钢纤维混凝土技术在市政路桥工程中的应用

收稿日期：2023-11-13

作者简介：张义江（1978—），男，土家族，贵州遵义人，本科，高级工程师，研究方向：市政工程。

摘 要：对钢纤维混凝土技术进行概述，解释其优势、组成和性能特点以及与传统混凝土的差异，重点探讨钢纤维混凝土技术在市政路桥建设中的应用，详述其施工工艺和注意事项。通过成本效益分析，比较了钢纤维混凝土与传统混凝土的施工成本和运营维护成本，为市政路桥施工技术中的钢纤维混凝土技术研究和应用提供参考和指导。

关键词：市政路桥施工；钢纤维混凝土；混凝土

中图分类号：TU37                                  文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2024）03-0031-03

0 引言

随着城市不断发展，市政路桥面临着更高的使用要求和更复杂的外部环境。近年来，钢纤维混凝土技术逐渐成为市政路桥施工中备受关注的技术之一。钢纤维混凝土作为一种新型材料，通过在混凝土中添加钢纤维，显著改善混凝土的性能，从而弥补传统混凝土的不足。钢纤维能够增加混凝土的拉伸强度，提高抗裂性能，并且能够在混凝土中形成三维均匀分布的增强体系，从而有效地提高混凝土的整体性能。钢纤维混凝土还能增加混凝土的耐久性和抗渗性，缓解裂缝的扩展，从而延长路桥的使用寿命，降低维护成本。

虽然钢纤维混凝土技术具有许多优势，但在市政路桥施工中应用仍然面临一些挑战。想要合理控制钢纤维混凝土的配比和施工工艺，确保其性能稳定和施工质量，需要评估钢纤维混凝土路桥的长期性能和耐久性，分析钢纤维混凝土的成本效益等。

1 钢纤维混凝土技术概述

1.1 钢纤维混凝土的优势

钢纤维混凝土是一种先进的混凝土材料，它在传统混凝土中添加了高强度钢纤维，从而改善了混凝土的性能和力学特性[1]。相较于传统混凝土，钢纤维混凝土具有以下3个显著区别和优势。

首先，钢纤维混凝土在抗拉强度方面表现出色。传统混凝土由于缺乏纤维增强，其抗拉强度较低，容易出现裂缝和断裂现象。而钢纤维混凝土添加了高强度钢纤维，这些钢纤维能够有效吸收和分散外部載荷，使混凝土在拉伸状态下的极限强度得到提升，从而显著提高其抗拉强度和韧性。

其次，钢纤维混凝土具有更好的抗裂性能。在传统混凝土中，温度变化、荷载作用等因素容易导致裂缝的产生和扩展，进而影响混凝土结构的稳定性。而钢纤维混凝土中的钢纤维能够有效地抑制裂缝的扩展，并防止裂缝的形成，从而提高了混凝土的耐久性和抗裂性能。

最后，钢纤维混凝土具有更好的耐久性。钢纤维的存在有助于减缓混凝土的老化，抑制水分渗透和化学腐蚀等因素对混凝土的侵蚀，从而延长了混凝土的使用寿命。

1.2 钢纤维混凝土适用性和应用范围

钢纤维混凝土技术在市政路桥建设中有广泛的适用性，被用于解决传统混凝土在市政路桥建设中所面临的诸多问题，并为工程提供更加可靠的解决方案。

在路面铺设方面，钢纤维混凝土能够有效增强路面的承载能力和耐久性，减少路面的裂缝和变形，提高路面的抗滑性能，从而保障道路交通的安全和畅通。

在桥梁建设中，钢纤维混凝土常用于伸缩缝浇注、加固桥梁墩身和横梁等关键构件，增加其抗震和抗风能力，提高桥梁的整体稳定性和安全性。

钢纤维混凝土技术还被广泛应用于地基加固和抗震设计。通过在地基土中注入钢纤维混凝土，可以提高地基土的抗压强度和抗剪强度，有效防止地基沉降和土体液化现象，从而为路桥工程提供更可靠的地基支撑。

