钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的应用.pdf

2024 年第 2 期97中国高新科技ROAD TRAFFIC|道路交通钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的应用李得杰广西桂商实业投资有限公司，广西 南宁 530201摘要：钢纤维混凝土技术近年来在道路桥梁施工领域备受关注。文章介绍了钢纤维混凝土的特点，通过详细研究钢纤维混凝土的施工要求和配比，可确保在道路桥梁施工中取得最佳性能，并深入探讨钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的多方面应用，包括桥面铺装、桥墩结构加固、隧道和边坡防护等。结果表明，钢纤维混凝土技术在改善道路桥梁工程质量方面能够发挥重要作用。关键词：道路桥梁施工；钢纤维混凝土技术；应用文献标识码：A中图分类号：U415文章编号：2096-4137（2024）02-97-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.02.28Application of steel fiber reinforced concrete technology in road and bridge constructionLI DejieGuangxi Guishang Industrial Investment Co.,Ltd.,Nanning 530201,ChinaAbstract:Steel fiber reinforced concrete technology has received much attention in the field of road and bridge construction in recent years.The article introduces the characteristics of steel fiber reinforced concrete.By studying the construction requirements and proportions of steel fiber reinforced concrete in detail,it can ensure the best performance in road and bridge construction.It also delves into the various applications of steel fiber reinforced concrete technology in road and bridge construction,including bridge deck paving,pier structure reinforcement,tunnel and slope protection,etc.The results indicate that steel fiber reinforced concrete technology can play an important role in improving the quality of road and bridge engineering.Keywords:road and bridge construction;steel fiber reinforced concrete technology;application在现代基础设施建设中，道路和桥梁是国家的重要命脉，其质量和耐久性直接影响人们的生活质量和社会经济发展。为了提高道路和桥梁性能，工程师们一直在寻求创新的建筑材料和技术。其中，钢纤维混凝土成为一个备受关注的材料，其综合了混凝土的传统特性和钢纤维的增强效果。本文旨在探讨钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的广泛应用。1钢纤维混凝土概述1.1钢纤维混凝土概念钢纤维混凝土是一种由普通混凝土与微细的钢纤维组合而成的复合材料。这些钢纤维呈现不同形状，包括切断型、剪切型和铣削型，每种都具有独特的特性和应用。钢纤维混凝土通过将这些微小的钢纤维均匀分散到混凝土矩阵中，提高了混凝土的抗拉强度、抗裂性能和抗冲击能力。这种技术旨在克服传统混凝土受力时容易出现脆性破坏的问题，使结构更加耐久和可靠。不同类型的钢纤维在混凝土中具有不同的作用，切断型钢纤维有助于增加抗拉强度，剪切型钢纤维（见图 1）提高了混凝土的延展性和韧性，铣削型钢纤维通过特殊的工艺制备，提供了更高的抗拉强度和尺寸精度。图1剪切型钢纤维1.2钢纤维混凝土特点相比于传统普通的混凝土结构，钢纤维混凝土以其独特优势脱颖而出。（1）强度较高。钢纤维混凝土因其内部的钢纤维增强而具有卓越的抗拉强度。这意味着它能够更好地承受外部负荷和力量，使其在支持大型结构或面对高负荷的场景中作用特别突出。其强度体现在应对静态荷载和动态荷载工况下，如地震或交通负载。