李栋臣
（山东华邦建设集团有限公司，山东 潍坊 262500）
与传统的混凝土结构相比，钢纤维混凝土材料中添加了钢纤维，这种复合材料能充分发挥钢材的延展性作用，实现道路桥梁整体抗裂性能和抗外界冲击能力的优化，从而提高工程整体质量、延长使用周期。钢纤维混凝土的特点主要体现在以下几点：
1.1 强度较高
混凝土强度低、延展性差是导致道路桥梁裂缝病害的主要原因。随着道路桥梁工程建设规模不断扩大、结构功能不断提高，很多道路桥梁对结构整体性能的要求也越来越高。钢纤维混凝土无论在强度还是延展性上都优于传统的混凝土结构。钢纤维混凝土作为混合材料，主要由短钢纤维和混凝土材料组成。钢纤维混凝土比传统混凝土的抗变形能力更强，在同等荷载作用下，结构发生变形的情况更小。通过对钢纤维混凝土在道路桥梁中的应用分析，发现该结构形式能从很大程度上降低结构裂缝问题。
1.2 良好的抗裂性
将一定数量的短钢纤维材料添加到普通混凝土材料中，可提高钢纤维混凝土材料的质量，并控制道路桥梁裂缝、变形等问题。现在车辆通行的数量和荷载都有所增加，如果道路桥梁出现严重的裂缝，很容易引发交通安全事故，缩短工程的使用寿命，造成工程整体稳定性不足。通过合理使用钢纤维混凝土，可改善结构性能，充分发挥其裂缝控制价值，提高工程整体质量和安全水平。
1.3 抗外界冲击能力强
相比于传统混凝土，钢纤维混凝土的抗冲击和抗压能力更强，短钢纤维含量为2%的钢纤维混凝土的抗冲击能力提高了大约50倍，显著提高了道路桥梁整体结构的抗冲击能力，一旦遇到地震、洪水等自然灾害，可充分发挥作用，避免道路桥梁发生变形、坍塌等严重事故。
2.1 项目概况
某高速公路桥梁共有4条车道，全长大约100km，按照100km/h的速度设计，以及至少5.5MPa的抗拉强度、不低于40MPa的抗压强度建设该项目。为提高路桥整体性能，决定部分路段采用钢纤维混凝土结构。
2.2 钢纤维混凝土配合比设计
结合钢纤维使用要求配置钢纤维混凝土材料。
2.2.1 钢纤维材料的选择
对各种钢纤维性能进行综合对比，该工程最终选择的是规格为0.5mm（长）×0.5mm（宽）×25mm（高）的剪切异形直纹钢纤维，材料密度为6.8g/cm3，指纹形状，经过检测确定钢纤维达到600MPa的抗拉强度要求。
2.2.2 水泥材料的选择
作为钢纤维混凝土中的胶结材料，水泥的选择十分重要，不仅要保证水泥的胶结能力，而且要降低水化热。该工程最终选择的是P·O42.5R硅酸盐水泥。
2.2.3 粗集料的选择
钢纤维混凝土的骨架材料为粗集料，该工程选用碎石为粗集料。通过试验选择在钢纤维长度2/3以内粒径的碎石。该工程选用25mm长度的钢纤维，故按照5～20mm的粒径范围筛选粗集料。该工程按照如下配比进行碎石配置：60%的粗集料粒径在9.5～19mm范围，40%的粗集料粒径在2.36～4.75mm 范围。
2.2.4 细集料的选择
按照施工质量要求，该工程可使用天然砂、机制砂或混合砂作为细集料。混凝土和易性受到细集料的细度系数影响，在拌制混凝土过程中，粗砂过多会导致离析问题，而水量会随着细砂用量的增多而增加，经过均衡和细致地计算，该工程选择的是2.5细度的中粗砂。
2.2.5 配合比控制
确定各种原材料质量标准后，要做好混合料的配置，明确各种组分用量的控制，确保钢纤维混凝土充分发挥优越性能。该项目钢纤维混凝土配置中各项指标之间的关系如图1、图2所示。通过图1、图2可知，钢纤维混凝土强度会随着坍落度的增加而降低，通过平衡按照0.43控制水灰比，此时无论是坍落度还是抗压强度都能达到钢纤维混凝土的最佳状态。
图1 不同水灰比与混凝土坍落度关系曲线
图2 不同水灰比与混凝土抗压强度关系曲线