2 钢纤维混凝土的组成和性能

2.1 钢纤维的类型和特性

钢纤维是一种短且细小的钢材颗粒，广泛用于钢纤维混凝土的制备。钢纤维根据形状和特性的不同，可以分为以下3种类型。

2.1.1 直径钢纤维

直径钢纤维是最常见的钢纤维类型，通常直径范围在0.25～1.0 mm。其特点是易于控制混凝土的配合比和增强混凝土的强度和韧性。

2.1.2 形状钢纤维

此类钢纤维的形状可以是钢钩、钢纤维束、钢纤维丝等，通过形状设计使得钢纤维在混凝土中更容易形成三维均匀分布，从而增强了混凝土的抗裂性能。

2.1.3 纤维束钢纤维

纤维束钢纤维是由多个细小钢丝捆绑而成的钢纤维束，其优势在于提供更高的抗拉强度，尤其适用于抗震和抗爆等特殊工程场景。

钢纤维的添加量和长度可以根据混凝土的应用场景和性能要求进行调整。综合考虑钢纤维的类型和特性对其进行调整，能够有效地改善混凝土的性能，提高其整体的强度、耐久性和抗裂性。

2.2 钢纤维混凝土与传统混凝土的对比

与传统混凝土相比，钢纤维混凝土具有明显的优势和差异。以下是钢纤维混凝土与传统混凝土在强度、耐久性和抗裂性方面的对比。

在强度方面，钢纤维混凝土由于添加了钢纤维，其抗拉强度和抗冲击能力明显优于传统混凝土。钢纤维能够有效地吸收和分散外部荷载，提高混凝土在拉伸状态下的承载能力，从而提升混凝土的整体强度。

在耐久性方面，钢纤维混凝土在耐久性方面表现更为出色。钢纤维能够减缓混凝土的老化过程，防止水分和化学物质对混凝土的侵蚀，从而延长混凝土的使用寿命[2]。

在抗裂性方面，钢纤维混凝土具有更好的抗裂性能。钢纤维能够有效地抑制混凝土裂缝的扩展，防止裂缝的形成，从而减少裂缝对混凝土结构的影响，提高混凝土的耐久性。

2.3 实验室测试和现场验证结果的案例分析

许多实验室测试和现场验证已经证实了钢纤维混凝土技术的有效性。通过对不同配比的钢纤维混凝土进行拉伸、抗压、抗裂等性能测试可知，钢纤维混凝土的强度和韧性明显优于传统混凝土。

在现场验证方面，许多市政路桥工程已经采用了钢纤维混凝土技术。例如，在路面铺设中使用钢纤维混凝土，可以显著减少路面的裂缝和变形，增加路面的承载能力。在桥梁建设中应用钢纤维混凝土，可以有效增强桥梁的抗震能力和整体稳定性。这些应用案例验证了钢纤维混凝土技术在市政路桥建设中的实际效果和可行性。

3 市政路桥施工中的钢纤维混凝土应用

3.1 在路面铺设中的应用

钢纤维混凝土在市政路面铺设中广泛应用，有助于提高路面的耐久性和抗裂性能。传统混凝土路面容易因交通荷载、温度变化和地基沉降等因素产生裂缝和变形，影响道路的平整度和使用寿命。而钢纤维混凝土的添加能够有效地抵抗裂缝的扩展，提高混凝土的抗拉强度和韧性，使路面更具耐久性。钢纤维混凝土还可以减少路面的维护和修复频率，降低维护成本，为城市交通的可持续发展作出贡献。

3.2 在桥梁建设中的应用

钢纤维混凝土在桥梁建设中的科学应用，对于提高桥梁的结构强度和抗震性能至关重要。桥梁作为交通枢纽的关键部分，其稳定性和安全性直接关系到城市交通的畅通和居民出行的安全。通过在桥梁墩身和横梁等关键构件中使用钢纤维混凝土，可以增加混凝土的抗拉强度和韧性，有效抵抗裂缝的产生和扩展。钢纤维混凝土还可以提高桥梁的抗震能力，减少地震引起的损坏，增加桥梁的整体稳定性，确保桥梁在地震等极端情况下的安全性。

3.3 在地基加固和抗震设计中的应用

钢纤维混凝土在市政路桥地基加固和抗震设计中发挥着重要作用。地基是支撑路桥结构的基础，地基的稳定性直接影响到路桥的安全和使用寿命。通过在地基土中注入钢纤维混凝土，可以提升地基土的抗压强度和抗剪强度，改善地基的承载能力和稳定性，这对于加固老化地基或增强地基土的抗液化能力非常有效。钢纤维混凝土的使用可以增强建筑物的抗震性能。钢纤维在混凝土中形成均匀分布的增强体系，吸收和分散地震荷载，减少结构的震动位移，保护建筑物的结构完整性，提高抗震能力。

