钢纤维混凝土技术在路桥工程中的应用研究

0 引言

随着交通基础设施建设向重载化、大跨度方向发展，传统混凝土材料因抗拉强度低、易开裂等缺陷，难以满足复杂工况下的结构安全需求。钢纤维混凝土通过在基体中掺入乱向分布的短钢纤维，显著改善了混凝土的脆性特征，其抗拉强度提升 40%～80% 、抗冲击韧性提高 10～20 倍的特性，使其成为解决路桥工程裂缝控制难题的关键技术。本文从材料特性、施工工艺、质量管控三个维度，系统探讨钢纤维混凝土在路桥工程中的技术集成与应用路径。

1 钢纤维混凝土应用特点

1.1 力学性能优势

钢纤维的掺入通过“桥联效应”有效抑制混凝土微裂缝扩展，使材料初裂荷载与极限荷载比值稳定在 0.8～1.0 区间，较普通混凝土提升 30% 以上。实验数据显示，当钢纤维体积率达 1.5% 时，混凝土抗弯强度可达 13.75MPa ，是素混凝土的2.5 倍；在动态冲击荷载作用下，其能量吸收能力提升 15～20 倍，适用于机场跑道、重载桥梁等高频振动场景。

1.2 结构功能优化

（1）桥面铺装层：采用双层复合结构（上层 40%～60% 厚度钢纤维混凝土+ 下层普通混凝土），可使铺装层厚度减少 30% ，抗疲劳寿命延长 2～3 倍。例如，港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道段桥面铺装工程通过该技术，在日均车流量8 万辆次条件下，实现10 年无结构性裂缝的运营记录。

（2）结构加固修复：针对既有桥梁墩台裂缝，采用喷射钢纤维混凝土工艺（钢纤维掺量 80kg/m³ ），可使加固层与基体粘结强度达 2.5MPa 以上，有效提升抗震延性。成都市二环路高架桥（刃具立交段）抗震加固项目中，该技术使结构位移角限值从 1/250 提升至 1/150 ，满足8 度设防要求。

（3）特殊结构应用：在桩基础工程中，桩尖部位采用钢纤维混凝土可提升穿透能力 30% ，降低锤击能量需求 25% 。天津港南疆港区 27# 泊位深水码头桩基工程数据显示，钢纤维桩较普通桩入土深度增加5m，施工效率提升 40% 。

1.3 环境适应性增强

钢纤维混凝土通过减少收缩裂缝（降低 70% 以上），显著提升抗渗性能，其氯离子扩散系数较素混凝土降低 1～2 个数量级。在北方冻融循环区，京哈高速公路（G1）山海关至绥中段改扩建工程连续梁桥采用该技术后，经 50 次冻融循环检测，质量损失率仅为 0.3% ，远低于规范限值 。

2 钢纤维混凝土施工控制措施

2.1 材料配比与制备工艺

（1）配比设计：基于 JGJ/T 472-2019 标准，采用体积法确定钢纤维掺量(1.0%～1.5% ）、水灰比（ 0.45～0.50 ）及砂率（ 35%～40% ）。例如，C50 钢纤维混凝土推荐配合比为：水泥 420kg/m³ 、 5～20mm 碎石 1050kg/m³ 、中砂780kg/m³ 、钢纤维 75kg/m³ 、减水剂 4.2kg/m³ 。

（2）搅拌工艺：采用“三投法”分次投料（水泥 50% 钢纤维→粗细骨料→剩余钢纤维→水），干拌时间 ⩾90s ，湿拌时间 ⩾120s ，确保钢纤维分散均匀度达 95% 以上。杭州湾跨海大桥北航道桥（主跨 448m 斜拉桥）主墩承台工程通过该工艺，使混凝土坍落度控制在 120±20mm ，离析率降低至 1.2%. 。