图3、图4为钢纤维混凝土坍落度、抗压强度与钢纤维体积率之间的关系。通过折线图可知，混凝土坍落度会随着钢纤维体积率增加而降低，钢纤维混凝土的抗压强度在钢纤维体积率为1.0%时达到峰值。设计时，在平衡混凝土指标、综合成本后最终确定钢纤维体积率为1.0%。
图3 不同钢纤维体积率与混凝土坍落度关系曲线
图4 不同钢纤维体积率与混凝土抗压强度关系曲线
2.3 钢纤维混凝土施工要点
2.3.1 布料和摊铺
在混凝土面板中适量掺加钢纤维或直接摊铺钢纤维混凝土混合物，可有效解决材料结团问题。钢纤维混凝土材料搅拌时一般用分散剂进行投料。在试铺阶段，摊铺工作应充分考虑钢纤维混凝土坍落度要求。钢纤维混凝土由于添加了钢纤维材料，会导致坍落度有一定的损失。
2.3.2 振捣和整平
摊铺钢纤维混凝土后应及时采取振捣措施。该工程采用的是插入式振捣棒，面层采用大功率平板振动器振捣，使用刮板进行收面高程控制。由于钢纤维混凝土缺乏足够的流动性，为保证工程结构整体施工效果，要重点对边角部位进行振捣，避免产生蜂窝病害。在振捣过程中，混凝土不再下沉则表示振捣结束。振捣人员操作振捣棒应坚持快插慢拔的原则，控制好振捣间距、时间等要素，避免发生过振、漏振等问题。振捣时，如果发现钢纤维外露，应及时压下钢纤维和石子，确保钢纤维在结构10～30mm深度，以免后期行车阶段影响车辆安全通行。
2.3.3 严格控制施工速度
避免浇筑过慢导致钢纤维混凝土发生凝结而影响结构完整性。如果遇到材料供给不足、设备故障等问题，可以喷雾处理延缓钢纤维混凝土凝固速度，降低表面水分蒸发的速度，严禁随意增加拌和水量。
2.3.4 桥墩和桩基结构加固
钢纤维混凝土不仅能减轻桥墩和桩基础结构的整体重量，而且能优化桥墩整体性能，有效解决结构脱落等问题。剪切钢纤维和削切钢纤维材料都是桥墩施工常用的钢纤维材料，可以起到优化桥墩牢固性、提高抗震效果的作用。在桩基础施工中，施工人员如果发现存在外露的钢纤维，可及时捶打，将其压入桩基内部，提高桥墩和桩基础表面的平整度、稳定性，强化其应用效果。
2.4 钢纤维施工技术管理
精细化管理模式的应用可以提高施工效率和施工质量，有助于提高企业市场发展的创新能力。施工企业员工尤其是管理层首先应充分认识精细化管理模式的价值、应用意义、应用方式，然后结合路基路面施工项目采取精细化管理方式，编制并落实精细化管理体系。管理体系中应包括如下内容：
（1）细致地编写整体项目各大环节内容，同时利用信息化技术加强相关数据的收集、监测和整理。
（2）借助信息技术分析相关信息，如云计算、大数据等技术，及时确认施工方案中的安全隐患问题并采取预防措施，以此为基础编制管理方案。
（3）通过管理程序提高管理水平。此外，以国家相关法律法规和行业发展动态为基础完善项目管理内容，提高建筑工程管理质量和效率，实现全面、精细化管理。
3.1 经济效益
该工程使用的钢纤维混凝土大约是传统混凝土结构1/2的厚度，同时在碎石、水泥等原材料节约方面效果显著，经过分析，钢纤维混凝土的单价是普通混凝土的80%，同时路面的整体性能得到了提高，不仅可以节省后期维修养护成本，还能延长工程使用周期，最终提高工程经济效益。
3.2 社会效益
工程运行一年后，检查路面未出现干缩、裂缝等问题，路面出现磨损。可见，相比于普通混凝土路面，钢纤维混凝土路面的社会效益更高。
总之，钢纤维混凝土路面的经济效益和社会效益都比较明显，值得进一步推广应用。
钢纤维混凝土材料与普通混凝土材料相比，能实现道路桥梁整体性能优化。钢纤维混凝土结构强度高、抗裂性强、抗冲击能力强。在道路桥梁工程中应用钢纤维混凝土材料，有利于提高建设项目的综合效益，为居民提供更加舒适、安全、可靠的交通基础条件。
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