这使得钢纤维混凝土成为构建耐久性高、抗弯曲和抗拉伸性能优越的结构的理想选择。（2）抗裂性好。混凝土通常在受到不同温度、湿度和荷载变化的作用下会发生收缩和膨胀，可能导致裂缝形成。然而，钢纤维混凝土能够有效减缓和控制裂缝的扩展，从而提高了结构的耐久性。这对于长期使用和维护成本较高的工程项目非常重要，可有效减少维修工作和维护费用。（3）抗外界冲击能力强。钢纤维混凝土内部的钢纤维增加了混凝土的韧性，使其能够吸收和分散冲击力，减少结构的破坏风险，提高了结构的可靠性和安全性。该特性使钢纤维混凝土成为地板、桥梁、机场跑道等需要承受外界冲击和振动的结构的理想选择。2钢纤维混凝土的施工要求及配比2.1钢纤维混凝土路面施工的要求在钢纤维混凝土路面施工中，配合比设计应根据工程需求和施工条件确定，着重考虑抗压强度、韧性和耐久性等主控指标。同时，还需要综合考虑混凝土的工作性能，包括流动性、坍落度和泵送性等因素。在搅拌阶段，应使用强制 2024 年第 2 期98中国高新科技道路交通|ROAD TRAFFIC式搅拌机，确保钢纤维充分分散和均匀分布，以避免结团、缠绕和沉降等现象。通常，钢纤维的掺入量按体积一般为 1.0%2.0%，或按重量计混凝土中掺 70 100kg/m 左右的钢纤维。此外，钢纤维的长度应在 25 60mm 范围内，直径为0.251.25mm，最佳长度与直径比值在50700之间。在运输过程中，应采用密闭式搅拌车或泵送，以避免水分蒸发和钢纤维的飞散。运输时间应尽量缩短，不得超过规范规定的时间限制。而且，施工阶段要采用连续不间断的方式进行浇筑，确保路面平整及接缝紧密。浇筑时，应使用插入式振动棒进行密实，同时注意防止振损和分层。浇筑完成后，需及时进行抹平、切缝和养护等后期处理，以确保路面的最终质量和性能。这些要求的严格遵守有助于保障钢纤维混凝土路面的耐久性和可靠性，降低维护成本，提供安全可靠的道路结构。2.2钢纤维混凝土原材料的配比2.2.1水泥的选择要求水泥的选择对钢纤维混凝土性能的选择至关重要。建议在选择水泥时优先考虑高性能水泥，如高强度水泥或硅酸盐水泥。这些类型的水泥具有更高的抗压强度，通常要求水泥的抗压强度达到 50MPa 或更高，以确保混凝土的结构强度。此举有助于提高混凝土的整体抗压性能，延长结构的使用寿命，常用水泥如表 1 所示。表1常见水泥优缺点类型优点缺点适用性普通硅酸盐水泥通用性强 抗压强度相对较低一般建筑、地基、小型结构高强度水泥抗压强度较高初期硬化时间较短大型建筑、基础设施、桥梁高性能混凝土水泥抗渗性、抗裂性和耐久性强成本较高高强度、高耐久性要求的结构，如地下工程、海岸工程膨胀剂水泥具有膨胀性抗压强度较低防渗、修复、地下建筑2.2.2 选择外掺剂和水的要求外掺剂例如粉煤灰、硅灰可以改善钢纤维混凝土的性能。外掺剂的使用有多重好处，包括降低水泥用量、改善混凝土的流动性，减缓温度升高速率等，有助于降低裂缝风险。一般来说，外掺剂的掺入量应在 20%30%之间，可根据工程需要进行调整。同时，水的选择使用必须清洁、无杂质，以避免混凝土中的化学反应或腐蚀问题。水的用量应控制在18kg/m，以确保混凝土的坍落度和流动性满足工程要求。2.2.3钢纤维混凝土施工技术的配合比要求在施工技术方面，要确保钢纤维的均匀分散和适当的含量。通常钢纤维掺入量应按体积，一般为 1.0%2.0%或按重量计混凝土中掺 70 100kg/m3的钢纤维，可确保混凝土的强度和韧性满足工程需求。在搅拌阶段，建议采用强制式搅拌机，以确保钢纤维的充分分散和均匀分布，避免结团、缠绕和沉降等问题。此外，混凝土的流动性和坍落度也应符合工程需求，一般坍落度在 180 220mm 之间，以满足不同施工需求。这些要求和措施的实施有助于确保钢纤维混凝土在不同工程项目中获得最佳性能，提高结构的强度和耐久性。3道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用3.1桥面铺装桥面铺装在道路桥梁施工中占据重要地位，它需要承受各种静载和动载荷。钢纤维混凝土技术的应用为桥面铺装提供了卓越的性能。钢纤维混凝土具有高抗压强度，可轻松应对交通荷载和载重车辆的振动，确保桥面的耐久性。此外，钢纤维混凝土的抗裂性能出色，能够有效减少温度变化和水分引起的裂缝，从而延长桥梁的使用寿命。而且，其卓越的耐磨性能可减轻路面磨损，桥面的排水性能也能得到改善，可减少积水和防止滑行事故的发生。3.2桥墩及桩结构加固在桥梁结构中，桥墩和桩起着支撑和承载的关键作用。为了确保桥梁的稳定和安全，有时需要对桥墩和桩进行加固。钢纤维混凝土技术为这一过程提供了有效的解决方案。钢纤维混凝土在桥墩和桩结构中提供了卓越的强度和抗压性能，增强了结构的稳定性，其抗裂性能可有效减少裂缝的出现，延长结构的寿命。这对于提高桥梁的安全性和可靠性至关重要。同时，钢纤维混凝土的施工便捷，可以节省时间和成本，减少对交通的干扰。因此，钢纤维混凝土技术在桥墩和桩结构加固中的应用有助于提高结构的稳定性和耐久性，确保桥梁的安全性。3.3隧道和边坡防护在道路桥梁施工中，隧道和边坡防护至关重要，特别是在复杂地理条件的地区。隧道中的钢纤维混凝土可提供卓越的抗火性能。