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路桥施工中钢纤维砼技术的应用探析

添加时间:2019-03-04 11:20

  摘    要: 路桥施工是现代社会建设的基础性内容, 因部分路桥工程建设地点较为特殊、要求严格, 常规材料和工艺渐渐难以满足实际需要。基于此, 本文以现代钢纤维砼技术作为对象, 以其在路桥施工中的运用条件和价值作为切入点, 给予简述, 再以此为基础, 论述其运用的具体方法, 包括路桥面中的运用方法、灌注桩中的运用方法等。以期通过分析明晰理论, 为后续路桥建设工程提供必要参考。

  关键词: 钢纤维砼技术; 路桥施工; 路桥面; 灌注桩;

  0 前言

  钢纤维 (Steel fiber) 是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比 (纤维长度与其直径比值) 为40~80的纤维。以钢纤维替代传统钢材支撑的混凝土, 被称为钢纤维砼。与普通混凝土相比, 钢纤维砼的强度、适用性、耐腐蚀性等性能更理想, 这也为其广泛应用提供了基础。就钢纤维砼在路桥施工中的运用进行分析, 有助于该材料积极作用的进一步发挥。

  1 钢纤维砼技术在路桥施工中的运用条件和价值

  1.1 运用条件

  与普通钢筋混凝土相似, 钢纤维砼能够满足大部分路桥工程建设要求, 其优势则在于能够在常规应用的情况下, 适应一些特殊环境。如我国北方寒冷地区, 存在冻土、低温特点, 普通混凝土道路、桥梁结构面临冻裂风险。应用钢纤维砼技术则能够应对这一问题, 加强道路抗冻方面的能力。同时, 钢纤维均匀排布的态势, 也能维稳路面结构的热平衡, 进一步提升路桥的性能。在早期从事钢纤维砼研究的德国, 应用截面钢纤维混凝土的道路, 有助于发挥其优势。总体来看, 由于截面钢纤维混凝土增加了道路路面厚度, 即便交通压力较大的路、桥设施, 也能长期保证工作性能, 免去反复维护的麻烦, 目前德国、美国等国家均在尝试将截面钢纤维混凝土运用于一些压力较大的路段[1]。

  1.2 运用价值

  钢纤维砼的主要运用价值体现在两个方面, 一是提升了混凝土的基本性能, 二是保证了砼结构的总体质量。钢纤维砼的抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度、韧性、冲击韧性等指标较普通混凝土均有所提升。抗压强度提升约在2%-20%之间, 拉伸强度提升在3%-14%之间, 抗弯强度的提升在6%-13%之间, 其他性能也存在不同程度的改善, 这一变化主要受到钢纤维用量、排布等方面的影响。砼结构质量的优化, 影响路桥的使用寿命和运维工作。德国学者发现, 应用钢纤维砼, 路面使用寿命可提升15%-20%、运维周期延长4.6个月, 这也是其最初得到重视和运用的基本原因。
 

路桥施工中钢纤维砼技术的应用探析
 

  2 钢纤维砼技术在路桥施工中的运用方法

  2.1 路桥面中的钢纤维砼技术运用

  路桥面中钢纤维砼技术的运用最为广泛, 混凝土路面的基本优势是具有较为理想的刚度, 满足大型车辆、较大压力路桥的建设需要, 应用钢纤维砼, 这一优势得到了进一步的加强。一般要求在应用前计算道路和桥梁的通行标准, 从而确定钢纤维砼的抗压强度, 其计算公式为:

  式1中, fftk代表理想抗压强度数值, ftk代表道路对钢纤维砼的要求值, αt为抗压强度的影响系数 (?表示该系数为非固定系数, 需实测获取) , ρf代表砼材料中钢纤维的占比 (体积占比) , lf代表钢纤维材料的平均长度, df代表钢纤维材料的平均半径, lf/2df为钢纤维材料的长度和直径之比。计算结果即可投入到道路路面的建设中, 提升路面抗压强度和综合性能。

  2.2 灌注桩中钢纤维砼技术运用

  路桥建设往往面临软土环境, 在软土环境下进行施工, 需要建设灌注桩进行基底部位的加固。钢纤维砼技术在灌注桩中的运用, 主要考量其弯拉强度, 一般弯拉强度越高, 灌注桩的性能越理想, 路桥工程的质量也越可靠。钢纤维砼弯拉强度的计算公式如下:

  式2中, fftm代表理想弯拉强度数值, fftm代表道路对钢纤维砼的要求值, αtm为弯拉强度的影响系数 (?表示该系数为非固定系数, 需实测获取) , ρf、lf、df、lf/2df的意义不变。在该公式下, 尝试提升灌注桩的性能, 一般方法为增加长径比, 但该增加率存在上限, 主要受到体积率的约束 (不能超过1.0) 。同时由于金属材料面临氧化威胁, 一般应控制弯拉强度处于变动抛物线的顶端附近。

  2.3 桥墩以及其他部位中钢纤维砼技术运用

  桥墩中钢纤维砼技术的运用与灌注桩类似, 其应用的一般过程也与普通混凝土相同。由于桥墩属于承重结构, 长时间应用的情况下, 会产生桥面、桥梁墩台表层剥落的问题, 或是发生板裂缝的损害。合理的利用钢纤维混凝土技术, 能有效确保桥梁结构的整体性, 并促使其满足抗震性方面的标准。要求首先通过BIM技术进行模拟, 了解桥墩的基本承重需要, 之后利用弯拉强度计算公式和抗压强度计算公式, 获取标准值。建设过程中, 混凝土工件制备方式与传统钢筋混凝土无差别, 但要求保证钢纤维的均匀排布, 并严格避免钢纤维外漏、重叠等问题以免出现混凝土构件空洞、蜂窝和腐蚀问题。

  路桥工程中, 钢纤维砼的应用并不是完全模式化的, 很多需要加强刚度的部位, 都可以应用钢纤维砼。如常见的软土基过渡段, 应用垫板进行不均匀沉降的控制时, 可借助钢纤维砼技术提升垫板的抗压强度。垫板的规格保持不变, 但内部钢筋材料均以钢纤维替代, 可提升垫板的抗压强度约10%。此外, 部分建设条件较为特殊的路桥工程, 如存在水流侵蚀的桥梁, 也可以利用钢纤维砼进行强化, 钢纤维砼的耐腐蚀性较普通混凝土更理想, 且基本不存在金属结构外漏问题, 能够应对水流和空气的氧化破坏, 提升桥梁的使用价值。

  3 总结

  综上, 现代路桥施工对材料和施工工艺的要求越发严格, 也客观催生了更多的新技术。钢纤维砼技术能够满足特殊环境下的施工需要, 实现路桥各部分结构物理性能的优化, 这使其得到了广泛的重视和应用。包括路桥面、灌注桩、桥墩等部位, 均可以借助钢纤维砼技术实现强化。在应用钢纤维砼技术时, 需要注意做好测量和计算, 合理确定钢纤维数量, 发挥其价值, 保证路桥工程的质量。

  参考文献:

  [1]贺丽丽, 杨建江, 刘津明等.柔性和刚性纤维砼的断裂性能对比分析[J].四川建筑, 2016, 36 (06) :224-226.