風(fēng)沙干燥地區(qū)無砟道床纖維混凝土抗裂性能研究

許彥輝

摘 要：在風(fēng)沙干燥地區(qū)無砟道床纖維混凝土抗裂技術(shù)難題的研究中，混凝土的抗裂性能與結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土的配比及具體施工技術(shù)都有相關(guān)性，我們在具體實(shí)踐中，對風(fēng)沙干燥地區(qū)無砟道床纖維混凝土抗裂的控制技術(shù)展開現(xiàn)場工程應(yīng)用試驗(yàn)，實(shí)踐結(jié)果表明，我們采用的方式基本達(dá)到了干燥地區(qū)無砟道床纖維混凝土抗裂性能技術(shù)指標(biāo)的要求。

關(guān)鍵詞：纖維混凝土 抗裂技術(shù) 抗裂縫 無砟道床

中圖分類號：U213 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（a）-0042-02

我國黃河以北地區(qū)氣候干燥，多風(fēng)少雨，降雨量少，且蒸發(fā)量大，多數(shù)地區(qū)為典型干旱多風(fēng)氣候，極端風(fēng)速達(dá)18 m/s，天數(shù)超過150 d，近年我國加速內(nèi)地基礎(chǔ)設(shè)施投入，基本建設(shè)投入連年增加，正以巨大投資進(jìn)行著空前規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，混凝土材料的性能直接影響各種工程的建設(shè)質(zhì)量?；炷敛牧系膬?yōu)劣引發(fā)的工程質(zhì)量問題極為普遍，已引起許多研究者和一線作業(yè)者的高度重視，在實(shí)際施工過程中，我們大量使用纖維混凝土，因纖維混凝土具有較好的抗裂性能，這種抗裂性能是大量基礎(chǔ)設(shè)施工程質(zhì)量的保證，如何預(yù)防纖維混凝土開裂，是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵。所謂纖維混凝土就是纖維和水泥基料（水泥石、砂漿或混凝土）組成的復(fù)合材料的統(tǒng)稱，普通混凝土的主要缺點(diǎn)是：抗拉強(qiáng)度低、極限延伸率小，加入抗裂纖維后，混凝土凝固后抗拉強(qiáng)度高，收縮率低，可以克服普通混凝土的一些缺點(diǎn)。

該文主要從無砟道床纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土配比、具體施工措施等角度介紹在這些地區(qū)施工道床時加入纖維防止混凝土產(chǎn)生裂縫的技術(shù)，對在干旱多風(fēng)沙地區(qū)修建高等級道路時使用纖維混凝土有一定的參考價值。

1 通常發(fā)生無砟道床混凝土裂縫的狀況

目前我國對預(yù)制構(gòu)件混凝土強(qiáng)度要求越來越高，如CRTS II型板混凝土一般采用C55混凝土，28 d混凝土抗壓強(qiáng)度要求≥55 MPa。為提高混凝土制件強(qiáng)度就要加大膠凝材料用量、減小水泥顆粒細(xì)度，這無疑會加大混凝土材料自收縮率，對于大塊混凝土預(yù)制件而言其水化放熱量大，溫降后收縮率也加大，構(gòu)件極易出現(xiàn)裂紋，尤其在氣溫干燥、多風(fēng)、溫差大的北方地區(qū)施工現(xiàn)場，混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象更是常見，如何避免混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂紋是該文研究的對象。

在實(shí)踐中常見裂縫類型如圖1所示。

（1）釘邊“八”字形裂縫，一般長3 cm以上。

（2）旁面裂縫和“u”型裂縫。

（3）不規(guī)則裂縫。

這些裂紋直接影響到工程整體質(zhì)量，影響工程使用壽命。

2 防止裂縫措施

極度干燥和風(fēng)沙變化不定導(dǎo)致混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)過快，是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因，這對混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計、配比、澆筑振搗及養(yǎng)護(hù)都提出了新要求，因此要根據(jù)這些具體情況研究對策。

