浅析钢纤维混凝土技术在路桥工程中的应用

【摘要】改革开放以来，我国的交通网路日趋完善。随着钢纤维混凝土推广使用，

钢纤维混凝土在我国的基础建设工程中得到了广泛应用，钢纤维混凝土有着性能

优越、旋工简便、价格经济等优点。本文结合笔者多年工作实践，就路桥工程施

工中钢纤维混凝土技术的应用予以阐述。

【关键词】路桥工程；钢纤维混凝土技术；设计；施工

中图分类号：TU997文献标识码：A

1钢纤维和钢纤维混凝土的性能概况

1.1钢纤维增强混凝土强度机理

钢纤维在混凝土中的主要作用，在于限制外力作用下基体中裂缝的扩展。

在受荷(拉、弯)初期，水泥基料与钢纤维共同承受外力，而前者是外力的主要承

受者：当基料发生开裂后，横跨裂缝的钢纤维成为外力的主要承受者。若钢纤维

体积掺量超过某一临界值，整个复合材料可继续承受较高的荷载，并产生较大的

变形，直到钢纤维被拉断或钢纤维从基料中被拨出，以至复合材料破坏。

1.2钢纤维混凝土的基本性能

钢纤维混凝土是在普通混凝土中，与普通混凝土相比，具有一系列优越的

物理力学性质；强度与重量比值增大；较高的抗拉、抗压和抗弯的极限强度。在

混凝土中掺入适量钢纤维，其极限抗压强度可以提高，单轴抗拉极强度可提高

40%～50%，抗弯极限强度可提高50%～150%；良好的抗冲击性能。钢纤维混凝土

在纤维掺量为0.8%～2.0%时，其冲击韧性指标可提高50～100倍，甚至更高；

变形性能明显改善。钢纤维对混凝土抗压弹性模量影响不显著，但对抗拉弹性模

量提高较多，钢纤维对混凝土长期收缩变形的影响也较明显，钢纤维可使混凝土

的收缩率降低10%～30%；抗裂和抗疲劳性能显著提高；优越的抗剪性能；良好

的阻止和抑制因温度应力引起裂缝产生与扩展的能力；良好的抗冻性与耐磨性

能。

2钢纤维混凝土在路桥建设施工中的应用

2.1道路施工中钢纤维混凝土的应用

由于钢纤维混凝土路面具有减薄铺装厚度、纵缝不设或少设、横向缩缝少、

良好的耐磨性及冻融性等优点，延长路面使用寿命，从而在路面工程中获得广泛

应用。

2.1.1新建全截面钢纤维混凝土路面

全截面采用钢纤维混凝土的路面厚度为普通混凝土路面厚度的50%～60%，

钢纤维掺量为0.8%～1.2%。双车道路面一般不设纵缝，横缝间距20～30m，最长

可取50m。

2.1.2新建复合式钢纤维混凝土路面

复合式路面可以做成双层式或三层式。双层式路面的构造是在全路面板厚的

上层约全厚40%～60%铺设钢纤维混凝土。三层式复合路面是上下两层分别做成

钢纤维混凝土层，中间夹普通混凝土层。结构上比较合理，但施工复杂。根据经

验，三层式复合路面宜在机械化铺设条件较高的地区使用。此外，还可以采用钢

纤维钢丝网混凝土复合式路面。

2.1.3碾压钢纤维混凝土路面

将钢纤维置于碾压混凝土中，从而使路面的强度和韧性增强，改善碾压混

凝土的力学性能。

2.1.4钢纤维混凝土罩面

旧混凝土路面损坏采用钢纤维混凝土铺筑罩面层。钢纤维混凝土罩面分结

合式、直接式、分离式3种结合。结合式罩面面层与旧混凝土相互粘结为一整体，

共同发挥结构的整体强度作用。分离式罩面层与旧混凝土不粘结，而是中间设置

1个隔离层，各层独立发挥作用。直接式是直接在旧水泥混凝土面层上加铺钢纤

维混凝土罩面层。一般用于损坏较轻微的旧水泥混凝土路面。

2.1.5在多年冻土地区用于抗冻

在多年冻土地区选用钢纤维混凝土路面以减少吸热，并维持冻土热平衡和提

高抗冻性。

2.2桥梁施工中钢纤维混凝土的应用

2.2.1桥面铺装

采用钢纤维混凝土桥面铺装层不仅可以增强桥面的抗裂性、耐久性和提高舒

适性能，还可以增强桥梁抗折强度，增加桥梁本身刚度，减少铺装厚度，降低结

构自重，改善桥梁受力状况。此外，采用钢纤维混凝土和橡胶沥青混凝土复合的

双层桥面也是一种有效措施。

