淺談道路橋梁施工中鋼纖維混凝土技術(shù)的應(yīng)用分析
摘要： 城市的快速發(fā)展結(jié)合科技的進(jìn)步，使得我國基礎(chǔ)建設(shè)的步伐不斷加快。尤其是在一些大型的工程項(xiàng)目當(dāng)中，使用了更多更加安全高效的施工工藝。本文以道路橋梁施工為例，詳細(xì)的介紹了在該項(xiàng)目施工中使用的新型鋼纖維混凝土材料，不僅改善了以往相關(guān)材料強(qiáng)度不足的弊端之外，還能在操作上簡化起到節(jié)省造價(jià)的作用。并且在文中就鋼纖維混凝土在道路橋梁施工中的應(yīng)用進(jìn)行詳述，突出了這類新型材料的優(yōu)勢所在。
關(guān)鍵詞： 鋼纖維混凝土;路面穩(wěn)定;邊坡處理;道路橋梁施工
引言
隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)程的不斷進(jìn)行，土木工程建設(shè)的施工方式和工藝也得到了很大程度的更新，與此同時(shí)，在施工過程中對(duì)于建筑材料的使用也發(fā)生了很大的革新。在道路橋梁施工中，以往的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在滿足設(shè)計(jì)承載要求的同時(shí)花費(fèi)的施工成本較大，而且鋼筋混凝土材料對(duì)于環(huán)境也造成了很大的破壞。在這個(gè)基礎(chǔ)之上，在混凝土中添加一定的鋼纖維可以降低對(duì)水泥的使用量，還能大大提高結(jié)構(gòu)物的承載能力，并且在造價(jià)方面也有了很大程度的降低，故在現(xiàn)有的道路橋梁甚至一些大型的市政基礎(chǔ)建設(shè)中都廣泛的使用鋼纖維混凝土材料，下面我們就對(duì)鋼纖維混凝土使用的優(yōu)勢和使用方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。
1、鋼纖維混凝土使用特點(diǎn)
根據(jù)不同的制造方法，鋼纖維材料包括抗剪纖維、抗壓纖維和環(huán)切纖維。這三種鋼纖維不同之處在于材料的抗外力能力不同，但是達(dá)到的承載效果相似。在實(shí)驗(yàn)對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，使用鋼纖維材料的混凝土抗壓強(qiáng)度比普通的混凝土抗壓強(qiáng)度高五倍左右，使用鋼纖維材料的混凝土抗拉強(qiáng)度比普通的混凝土抗拉強(qiáng)度高三倍左右。在研究鋼纖維混凝土使用機(jī)理中發(fā)現(xiàn)鋼纖維主要可以控制混凝土豎向裂縫，在受拉或是受彎側(cè)鋼纖維作為承力單位，并且在纖維材料受力達(dá)到了最大荷載承受能力時(shí)，混凝土再進(jìn)行承力，這個(gè)過程使得新型的材料承載能力大大增強(qiáng)。當(dāng)鋼纖維材料出現(xiàn)較大的變形后，混凝土也發(fā)生一定的變形，最終達(dá)到共同屈服狀態(tài)。
在混凝土構(gòu)件上均勻的分布鋼纖維材料，通過硬化的方式使得鋼纖維和混凝土粘合在一起，起到共同受力的效果。當(dāng)混凝土材料中摻入的鋼纖維量在0.4%-0.6%時(shí)，材料的抗剪能力顯著提高，同時(shí)抗變形能力也有了很大的改觀。較之以往的彈性模量，鋼纖維材料的彈性模量也相應(yīng)提高，收縮率呈現(xiàn)下降。在路橋使用過程中，溫度等附加應(yīng)力是導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫和失穩(wěn)的主要原因，使用了鋼纖維混凝土材料，可以在抗溫度應(yīng)力方面有很大的提高，很好地解決了因附加應(yīng)力導(dǎo)致橋梁失穩(wěn)的問題。
2、鋼纖維混凝土在道路橋梁施工中的應(yīng)用
鑒于鋼纖維混凝土的優(yōu)勢，在現(xiàn)有的工程當(dāng)中被廣泛地使用，對(duì)于道路橋梁的施工中也相應(yīng)的采用這類材料。在某縣的公路橋梁中，為兩套設(shè)計(jì)方案中選取使用鋼纖維混凝土作為主要結(jié)構(gòu)的施工材料，使得在橋梁的鋪裝層上的自重可以減輕30%，并且在橫向上的施工縫相應(yīng)地減少。在具體的施工過程中，由于使用鋼纖維混凝土材料，使得路面不需要進(jìn)行打磨就很平整，具有很好的行駛舒適性和路面的耐久性。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)來看，常規(guī)的混凝土材料需要澆筑完成后有28天的養(yǎng)護(hù)期，并且保證路面不能進(jìn)行高溫暴曬和低溫接觸，必須采取相應(yīng)的保溫隔熱措施。
