钢纤维混凝土技术在路桥工程中的应用研究

引言

随着现代交通网络的不断扩展和升级，路桥工程在基础设施建设中扮演着至关重要的角色。然而，传统的混凝土材料在应对大跨度、重载交通以及复杂环境条件下，往往表现出性能不足的问题。钢纤维混凝土作为一种新型的复合材料，以其卓越的抗压、抗拉、抗裂、抗剪、防冻耐磨等性能优势，在路桥工程中得到了广泛应用。

1 钢纤维概述

钢纤维混凝土是一种具备优良性能且在实际工程中应用范围较为广泛的新型复合材料，它通过将短而细的钢纤维均匀地分散在混凝土基体中，形成了一种复合结构，这种结构能显著增强混凝土的力学性能和耐久性。此外在混凝土中加入适量的钢纤维，能够有效降低其内部及表面裂缝产生几率，有效提升高性能混凝土的抗压强度。然而，若钢纤维添加过量则会削弱其增强效果，因此精确控制钢纤维的掺入量至关重要。为了探究钢纤维如何影响材料的冲击性能，通过冲击荷载模拟试验，判定不同长度的钢纤维以及混合方式等对其冲击耐受性的效应，结果表明，钢纤维的加入能够显著提升混凝土的抗冲击次数。这是因为钢纤维混凝土内部的钢纤维作为一种增强材料，能够显著提高混凝土的韧性。当桥面受到外部冲击时，钢纤维能够有效地分散和吸收部分冲击力，从而减轻对混凝土基体的直接作用，进一步降低桥面结构遭受结构性破坏的风险，有效提高桥面结构的安全性。从不同条件下研究钢纤维对桥面铺装的力学性能影响，试验结果表明，混凝土抗折强度和劈裂抗拉强度在掺加钢纤维后有明显改善，同时高强度等级混凝土中加入钢纤维相比于低强度等级混凝土有更加的性能改良效果。

2 钢纤维混凝土技术在路桥工程中的应用

2.1 钢纤维混凝土原材料

为研究钢纤维混凝土的力学性能，试验选用了钢纤维、水泥、粗集料、细集料等原材料制作了试验试件，进行立方体单轴抗压试验、劈裂抗拉试验和四点弯曲试验。钢纤维采用某金属新材料公司生产的镀铜微丝钢纤维，钢纤维的抗拉强度为 2.8GPa ，钢纤维的直径为 0.2mm ，长度分为 3 类，分别为 10mm 、 15mm 和 20mm ，掺量为 0.5%～2% 不等，水泥为海螺牌普通硅酸盐水泥 P²O42.5，粗骨料为干净坚固花岗岩级配碎石，粒径约为 5～20mm ，细骨料为干净的天然河沙，粒径为 2mm ，细度模数为 3.2，水为市政自来水，外加剂为聚羧酸高性能粉状减水剂，外加剂掺量为 0.7% 。试验试件按C55 强度等级进行混凝土试配，混凝土水灰比为 0.35。

2.2 配合比设计

配合比设计首先需要确定水泥与骨料的比例，这对混凝土的强度和耐久性有重要影响。水泥的种类和质量应与项目要求相匹配，同时骨料的粒径和级配也要合理，以保证混凝土的密实度和流动性。钢纤维的掺入量是配合比设计的关键因素。通常，钢纤维的掺量为混凝土重量的 0.5～2.0% 之间。掺量过少可能无法达到预期的增强效果，掺量过多则可能影响混凝土的工作性。钢纤维的长度、形状和材质对混凝土的力学性能有重要影响，设计时要根据工程的具体要求，选择合适的钢纤维掺量。一般来说，较长的钢纤维能更好地增强混凝土的抗拉、抗裂性能，但也会对混凝土的工作性造成一定影响。因此，在配合比设计中应合理选择钢纤维的长度和类型。