2.2.2桥梁墩台等结构局部加固

对动载长期作用下造成的桥梁墩台及桥面板裂缝或表层剥落病害，采用转子

II型喷射机喷射5～20cm钢纤维混凝土以满足结构的整体性和抗震性要求。一

般钢纤维类型采用剪切钢纤维，掺量为1.0%：采用硫铝酸盐快硬水泥和TS型速

凝剂提高早期抗裂性能：对旧混凝土表面喷砂或凿毛，增加新旧混凝土的整体性。

3钢纤维混凝土设计

钢纤维混凝土配合比可以根据普通混凝土配合比的选择原则，通过试验最后

决定。首先应选择与基材强度相适应的钢纤维品种，钢纤维极限抗拉强度应大于

500MPa。圆直和熔抽钢纤维适宜配制中低标号混凝土，剪切钢纤维可配制高标号

混凝土。钢纤维含量以0.5～2.0%为宜。为使钢纤维混凝土力学性能与施工和易

性要求尽量一致，对钢纤维长径比应加以控制，同时还应考虑钢纤维的最小直径。

钢纤维最小直径不应小于0.40mm，一般应控制在0.45～0.70mm左右：钢纤维的

长度不应过长。在正常搅拌机拌和时，长径比应控制在50～80钢纤维细石混凝

土的砂率应高于相同标号的普通混凝土。为保证钢纤维同基体牢固结合，通常采

用粒径较小主骨料，最大粒径为10～20mm。为改善混合料施工和易性，减少水

泥用量和降低成本，可采用减水剂或其它外掺剂。

4钢纤维混凝土施工技术

钢纤维混凝土的施工，按其施工方法来分有浇注钢纤维混凝土、喷射钢纤

维混凝土和灌浆钢纤维混凝土。钢纤维混凝土道桥丁程质量的优劣，在很大程度

上取决于施工质量。因此，在钢纤维混凝土施丁时，除了满足普通混凝土的旌工

要求外，还应特别重视钢纤维给施工带来的技术问题，确保钢纤维均匀分布在基

体中。

4.1设置钢纤维分散装置

由于钢纤维一次性直接投入搅拌机易出现结团现象，为使钢纤维充分分散，

宜将钢纤维通过分散机再进入搅拌机。钢纤维应事先与细骨料定量拌合均匀或选

择直径较粗、材质较好的纤维，并在料斗入口处设置振动筛。

4.2搅拌投料顺序和搅拌时间

为防止钢纤维结团，需采取分级投料，先干后湿工艺。即按砂一钢纤维一

碎石一水泥。混和料先在搅拌机内干拌1min，然后加水和外加剂湿拌2min。

4.3采用强制式搅拌机

钢纤维混凝土搅拌机，一般最好使用强制式搅拌机和双锥反转出料搅拌机。

当纤维掺量较高和坍落度较小时，为不使搅拌机超负荷工作，搅拌机的利用率相

应有所降低。

4.4浇注和振捣

钢纤维混凝土在浇注时，不得有明显的浇注接头。每次倒料必须相压15～

20cm，使钢纤维混凝土保持整体连续性。同时，钢纤维混凝土的浇注必须连续进

行。因使用插入式振动棒插入钢纤维混凝土进行振捣，会使钢纤维朝振动着的振

动棒聚集，产生集束效应，为确保钢纤维的二维分布，宜使用平板振动器振捣成

型。当采用振捣棒时，为保证边角混凝土密实，应使钢纤维纵向条状集束排列有

利于抵抗板体收缩应力、温度应力及荷载的传递。振捣好的混凝土表面应抹平，

将外露的钢纤维压入混凝土中，以防止露出表面的纤维锈蚀或刺人。

4.5成型

钢纤维混凝土具有粗骨料细、砂率大、纤维乱向分布的特点，因此钢纤维

混凝土路面宜采用真空吸水工艺，机械抹平以防止钢纤维外露。采用压纹机压纹

工艺以避免拉毛产生纤维外露现象。拆模后对纤维外露或漏振时，应及时处理。

4.6接缝施工

钢纤维混凝土的收缩性小、抗裂性能好。有条件封闭交通的施工路段，采

用混凝土摊铺机可做成整幅式，不设纵缝。钢纤维浇筑养生达设计强度50%后切

锯缩缝。

5结束语

现如今钢纤维混凝土已经广泛应用于桥梁、道路路面等工程中,且取得的社

会效益与经济效益十分显著。钢纤维混凝土本身所具有的抗拉强度、抗冲击性能

与抗裂性能十分优越,将其应用于路桥建设中能够保证桥梁结构与道路路面的使

用功能正常稳定。相信随着钢纤维基础理论与生产技术的不断发展,钢纤维混凝

土在路桥建设施工中的应用也会越来越广。