制

在钢纤维混凝土的浇筑过程中，要对浇筑时间进行严格的控制。因为钢纤维混凝土中有水泥材料的存在，如果材料浇筑时间过长，混凝土就会产生凝结，严重影响工程项目的施工质量。在该项目施工过程中，施工单位对钢纤维混凝土的施工过程进行了全程的控制，根据施工当天天气、温度等外在因素，制定了科学、合理的浇筑时间，确保了施工质量。同时，如果施工过程中无法在规定时间内完成浇筑工作，就可在钢纤维混凝土拌和时，在混合料内加入外加剂，延长混凝土的凝结时间，为工程浇筑施工争取更多的时间。

6 结语

总之，在钢纤维混凝土的应用过程中，材料的拌和作业是非常重要的，其过程决定了钢纤维混凝土的整体质量与性能。所以其拌和过程一定要科学、合理，才能确保其性能质量达到设计标准要求。因此，在钢纤维混凝土拌和作业时，施工单位要对其作业进行全程的控制。同时，还需要加大对钢纤维混凝土技术的研究，做好施工方案、材料配比、技术工艺的控制，以为桥梁工程开展奠定基础。