4 施工工艺和注意事项

4.1 钢纤维混凝土的施工步骤和工艺流程

钢纤维混凝土的施工需要按照一定的步骤和工艺流程进行，以确保混凝土的质量和性能。一般施工步骤和工艺流程如下。

4.1.1 准备材料

根据设计要求准备好混凝土所需的材料，包括水泥、骨料、砂子、钢纤维等。

4.1.2 搅拌

将预先准备好的材料送入搅拌机中进行充分搅拌，确保混凝土的成分均匀分布。在搅拌过程中，应根据具体要求控制水灰比和混凝土的配合比，以保证混凝土的强度和工作性能。

4.1.3 添加钢纤维

在搅拌的過程中，逐步添加预先确定的钢纤维，确保钢纤维能够均匀分散在混凝土中。钢纤维的种类、添加量应根据混凝土的设计要求和使用场景进行选择和控制。

4.1.4 浇筑

搅拌好的钢纤维混凝土要迅速浇筑到预定位置，防止混凝土失去流动性。在浇筑过程中，应避免产生过多的空隙和孔洞，以保证混凝土的致密性。

4.1.5 振捣

对浇筑好的混凝土进行振捣，以排除气泡和提高混凝土的密实性。振捣能够让混凝土更好地与钢纤维结合，提高钢纤维混凝土的整体性能。

4.1.6 养护

浇筑和振捣后的钢纤维混凝土需要进行养护，以确保其充分硬化和发挥最佳性能。养护过程中要控制混凝土的温度和湿度，防止过快干燥和龟裂。

4.2 使用钢纤维混凝土时需要注意的问题

在使用钢纤维混凝土时，需要特别注意问题具体内容，见表1。

5 成本效益分析

5.1 钢纤维混凝土施工的成本对比

在考虑钢纤维混凝土的成本对比时，需要综合考虑其施工成本和与传统混凝土的差异。尽管钢纤维混凝土相对传统混凝土可能有较高的材料成本，但在施工过程中也带来了诸多优势，降低了其他方面的成本，如施工周期、劳动力成本和维护成本[3]。

钢纤维混凝土的施工过程相对传统混凝土可能更加简便和高效。添加钢纤维可以减少施工中需要的钢筋数量，简化施工工序，缩短工期，从而降低了施工过程的成本。钢纤维混凝土在施工过程中不需要使用钢筋网或钢筋骨架，这减少了钢筋采购、加工和安装的成本。钢纤维的搅拌和混凝土的浇筑可以通过普通的混凝土搅拌机和泵车完成，无需特殊的设备和技术，也节约了相关设备的投资和降低了维护成本。

5.2 钢纤维混凝土在长期运营中的维护成本和效益

在长期运营中，钢纤维混凝土的维护成本和效益是一个重要的考虑因素。相较于传统混凝土，钢纤维混凝土在长期使用中能够带来以下3个方面的效益。

第一，钢纤维混凝土的抗裂性和耐久性较高，能够减少混凝土表面的裂缝和变形，延长混凝土的使用寿命。这意味着在长期运营中，钢纤维混凝土所需的维护和修复频率较低，从而减少了维护成本。

第二，钢纤维混凝土的抗裂性能和耐久性优势，使其在使用过程中对路面、桥梁等结构的维修成本较低。相比传统混凝土，钢纤维混凝土结构不易出现大面积裂缝和损坏，减少了日常维修和局部修补的成本。

第三，钢纤维混凝土应用在路面铺设和桥梁建设中，能够增加结构的稳定性和承载能力，降低交通事故和桥梁故障的风险，保障交通畅通和安全。这为城市交通的高效运行和经济发展带来显著效益。

6 结束语

钢纤维混凝土技术在市政路桥建设中的应用呈现出巨大的潜力和优势。它相较传统混凝土，具有增强耐久性、提高抗裂性和抗震能力等优点。在市政路桥建设中，钢纤维混凝土广泛应用于路面铺设、桥梁建设以及地基加固和抗震设计等多个领域。尽管施工成本较高，但长期运营中的维护成本相对较低。

为进一步推广和应用该技术，可以不断改进钢纤维类型和特性，加强施工规范和标准，推广示范应用，并收集实际数据和经验。通过持续的技术创新和应用推广，钢纤维混凝土技术将为城市交通基础设施的可持续发展和提升城市交通质量发挥关键作用。

参考文献

[1] 王志平.路桥施工中钢纤维混凝土施工技术[J].全面腐蚀控制，2023，37（5）：61-63.

[2] 周真伟.路桥施工中的钢纤维混凝土技术研究[J].黑龙江交通科技，2022，45（12）：25-27.

[3] 张毅.道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术应用[J].运输经理世界，2021（18）：98-100.