在道路的路面面層施工中，選擇使用三層式的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在上層鋪設(shè)厚度為30%的鋼纖維混凝土，保證路面部分具有較好的整體性，同時(shí)在中層也設(shè)置為鋼纖維混凝土層，最下面的一層可采用普通的混凝土結(jié)構(gòu)。利用這種施工方式的鋪設(shè)最為經(jīng)濟(jì)，但是實(shí)踐證明該鋪設(shè)方式較為復(fù)雜，花費(fèi)的工期較長，故直接采用三層復(fù)合結(jié)構(gòu)都采用鋼纖維混凝土層。并使用壓路機(jī)進(jìn)行道路路面的壓實(shí)。道路橋梁的路基施工中，為了保證混凝土層和鋼纖維之間有較好的粘結(jié)性，采用中間設(shè)置雙向的隔離保護(hù)層，利用層間的空隙來達(dá)到緩沖的效果，同時(shí)在一些容易出現(xiàn)彎曲變形的路面區(qū)域混凝土路基中摻入的鋼纖維的含量可以適當(dāng)?shù)奶岣摺Ｆ浯危跇蛎娴匿佈b中，鋼纖維混凝土的使用可以增加橋面的整體抗烈能力，同時(shí)保證了橋梁的使用壽命的提高，行車的舒適度也有了很大的提高。當(dāng)采用了鋼纖維混凝土，可以在一些受力部位減少混凝土材料的使用，當(dāng)混凝土整體用量下降，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的自重也會(huì)相應(yīng)下降，通過受力狀態(tài)的不同，達(dá)到橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在實(shí)際的施工中，也會(huì)使用鋼纖維混凝土與瀝青混凝土相互結(jié)合作為鋪裝的方式。道路橋梁的上部結(jié)構(gòu)中使用鋼纖維混凝土材料不但滿足了設(shè)計(jì)穩(wěn)定性的要求，還能在造價(jià)上有所節(jié)省。在道路橋梁的下部結(jié)構(gòu)中，使用鋼纖維混凝土新型采用同樣能收到很好的效果。
采用鋼纖維混凝土對(duì)樁頂或樁尖局部增強(qiáng)，樁的穿透力有較大的提高，錘擊次數(shù)減少，大大提高打擊速度。一般在樁頂和樁尖部位采用鋼纖維混凝土，增強(qiáng)樁頂?shù)目箾_擊韌性，避免樁頂在打入設(shè)計(jì)深度以前出現(xiàn)破裂，并增加樁尖入土能力，提高打擊速度。樁身部分仍用預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。當(dāng)然也可以全斷而整體澆筑鋼纖維混凝土，但其經(jīng)濟(jì)效益會(huì)有所下降。由此得出，在選擇方案的過程中要以經(jīng)濟(jì)性作為評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)?shù)缆窐蛄轰佋O(shè)經(jīng)過隧道時(shí)，隧道內(nèi)的側(cè)壁穩(wěn)定性和邊坡穩(wěn)定性是施工的關(guān)鍵步驟，使用高強(qiáng)混凝土襯砌施工可以對(duì)側(cè)壁的整體穩(wěn)定性有很大的提升。必須強(qiáng)調(diào)的是，隧道施工不同于普通的路橋施工方式，路面的防水工作是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，保證橋梁整體防水能力是避免出現(xiàn)安全隱患的重要方式。在面對(duì)一些不良施工路段時(shí)，使用普通的混凝土襯砌能夠達(dá)到增強(qiáng)和穩(wěn)固的效果，使用鋼纖維混凝土可以對(duì)以往的普通混凝土材料在結(jié)構(gòu)性能上有所加強(qiáng)。在全截面的范圍內(nèi)，對(duì)側(cè)壁采用整體式的噴射鋼纖維的支護(hù)方式。
鋼纖維混凝土配合比可以根據(jù)普通混凝土配合比的選擇原則，通過試驗(yàn)最后決定。首先應(yīng)選擇與基材強(qiáng)度相適應(yīng)的鋼纖維品種，鋼纖維極限抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于600MPa。圓直和熔抽鋼纖維適宜配制中低標(biāo)號(hào)混凝土，剪切鋼纖維可配制高標(biāo)號(hào)混凝土。鋼纖維含量以0.7%-2.5%為宜。為使鋼纖維混凝土力學(xué)性能與施工和易性要求盡量一致，對(duì)鋼纖維長徑比應(yīng)加以控制，同時(shí)還應(yīng)考慮鋼纖維的最小直徑。鋼纖維最小直徑不應(yīng)小于0.40mm，一般應(yīng)控制在0.45-0.70mm左右：鋼纖維的長度不應(yīng)過長。在正常攪拌機(jī)攪拌時(shí)，長徑比應(yīng)控制在50-80，鋼纖維細(xì)石混凝土的砂率應(yīng)高于相同標(biāo)號(hào)的普通混凝土，為保證鋼纖維同基體牢固結(jié)合，通常采用粒徑較小主骨料，最大粒徑為10-20mm。為改善混合料施工，減少水泥用量和降低成本，可采用減水劑或其它外摻劑。
