伸縮縫混凝土的設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

上海建工材料工程有限公司 上海 200086

昆山市中環(huán)快速化改造工程由東線黃浦江路、南線G312、西線江浦路、北線S339組成，全長(zhǎng)約44.2 km，全線主要為高架形式。2014年4月，快速化工程高架部分進(jìn)入最后階段，伸縮縫混凝土已開始陸續(xù)澆筑。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，高架部分伸縮縫采用C50鋼纖維混凝土，針對(duì)設(shè)計(jì)要求，從原材料的采用、配合比的設(shè)計(jì)以及鋼纖維混凝土的現(xiàn)場(chǎng)澆筑和后期養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行了分析和跟蹤，力求滿足工程對(duì)伸縮縫的要求。

伸縮縫的作用主要是為了防止溫度的變化引起路面結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮過大而造成破壞，防止梁體位移過大而引起的地震危害，簡(jiǎn)單的說就是一個(gè)緩沖位移的裝置[1]。

1 原材料的選擇

1.1 水泥選擇

采用江蘇金峰水泥集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5水泥。經(jīng)過長(zhǎng)期對(duì)該品種水泥的跟蹤，其各項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)比較穩(wěn)定，易于工程質(zhì)量的控制。其物理性能如表1所示。

1.2 骨料選擇

細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)為2.4～2.7潔凈的Ⅱ區(qū)中砂，粗骨料選用5～25 mm連續(xù)級(jí)配碎石。其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足交通工程JTG/T F50—2011相關(guān)規(guī)定。

1.3 外摻料的選擇

考慮到工程的實(shí)際情況，在保證工程質(zhì)量的情況下，摻用一定量的礦粉，降低混凝土的水化熱，減少早期出現(xiàn)

表1 P.O 42.5水泥物理性能

裂縫的可能性，并能提高混凝土后期的強(qiáng)度。選用質(zhì)量比較穩(wěn)定的上海寶田新型建材有限公司生產(chǎn)的S95級(jí)礦粉，其各項(xiàng)指標(biāo)如表2所示。

表2 S95級(jí)礦粉參數(shù)

1.4 外加劑的選擇

采用上海麥斯特建工高科技建筑化工有限公司生產(chǎn)的高效減水劑RH1100，其砂漿減水率維持在16%以上，在實(shí)際使用過程中，通過和生產(chǎn)廠家密切的溝通，隨著季節(jié)的變化，對(duì)外加劑的性能進(jìn)行微調(diào)，在凝結(jié)時(shí)間等方面得到了很好的保證。

1.5 鋼纖維的選擇

工程采用壓痕型鋼纖維，壓痕型鋼纖維是由冷軋鋼帶經(jīng)分帶、剪切而制成，抗拉強(qiáng)度大于600 MPa，能夠均勻分布于混凝土中的剪切型鋼纖維。壓痕型鋼纖維性能優(yōu)良，與水泥基體材料有良好的黏結(jié)性能，不僅能有效減少混凝土因塑性收縮、干燥收縮、溫度變化等原因引起的微裂縫的擴(kuò)展，亦可阻滯宏觀裂縫的形成和發(fā)展。從而明顯改善了纖維混凝土的抗裂、抗拉、抗剪、抗彎、抗沖磨、抗疲勞等性能，同時(shí)提高了斷裂韌性、抗震抗爆及裂后延性等多項(xiàng)性能。

鋼纖維的質(zhì)量對(duì)工程的質(zhì)量是很關(guān)鍵的，因此加強(qiáng)了對(duì)進(jìn)場(chǎng)鋼纖維的檢測(cè)。一是對(duì)其尺寸形狀的檢驗(yàn)，鋼纖維的長(zhǎng)徑比偏差不超過10%，根據(jù)實(shí)測(cè)平均長(zhǎng)度及實(shí)測(cè)平均直徑或等效直徑求得的長(zhǎng)徑比平均值偏差滿足要求，鋼纖維的形狀合格率不小于90%。二是對(duì)鋼纖維的抗拉強(qiáng)度檢驗(yàn)，鋼纖維的抗拉強(qiáng)度不得低于600 MPa。以每批隨機(jī)抽樣10 根進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)得的平均值不得低于規(guī)定值，單根不得低于規(guī)定值的90%。三是對(duì)鋼纖維的彎折性能檢驗(yàn)，鋼纖維應(yīng)能經(jīng)受沿φ3 mm鋼棒彎折90°不斷，以每批隨機(jī)抽樣10 根，每根沿φ3 mm鋼棒的圓周用手工彎折90°一次，至少有9 根未斷裂。四是對(duì)所含雜質(zhì)的檢驗(yàn)。鋼纖維表面不得有油污，不得鍍有有害物質(zhì)和其他影響鋼纖維與混凝土黏接的雜質(zhì)或土層。鋼纖維內(nèi)含有的因加工不良造成的黏接片、表面嚴(yán)重銹蝕的鋼纖維、鐵銹粉及雜質(zhì)的總質(zhì)量不得超過鋼纖維總質(zhì)量的3%。檢測(cè)合格的鋼纖維方可運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)[2]。

2 配合比的選擇及驗(yàn)證

昆山中環(huán)快速化工程伸縮縫的設(shè)計(jì)要求為C50鋼纖維，借鑒工程前期C50箱梁混凝土在工程中的成功應(yīng)用，確定了伸縮縫混凝土的基準(zhǔn)配合比，并對(duì)該混凝土進(jìn)行了驗(yàn)證。確定的基本配合比如表3所示[3]。

表3 C50混凝土配合比

確定伸縮縫混凝土配合比后，由攪拌站內(nèi)部和工地試驗(yàn)室分別進(jìn)行了試配，檢測(cè)配合比的各項(xiàng)指標(biāo)如表4所示。

