常州某地下工程中纖維素纖維混凝土的質(zhì)量控制措施分析

倪建新

（上海建工四建集團(tuán) 第六工程公司，中國(guó) 上海 201103）

1 工程概況

常州市客運(yùn)中心及綜合配套系統(tǒng)工程是集既有火車站、城鐵常州站、長(zhǎng)途客運(yùn)站（旅游巴士樞紐）、軌道交通1號(hào)線車站、公交樞紐站（含BRT支線）、社會(huì)停車場(chǎng)、出租車?？空镜榷喾N交通功能以及商業(yè)、商務(wù)辦公于一體的現(xiàn)代化大型綜合交通樞紐。工程項(xiàng)目位于火車站北側(cè)，東至規(guī)劃道路四，南至滬寧城際鐵路線，西至規(guī)劃道路三，北至規(guī)劃站前路。地面總建筑面積106450m2，地下總建筑面積83670m2，工程項(xiàng)目2009年3月開工，2010年5月竣工。

工程名稱：常州市客運(yùn)中心及綜合配套系統(tǒng)工程地下配套工程

建設(shè)單位：滬寧城際鐵路常州站北廣場(chǎng)項(xiàng)目辦

設(shè)計(jì)單位：上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院

勘察單位：常州市規(guī)劃院

監(jiān)理單位：浙江江南工程管理股份有限公司

施工總承包單位：上海市第四建筑有限公司

混凝土材料供應(yīng)單位：常州材料供應(yīng)有限公司

綜合交通樞紐地下結(jié)構(gòu)工程往往混凝土體量較大，一般由頂板、中板、底板、連續(xù)墻與內(nèi)襯墻幾部分組成，這幾部分在厚度方向上的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于另外兩個(gè)方向的尺寸，一般被稱為大面積混凝土板結(jié)構(gòu)。相對(duì)于上部結(jié)構(gòu)而言，地下工程埋置深度大，一次澆筑面積大，在巖土介質(zhì)環(huán)境中混凝土所受應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，并且承受城市地下水及地質(zhì)條件等多種因素的影響，存在著諸多技術(shù)難題[1-3]。

本項(xiàng)目采用優(yōu)化的材料配比、科學(xué)的檢測(cè)手段，對(duì)摻加纖維素纖維的混凝土墻板、底板在施工過(guò)程中的特性進(jìn)行分析，制定出合理的施工措施，確保纖維水泥基復(fù)合材料應(yīng)用于實(shí)際工程的有效性。

纖維素（Cellulose）纖維是一種有別于合成纖維、礦物纖維的植物纖維。它是植物失去生長(zhǎng)機(jī)能的細(xì)胞，其組成的主要成分是葡萄糖大分子鏈構(gòu)成的纖維素，分子式為(C6H10O5)n。纖維素纖維一直是紡織品和衛(wèi)生用品的重要原材料，隨著制備工藝和技術(shù)的不斷改進(jìn)，新型、再生纖維素纖維也有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低，圖1為一種市售纖維素纖維。

圖1 纖維素纖維

本項(xiàng)目混凝土所摻纖維類型為纖維素纖維，摻加纖維比例為0.9kg/m3。

2 纖維素纖維混凝土施工質(zhì)量控制措施

纖維素纖維能有效阻止混凝土收縮裂縫的發(fā)生，因纖維素纖維本身具有的特性，加入混凝土中后，水的浸泡和外力作用下，形成大量均勻分布的細(xì)小纖維，可有效阻止混凝土塑性收縮、干縮和溫度變化而引起裂縫的發(fā)生，提高混凝土的耐久性。纖維素纖維在混凝土中呈三維立體分布，可有效的降低微裂尖端的應(yīng)力集中，可使混凝土或砂漿因干縮引起的拉應(yīng)力消弱或消除，阻止微裂縫的發(fā)生和擴(kuò)展[4-5]。但實(shí)際施工過(guò)程中需針對(duì)纖維素纖維混凝土的特性制定合理的施工質(zhì)量保證措施，才能有效的發(fā)揮纖維素纖維的抗裂性能。

在施工前會(huì)同設(shè)計(jì)、施工、材供等各方，共同制定施工各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制與質(zhì)量保證措施以及相應(yīng)的施工技術(shù)條例，對(duì)混凝土裂縫的防治首先從預(yù)防上做好第一步工作。

（1）現(xiàn)場(chǎng)施工工藝控制

現(xiàn)場(chǎng)施工工藝控制措施主要包括纖維混凝土的攪拌、振搗、出機(jī)溫度控制、澆筑溫度控制、混凝土養(yǎng)護(hù)、防風(fēng)和回填等內(nèi)容，具體如下：