3、鋼纖維混凝土在道路橋梁施工具體使用方法
鋼纖維混凝土在道路橋梁工程中的施工，通常可以根據(jù)施工方法的不同劃分成三大類：澆注鋼纖維混凝土施工、噴射鋼纖維混凝土施工和灌漿鋼纖維混凝土施工。鋼纖維混凝土施工質(zhì)量保障的前提是材料的選用要優(yōu)良，施工技術(shù)的水平要更好。對(duì)于鋼纖維的分布要均勻，這是鋼纖維混凝土施工技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。下面就對(duì)鋼纖維混凝土施工中的一些要點(diǎn)進(jìn)行分析。
3.1 在道路橋梁鋼纖維混凝土施工中，鋼纖維加入過程中會(huì)出現(xiàn)鋼纖維結(jié)團(tuán)的問題，所以施工時(shí)采用分散機(jī)對(duì)投入的鋼纖維進(jìn)行充分地分散后，再進(jìn)行鋼纖維混凝土的攪拌。分散機(jī)的功率可以控制在0.75-1.0kW，分散力控制在20-60kg/min，這種條件下有助于使鋼纖維的分散效果達(dá)到最好。
3.2 鋼纖維混凝土材料投入的順序與攪拌時(shí)間的控制是為了更好地防止鋼纖維結(jié)團(tuán)，在一般的道路施工過程中需分級(jí)投料，一般先干料攪拌后再濕料攪拌。按照砂、鋼纖維、碎石、水泥的順序進(jìn)行投入，先用攪拌機(jī)干拌1min后再注入水和外加劑濕拌2min。
3.3 鋼纖維混凝土具有粗骨料細(xì)、砂率大、纖維亂向分布的特點(diǎn)，因此鋼纖維混凝土路而宜采用真空吸水工藝，機(jī)械抹平以防止鋼纖維外露。采用壓紋機(jī)壓紋工藝以避免拉毛產(chǎn)生纖維外露現(xiàn)象。拆模后對(duì)纖維外露或漏振時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。
3.4 從鋼纖維的物理特性當(dāng)中可以看出，纖維結(jié)構(gòu)具有較好的抗收縮能力，并且在抵抗豎向變形上具有很好的特性，因此在施工過程中，對(duì)于道路的施工必須采取交通封閉的方式，將壓實(shí)機(jī)在路面結(jié)構(gòu)上形成整體式的攤鋪，并且與普通混凝土面層不同，鋼纖維面層可以不設(shè)置縱向伸縮縫。
3.5 運(yùn)輸對(duì)于鋼纖維材料而言也是很重要的一項(xiàng)工序，考慮到運(yùn)輸過程中鋼纖維混凝土的坍落度必然下降，同時(shí)含水量也會(huì)發(fā)生一定的改變，使用較為廉價(jià)或是簡便的方式都不能很好地解決此類問題，最為簡便的方式就是盡量地縮短鋼纖維混凝土的運(yùn)送距離和運(yùn)送時(shí)間，在出料口的機(jī)械設(shè)置中，盡可能地將漏斗出口放大，保證鋼纖維的含水量控制在較為均勻的范圍之內(nèi)。如果在一些質(zhì)量要求較高，同時(shí)有一定的施工能力的區(qū)域，可以考慮使用混凝土泵送的方式進(jìn)行施工。
4、結(jié)束語
在施工工藝不斷更新?lián)Q代的過程中，施工所使用的材料也在不斷的推陳出新。在現(xiàn)有的土木施工中，由于鋼纖維混凝土材料具有比普通混凝土更多的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際中被廣泛的使用。在本文中，詳細(xì)介紹了鋼纖維混凝土的物理性能，同時(shí)根據(jù)鋼纖維混凝土與普通混凝土相互對(duì)比得出新型材料的優(yōu)勢所在。并且在使用這種新型復(fù)合材料的實(shí)際道路橋梁的施工中，不難看出，使用鋼纖維混凝土材料可以大大地提高結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性，在保證穩(wěn)定性要求的前提下能夠起到降低工程造價(jià)的效果。與此同時(shí)，大力推廣鋼纖維混凝土的過程中，還是要強(qiáng)調(diào)對(duì)于工程質(zhì)量的要求，并且在實(shí)際的工程中不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，更好地發(fā)揮出鋼纖維混凝土的結(jié)構(gòu)性能。
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