（3）运输与浇筑：运输中保持车载强制式搅拌（转速 ⩾15r/min ），掺聚羧酸减水剂控制坍落度损失率 ⩽15% （如深中通道沉管混凝土 90 分钟运输后坍落度从 180mm 降至 155mm) ）；浇筑时分层振捣（层厚 ⩽300mm ，激光定位偏差⩽±10mm, ），高频振捣器间距 ⩽400mm （梅花形布点，振捣 15～20s ），辅以磁吸检测仪（ ⋅10m² / 次）实时扫描，确保钢纤维分布均匀度 ⩾95% 。

2.2 施工过程质量控制

（1）摊铺与整平：人工摊铺时，采用振动刮尺控制平整度（3m 直尺检测⩽3mm) ），配合提浆滚消除钢纤维外露。以上海市北横通道新建工程西段天目路高架桥面铺装项目为例，该工程通过此工艺实现桥面构造深度达 0.8mm （符合JTG F40-2004 规范要求），抗滑摆值 BPN 值从 45 提升至 63（按摆式仪检测），抗滑性能提升 40% ，有效保障了高架桥在潮湿环境下的行车安全。

（2）养护管理：常规养护采用土工布 + 智能喷淋（如沪杭甬高速每日 8 次定时补水，湿度波动 ±5% 内），辅以砂袋压膜防风掀；高强混凝土（ ）需终凝4h 内机械抹面（盘式抹光机消泌水）并覆盖PE 膜 + 无纺布复合养护膜（杭绍甬工程），膜下预埋测温光纤（ ∣m×lm 网格），动态调控温差≤ 15℃及失水率 ⩽0 . 5kg/m²⋅h ，阻断耦合裂缝风险。

（3）质量检测：钢纤维检测严格把关，每批次抽检确保长度偏差 ⩽10% 抗拉强度 ⩾380MPa 且杂质含量 ⩽0.5% ；混凝土性能方面，28d 抗压强度标准差控制在 ⩽5.0MPa ，抗折强度保证率 ⩾95% ；无损检测采用超声波法，以波速⩾4.2km/s 判定内部密实性达标，确保结构安全。

2.3 特殊工况应对策略

（1）高温施工：当气温 >30^∘C 时，骨料需预冷至 25^∘C 以下（如杭州湾跨海大桥南岸接线工程通过冰水喷淋系统实现骨料降温），并添加木质素磺酸钙类缓凝剂延长初凝时间至 4h，避免混凝土因水分蒸发过快导致塑性开裂，同时配合遮阳棚覆盖减少日照直射，保障施工连续性。

（2）冬季施工：采用热水搅拌（水温 ⩽60^∘C ） + 亚硝酸盐类防冻剂（掺量3%～5% ，如武汉长江公铁大桥项目使用亚硝酸钠）的复合保温措施，通过智能温控设备实时监测水温与拌合物温度，确保入模温度 ，并采用双层棉毡覆盖保温养护14 天，防止冻害对早期强度发展的不利影响。

（3）大跨度桥梁：通过分段浇筑（每段 ⩽20m ，如港珠澳大桥青州航道桥主塔墩身施工采用 20m 分段） + 设置后浇带（间距 ⩽40m ，后浇带宽度 1m 且填充微膨胀混凝土）控制收缩应力，南京长江第五大桥项目采用该技术后，温度裂缝发生率降低至 0.1% ，较传统工艺减少裂缝 90% 以上，显著提升结构耐久性。

3 结语

钢纤维混凝土技术以材料复合创新突破传统混凝土力学性能局限，在路桥工程中已彰显突出技术经济价值。未来研究应着力三方面：一是研发低成本耐蚀镀锌钢纤维与再生钢纤维材料以降本增效；二是构建基于 BIM 的智能施工监测体系，达成钢纤维分布实时可视化管控；三是完善全寿命周期评估机制，量化不同气候区长期效益。随着材料科学与智能建造深度融合，其或将成为路桥结构材料的主流发展方向。

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作者简介：常海涛（ (1986,09.29- ），汉，男，路桥工程师，本科，籍贯：河南省安阳市，

专业：土木工程