1）纖維混凝土的攪拌

混凝土加入纖維后，在澆筑前需保證纖維能均勻地分散在混凝土中，這需要監(jiān)控混凝土攪拌和運(yùn)輸?shù)娜^(guò)程，保證能有充分的時(shí)間使纖維與混凝土混合。

普通混凝土在攪拌站的攪拌時(shí)間為30s，按此時(shí)間攪拌完成后取樣測(cè)試分散度發(fā)現(xiàn)，少量纖維未完全分散，如圖2。

圖2 纖維素纖維混凝土攪拌站攪拌控制過(guò)程

后將攪拌站攪拌時(shí)間增加到1min，考慮混凝土運(yùn)輸過(guò)程為1小時(shí)，在混凝土澆筑之前，對(duì)纖維混凝土取樣，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)如圖3，可見纖維在混凝土中分散性較好，分部均勻。

圖3 混凝土澆筑前纖維素纖維分散性檢測(cè)

纖維混凝土的攪拌控制程序：摻入量控制→攪拌時(shí)間控制→混凝土澆筑前纖維分散度控制→纖維混凝土輸送

2）混凝土的振搗

對(duì)澆筑后的混凝土進(jìn)行二次振搗，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，減小內(nèi)部微裂，增加混凝土密實(shí)度，使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高10%-20%左右，從而提高抗裂性。

混凝土二次振搗的恰當(dāng)時(shí)間是指混凝土經(jīng)振搗后還能恢復(fù)到塑性狀態(tài)的時(shí)間，一般稱為振動(dòng)界限，在實(shí)際工程應(yīng)做實(shí)驗(yàn)確定。由于采用二次振搗的最佳時(shí)間與水泥的品種、水灰比、坍落度、氣溫和振搗條件等有關(guān)：同時(shí)在確定二次振搗時(shí)間時(shí)，既要考慮技術(shù)上的合理，又要滿足分層澆筑、循環(huán)周期的安排，在操作時(shí)間上要留有余地，避免由于這些失誤而造成“冷接頭”等質(zhì)量問(wèn)題。

因?yàn)槭┕み^(guò)程中氣候條件和混凝土品種變化較大，現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中對(duì)混凝土的坍落度進(jìn)行測(cè)試，以坍落度值間接判定混凝土初凝時(shí)間（特別是初凝前l(fā) h的時(shí)間）。根據(jù)施工的經(jīng)驗(yàn)，以混凝土坍落度達(dá)到30～50 mm時(shí)作為進(jìn)行混凝土二次振搗的時(shí)間。此時(shí)，將運(yùn)行著的振動(dòng)棒以其自重插入混凝土中進(jìn)行振搗，混凝土仍可恢復(fù)塑性，當(dāng)振動(dòng)棒小心地拔出后，混凝土能自行閉合，而不會(huì)留下孔穴。

3）混凝土出機(jī)溫度的控制

為降低大體積混凝土總溫升和減小結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差，控制出機(jī)溫度是很重要的。在混凝土的原材料中，石子的比熱較小，但其在每立方米混凝土中所占的重量較大；水的比熱最大，但它在混凝土中占的重量卻最小。因此，對(duì)混凝土的出機(jī)溫度影響最大的是石子和水的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響較小。

針對(duì)以上的情況，在施工中為了降低混凝土的出機(jī)溫度，采取了有效的方法降低石子的溫度。在氣溫較高時(shí)，為了防止太陽(yáng)的直接照射，在砂、石子堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽(yáng)裝置，溫度過(guò)高時(shí)向骨料噴射水霧或使用前用冷水沖洗骨料。

4）混凝土澆筑溫度的控制

混凝土從攪拌機(jī)出料后，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、泵送、澆筑、振搗等工序后的溫度稱為混凝土的澆筑溫度。由于澆筑溫度過(guò)高會(huì)引起較大的干縮，因此應(yīng)適當(dāng)?shù)叵拗苹炷恋臐仓囟取，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，混凝土澆筑前要求對(duì)混凝土的溫度進(jìn)行測(cè)試，要求混凝土的最高澆筑溫度控制在40℃以下。

（2）混凝土的養(yǎng)護(hù)

地下室底板和外墻澆筑以后，加強(qiáng)對(duì)混凝土進(jìn)行保濕和保溫養(yǎng)護(hù)。保濕養(yǎng)護(hù)是在混凝土澆筑后，在其表面不斷的補(bǔ)給水分?，F(xiàn)場(chǎng)一般補(bǔ)給水分的方法有淋水、濕砂層、濕麻袋或草袋等。