2.3 钢纤维混凝土铺设

为确保钢纤维在混凝土中均匀分布，分时间段、分批次进行投料。钢纤维混凝土的振捣时间应延长至普通混凝土振捣时间的 1.5 倍，将混凝土振捣密实，直至出浆；振捣时间也不得过长，避免钢纤维积聚到底层。进行混凝土摊铺作业时，采用激光整平机发射器执行标高检测，实现自动化找坡、振捣、整平等。对于墙边、柱脚等激光整平机难以覆盖的区域，可采取手工振捣和手工划平的方式进行补充处理。激光整平机施工完后，采用 6m 铝合金划尺进行平整度修整，将混凝土坍落度控制在（ 140±10）mm ，在此过程中严禁加水，控制混凝土粉煤灰的用量，以免影响混凝土的施工质量。

2.4 做好振捣工作

在开展混凝土铺筑作业期间，在材料有效填入至结构层本身厚度的50% 左右时，需要及时借助平板式振捣器开展初次振捣作业。某次施工选用的振捣器实际功率要求处于 2.2＼～3.0 千瓦之间，正式振捣过程中应该做到均匀细致，不准存在任何遗漏。在完成振捣作业后，需要结合实际情况，加铺适量钢纤维混凝土材料，并继续开展振捣作业，直至达到指定顶面的高度位置，然后再对平板振捣器进行更换，一般更换为 1.2＼～1.5 千瓦的振捣器，完成二次振捣作业。此外，在振捣过程中，施工人员应该注意顺着道路纵向开展振捣活动，并从边缘逐渐向中心进行振捣，以保证每个区域的实际振捣效果符合工程设计要求。对于单次振捣时间，案例项目要求调控在约 15＼～25 秒之间即可，避免振捣时间过长而对结构强度造成损伤。在振捣过程中，相关技术人员应该从旁进行监督指导，并且仔细检查钢纤维混凝土结构的具体情况，发现难题及时结合实际情况做出调控，从而持续改善工况，提高振捣质量。在有效完成平板振捣作业后，案例工程还借助插入式振捣设备，对路面开展补充振捣作业，以此保证全部位置的实际振捣效果符合工程建设要求。

2.5 伸缩缝设置

要对桥面进行切缝施工。具体的切缝要点如下：（1）根据钢纤维混凝土的结构特性，要采用横向切缝的方式，而不采用纵向切缝。（2）可将伸缩缝宽度设置为 20＼～30 毫米，将位置拟定在使桥墩与桥面的对应位置处。（3）要注意切缝时间的控制，避免过早的切缝操作。由于过早的切缝，钢纤维混凝土尚未完全凝固，锯片将会对钢纤维混凝土造成扰动，导致钢纤维混凝土的不规则开裂。另外，要针对钢纤维混凝土采取相应的养护措施，可按照普通混凝土的养护方法进行养护，保证养护周期 ⩾15 天。

2.6 后期养护

振捣完成后，科学的后期养护对于保证钢纤维混凝土的强度与耐久性至关重要。采用湿法与遮光法相结合的养护方式。在夜间温度变化较大时，还加盖保鲜膜以保持温度稳定。湿养护时间至少持续 14d。对于桥梁、隧道等特殊结构部位，采用更为严格的养护策略。在混凝土凝固后，进行温湿度控制养护，将养护时间延长至 28d，并对养护环境的温度进行严格监控，保持在 15＼～30℃之间，以避免因温度突变而引起的混凝土裂缝。

结语

综上所述，钢纤维混凝土作为一种新型的复合材料，能够显著提高结构的整体稳定性与安全性，减少维护成本，延长使用寿命，降低环境污染，符合现代工程建设的需求。尤其是在抗裂、抗冲击、耐疲劳和耐久性等方面表现突出，它有效克服了传统混凝土在复杂荷载和恶劣环境条件下的不足，为路桥工程的设计与施工提供了更加优质的材料选择。

参考文献

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