由于隧道环境可能面临火灾风险，采用具有良好抗火性的钢纤维混凝土可有效延缓火势蔓延，为疏散人员和扑救火源提供更多时间。此外，隧道中的钢纤维混凝土还能抵御车辆引发的碰撞，提供更强的抗冲击性，减轻事故带来的损害。边坡防护中的钢纤维混凝土可增强土壤的稳定性。钢纤维的掺入可有效减少土壤侵蚀和滑坡的风险，特别是在陡峭的边坡上。这有助于保护周围的环境和道路设施，降低维护和修复成本。（下转第101页）2024 年第 2 期101中国高新科技ELECTRONIC INFORMATION|电子信息抑制 TVS 二极管模型中，数据手册参数范围、建模仿真结果、实测数据结果之间虽在击穿电压参数方面存在些许差异，但整体差异较小，仍可表述为基本吻合，可进一步结合分段式线性模型讨论集成电路瞬态干扰信号防护设计。设施安全测试范围最大电压值被称为最大钳位电压，而在芯片防护设计过程中，主要借助最大钳位电压用于判断 TVS 二极管的防护能力。为防止出现降级风险或器件损坏现象，在分析最大钳位电压参数时，应设置一定裕度，而对于本次所研究的 TVS二极管型号，其仿真电压值与实测电压值均低于最大钳位电压，故上述所提及的仿真电压值与实测电压值之间存在的偏差不会影响集成电路瞬态安全电压，按照上述思路展开防护设计、芯片选型不会造成瞬态干扰风险。4芯片分段线性模型协同防护设计方法在具体防护设计期间，应协同上述所提及的分段线性模型、等效电路 TVS 二极管模型，通过两种模型的协同应用而确保集成电路芯片可受到 TVS 二极管最大限度的保护，以此不仅降低静电放电瞬态干扰对集成电路芯片的负面影响，还可在一定程度上降低集成电路芯片防护设计成本，并提高设计效率。依托于协同防护模型进行迭代仿真分析，选取 13V最大钳位电压、SM-DJ13A 型号二极管作为集成电路芯片（CD4001BE 型号芯片）的防护器件，用于防护 CD4001BE型号集成电路芯片的“输入到地”回路。深入验证后发现，当瞬态电压达到 16.8V 时，集成电路芯片二极管会进入防护状态，对“输入到地”回路产生保护。当瞬态电流、瞬态电压分别达到 1.78A、16.8V 时，二极管则进入反向漏电区，而此时集成电路芯片在 TVS 二极管的保护下仍可正常运行，处于稳定状态。将瞬态电流、瞬态电压分别提升至 11A、17.1V时，二极管进入击穿后偏置区，在二极管防护下，集成电路芯片（CD4001BE 型号芯片）仍处于被保护状态，未受到瞬态干扰信号的影响。5结语综上所述，在本次芯片协同防护设计研究中，结合 I-V曲线数据搭建了分段式线性模型，用于仿真完成芯片传输线脉冲 TLP 测试，进一步衔接等效电路，搭建了 TVS 二极管模型，用于了解TVS二极管模型对集成电路芯片的防护效果，在此基础上将两个模型进行协同运用，最终高质量完成了芯片协同防护设计。作者简介：王大伟（1984-），男，山东临沂人，北京智芯微电子科技有限公司中级工程师，研究方向：安全用电及电力芯片应用。参考文献1 付路，阎照文，刘玉竹，等.芯片传导瞬态电磁干扰下的防护特性研究 J.安全与电磁兼容，2022（4）：38-42，66.2 冯希昆.面向 RS485 串行通信接口芯片的静电浪涌防护设计 D.无锡：江南大学，2022.3 向凡，杭丽，季睿，等.一种用于数模混合 DC/DC全芯片 ESD 防护技术 J.环境技术，2021（S1）：87-92.4 成周杰.双界面卡芯片静电放电防护设计研究 D.北京：中国科学院大学（中国科学院大学人工智能学院），2020.（责任编辑：周羿廷）3.4防冻和路面修复在寒冷气候条件下，道路常常面临冰雪和冻融循环的挑战。钢纤维混凝土技术的应用可改善路面的防冻性能和修复过程。钢纤维的添加减少了冻融过程中产生的裂缝和损害，从而降低了维修工作的频率和成本。当路面出现破损时，使用钢纤维混凝土可以迅速填补缺陷，缩短交通中断的时间，提高道路的可靠性。在防冻和路面修复方面，它为道路提供了更好的保护。这些优势使其成为现代道路建设和维护的重要选择，有助于确保道路的顺畅、可靠和安全。4结语本文深入探讨了钢纤维混凝土技术在道路桥梁施工中的多重应用。通过了解钢纤维混凝土的特点，以及其在不同工程环境中的要求和配比，为道路桥梁工程的建设提供了新的视角。结合其优越的性能和多功能性，钢纤维混凝土不仅提供了更持久更安全的道路桥梁结构，还有助于降低维护成本和减少对环境的不良影响。作者简介：李得杰（1999-），男，甘肃张掖人，广西桂商实业投资有限公司助理工程师，研究方向：公路工程。参考文献1 廖福君.市政道路桥梁设计中的安全性和耐久设计J.工程建设标准化，2015（3）：112.2 赵俊生.钢纤维混凝土材料在旧混凝土路面修补工程中的应用 J.科技风，2010（3）：158.3 赵敏.一种橡胶-钢纤维混凝土组合板及其制作方法J.橡胶工业，2020，67（7）：533.4 孟玉梅.公路桥梁施工中钢纤维混凝土技术的应用探究 J.黑龙江交通科技，2011，34（8）：154.5 刘振英，赵如愿，李双丞，等.道路桥梁施工中钢纤维混凝土技术应用研究 J.交通世界（上旬刊），2017（34）：128-129.（责任编辑：周羿廷）（上接第98页）