表4 C50混凝土主要指標(biāo)

2 次試配的結(jié)果都比較好，滿足了設(shè)計(jì)的要求，為此確定了伸縮縫最終的配合比。

3 工程中的實(shí)際應(yīng)用

在確定了伸縮縫的配合比后，工程于2014年4月1日和4月2日，選擇在312國(guó)道與臺(tái)虹路交界處進(jìn)行了伸縮縫混凝土的澆筑。

3.1 混凝土澆筑前的準(zhǔn)備工作

在混凝土澆筑前，工程隊(duì)已按設(shè)計(jì)的要求對(duì)伸縮縫部位進(jìn)行了切縫、開槽、型鋼安裝等工作，對(duì)槽內(nèi)垃圾進(jìn)行清理并用水沖洗，經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后通知拌站發(fā)料。

拌站在接到發(fā)料通知前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求將原材料上到指定的筒倉(cāng)內(nèi)，做好對(duì)骨料含水率的檢測(cè)，將檢測(cè)合格的鋼纖維運(yùn)至混凝土攪拌現(xiàn)場(chǎng)，將配合比輸入電腦并進(jìn)行核對(duì)。待接到發(fā)料通知后，再次核對(duì)配合比和含水率后進(jìn)行發(fā)料，出機(jī)后測(cè)定坍落度。

混凝土運(yùn)至工地在40 min左右，待攪拌車到指定地點(diǎn)后，進(jìn)行高速正轉(zhuǎn)10 min左右，使筒體內(nèi)鋼纖維分布均勻，并測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)坍落度。檢測(cè)合格后進(jìn)行混凝土澆筑。

3.2 混凝土澆筑

伸縮縫的安裝過程中，其混凝土澆筑工作是非常關(guān)鍵的工序之一。嚴(yán)格掌握混凝土的振搗關(guān)，尤其是在伸縮縫型鋼旁和多縫的位移箱旁，須保證混凝土澆筑的密實(shí)度。

在施工過程中，為保證伸縮縫的整體性，采用一次性澆筑的工藝；為保證密實(shí)度，采用兩側(cè)同步振搗的方法，直至出漿、不再有氣泡為止，特別是一些死角的地方，振搗密實(shí)后應(yīng)將表面抹平，使平整度控制在相關(guān)要求內(nèi)。

3.3 養(yǎng)護(hù)

混凝土澆搗后，之所以能逐漸凝結(jié)硬化，主要是因?yàn)樗嗨饔玫慕Y(jié)果，而水化作用需要適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件。因此為了保證混凝土有適宜的硬化條件，使其強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，必須加強(qiáng)對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或者養(yǎng)護(hù)不到位，會(huì)造成混凝土中水分蒸發(fā)過快，形成脫水現(xiàn)象，從而會(huì)在混凝土表面出現(xiàn)片狀或粉狀脫落。此外，在混凝土尚未具備足夠的強(qiáng)度時(shí)，水分過早的蒸發(fā)還會(huì)產(chǎn)生較大的收縮變形，出現(xiàn)干縮裂紋，影響混凝土的耐久性和整體性。所以混凝土澆筑后初期階段的養(yǎng)護(hù)非常重要，混凝土終凝后應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

結(jié)合工程的實(shí)際情況，待混凝土初凝后在混凝土表面覆蓋土工織物或麻袋，并進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面的濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d。養(yǎng)護(hù)期間嚴(yán)禁車輛和人員通行，確保混凝土的質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)工程要求對(duì)鋼纖維混凝土按照規(guī)范要求進(jìn)行了相關(guān)的檢測(cè)。2 次澆筑過程中對(duì)一些技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了跟蹤，數(shù)據(jù)如表5所示。

工程中選用的壓痕型鋼纖維，在實(shí)際的使用過程中充分體現(xiàn)了其性能和特點(diǎn)：

1）良好的分散性能。壓痕型鋼纖維摻入混凝土中，不結(jié)團(tuán)，易施工。

表5 2 次澆筑中主要技術(shù)參數(shù)

2）黏結(jié)強(qiáng)度高。鋼纖維的壓痕形外觀，使得鋼纖維與混凝土之間有較高的黏結(jié)力。

3）優(yōu)良的韌性。超過95%的鋼纖維能經(jīng)受沿φ3 mm鋼棒彎折90°一次不斷。

4）提高抗裂性能。壓痕型鋼纖維在混凝土內(nèi)部形成均勻亂向分布，能有效阻止混凝土內(nèi)原生裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展；防止骨料的離析，減少泌水，消除或減少塑性收縮裂縫的形成，并抑制宏觀裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。

5）減少收縮與徐變。壓痕型鋼纖維的約束作用可以消除或減少收縮裂縫。持續(xù)荷載下鋼纖維混凝土的受壓徐變與同條件下的普通混凝土相比均有降低。

6）同普通混凝土/砂漿相比，在壓痕型鋼纖維體積摻量為1%～2%時(shí)，混凝土的抗拉強(qiáng)度可提高50%～100%，抗壓強(qiáng)度可提高10%～25%，彎拉強(qiáng)度可提高40%～60%，抗剪強(qiáng)度可提高40%～80%。

7）提高抗沖擊性能。均勻分布在混凝土內(nèi)的壓痕型鋼纖維，能有效約束裂縫的擴(kuò)展，使得鋼纖維混凝土抗沖擊能力較普通混凝土提高幾倍到數(shù)十倍。

8）綜合效益良好。部分取代鋼筋、減薄混凝土厚度、加大伸縮縫間距、縮短施工周期、提高工程質(zhì)量、降低工程維修費(fèi)用、延長(zhǎng)工程服役壽命[4]。