本項(xiàng)目依托工程中，底板采用蓄水養(yǎng)護(hù)的方法，墻板采用帶模養(yǎng)護(hù)、推遲拆模時(shí)間的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。同時(shí)要求混凝土澆筑后數(shù)月內(nèi)，養(yǎng)護(hù)完畢，也不能長(zhǎng)期直接暴露在風(fēng)吹日曬的條件下，拆模部分的外墻即時(shí)進(jìn)行防水施工。在冬季施工中，采取保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)，采用2～3層草袋或草墊之類的保溫材料進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)。

（3）防風(fēng)和回填

外部氣候也是影響混凝土裂縫發(fā)生和開展的因素之一，其中風(fēng)速對(duì)混凝土的水分蒸發(fā)有直接影響，不可忽視。在地下室外墻混凝土施工中要求對(duì)門洞進(jìn)行封閉，減少對(duì)流，地下室外墻混凝土施工完畢后在條件允許的情況下立刻進(jìn)行回填。

3 纖維素纖維混凝土施工效果分析

實(shí)際施工中，分別留置了部分底板和墻板澆筑了不含纖維的混凝土，用于對(duì)比觀測(cè)，評(píng)價(jià)纖維混凝土的工作效果?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)了摻加纖維素纖維混凝土的底板及墻板的應(yīng)力應(yīng)變隨時(shí)間的變化情況。對(duì)澆筑完成的各種混凝土定期進(jìn)行裂縫外觀形態(tài)、分布描述，裂縫寬度檢測(cè)，從而研究裂縫的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程（圖4）。試驗(yàn)監(jiān)測(cè)對(duì)象包括摻加纖維素纖維的混凝土結(jié)構(gòu)和未摻入纖維素纖維的混凝土結(jié)構(gòu)。

圖4 墻板裂縫

底板在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)中未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。墻板裂縫觀測(cè)的部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1和表2?？梢娢磽郊永w維的混凝土裂縫寬度普遍比摻加纖維素纖維的混凝土裂縫寬數(shù)倍。說(shuō)明纖維素纖維可有效阻止混凝土塑性收縮、干縮和溫度變化而引起裂縫的發(fā)生，提高混凝土的耐久性。

同時(shí)，對(duì)比相同的墻板面積發(fā)現(xiàn)，纖維素纖維可大大降低混凝土的裂縫數(shù)量。部分墻板的裂縫分布見圖5和圖6。

從上可見，合理的施工質(zhì)量控制措施，確保纖維發(fā)揮了抗裂效果。

圖5 某纖維素纖維墻板裂縫分布

圖6 無(wú)纖維墻板裂縫分布

表1 纖維素纖維墻板裂縫寬度（單位：mm）

表2 無(wú)纖維墻板裂縫寬度（單位：mm）

通過(guò)檢測(cè)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)的分析，對(duì)摻加纖維及未摻加纖維的混凝土在現(xiàn)場(chǎng)條件下的工作性能有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。主要有以下幾點(diǎn)：

（1）各塊底板均未產(chǎn)生明顯的開裂現(xiàn)象，混凝土經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)后，最終的受力狀態(tài)基本相似。未發(fā)現(xiàn)明顯差異。

（2）墻板方面，即摻加纖維素纖維的墻板抗裂、阻裂性能佳，而不摻加纖維的墻板抗裂、阻裂性能最差。

4 小結(jié)

（1）在纖維混凝土的施工過(guò)程中，應(yīng)采取針對(duì)性的施工措施，對(duì)混凝土的攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗以及養(yǎng)護(hù)程序進(jìn)行全過(guò)程動(dòng)態(tài)管理，預(yù)防工后裂縫出現(xiàn)，提高纖維的抗裂效果。

（2）對(duì)底板混凝土的檢測(cè)和分析表明，底板由于特殊的結(jié)構(gòu)約束以及地基約束特點(diǎn)，摻加抗裂纖維對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂、阻裂工作特性影響不大。

（3）綜合墻板檢測(cè)結(jié)果表明，纖維的存在會(huì)降低混凝土中裂縫的寬度，大量減少裂縫的數(shù)量。

［1］燕蘭,邢永明,郝貟洪.混雜纖維增強(qiáng)高性能混凝土(HFHPC)高溫力學(xué)性能及微觀分析[J].混凝土,2012(01).

［2］劉澤軍,李艷,梁興文.高性能PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的彎曲行為[J].玻璃鋼/復(fù)合材料,2011(04).

［3］王海超,劉校源.較高韌性混雜纖維混凝土彎曲抗拉性能試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品,2011(04).

［4］肖永新,唐小虎.纖維素纖維混凝土抗裂性能簡(jiǎn)析[J].甘肅科技,2013(23):129-131.

［5］劉利生,韓美清,王森鶴,黎明細(xì).纖維素纖維混凝土在建筑工程中的應(yīng)用研究[J].鐵道建筑,2013,(08):142-145.