首先要從道床結(jié)構(gòu)上找些突破口，把連續(xù)式的道路長塊中設(shè)計添加伸縮縫，緩解漲裂力的釋放。其次是在混凝土中加入適當(dāng)比例防裂纖維，增強(qiáng)混凝土的預(yù)應(yīng)力，采用多種形式的綜合措施預(yù)防裂縫的產(chǎn)生。

目前世界上已經(jīng)被普遍認(rèn)可的是抗裂增強(qiáng)纖維，產(chǎn)品主要有：聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚酯纖維、聚丙烯網(wǎng)狀纖維、鍍銅微絲鋼纖維、銑削型鋼纖維、端鉤鋼纖維、有機(jī)仿鋼纖維、木質(zhì)纖維等，無論是聚丙系纖維還是金屬系纖維都有一定的效果。

2.1 加固支承層、保證道床結(jié)構(gòu)穩(wěn)固

整體道床板因預(yù)應(yīng)力的作用，容易產(chǎn)生裂紋，積極采用小模塊化軌道床，每單元采用19.5 m的長度，塊與塊之間設(shè)計有30 mm的伸縮縫，以代替一體的整塊化結(jié)構(gòu)，伸縮縫用聚乙烯塑料泡沫板填充或采用樹脂嵌縫膠封閉。實(shí)踐證明，采用小模塊形式構(gòu)件，容易杜絕因底座板、路基支撐層應(yīng)力導(dǎo)致的混凝土裂縫產(chǎn)生，易于提高工程質(zhì)量。

2.2 混凝土的配比

2.2.1 優(yōu)化混凝土配合比

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，新建工程混凝土配制時，從混凝土材料方面對混凝土配合比參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，是減小混凝土收縮、增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度、提高抗裂性能的通用措施。在混凝土配比中加入鋼纖維時，為了保證鋼纖維發(fā)揮效率，首先要保證纖維均勻地與集料混合，宜采用帶有布料裝置的纖維混凝土專用攪拌機(jī)攪拌，鋼纖維混凝土投料順序、攪拌方法和攪拌時間應(yīng)通過現(xiàn)場勻質(zhì)性試驗(yàn)確定，其攪拌時間應(yīng)較普通混凝土適當(dāng)延長1～2 min。金屬纖維摻入率p=1.5%，施工中可采用摻用聚羧酸系高性能減水劑，摻量為膠凝材料的1.0%左右，可取得30%以上的減水率，砂率控制在50%～60%之間，應(yīng)保證鋼纖維的分布均勻性和結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。加入聚丙烯纖維（又稱工程纖維抗裂纖維），可以明顯地阻止混凝土裂縫的產(chǎn)生，同時提高混凝土工程的抗?jié)B透性能、抗凍融性能及抗沖擊、抗折、抗疲勞、抗震性能。聚丙烯纖維可以降低混凝土澆筑后3 d的收縮，摻量為1.2 kg/m3時的減縮率最大可達(dá)24%左右，但對混凝土的坍落度影響很大，可以通過調(diào)整漿集比滿足混凝土的坍落度要求。在加入纖維過程時，混合料要干拌30 s左右，加入水后，再濕拌120 s左右，使纖維充分分散、均勻地存在于混凝土中。由于聚丙烯纖維在降低混凝土收縮開裂方面的優(yōu)異性能及混凝土成本方面的考慮，工程施工中大多使用聚丙烯纖維。

2.2.2 混凝土施工澆筑過程

道床加纖維混凝土施工過程包括混凝土攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗、抹面、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)，其中澆筑、振搗、抹面和養(yǎng)護(hù)是影響道床板混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（1）澆筑準(zhǔn)備。

在準(zhǔn)備澆筑時，提前2 h采用高壓霧化水對底座、軌枕等進(jìn)行噴水加濕，使之保持潮濕狀態(tài)，避免有積水，混凝土的溫度、坍落度等指標(biāo)要在正常指標(biāo)段。

（2）澆筑過程。

混凝土采用料斗吊運(yùn)入模組合方式澆筑或采用混凝土泵車通過泵送方式澆筑。在攪拌過程中必須使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，將集料連同纖維一起加入攪拌機(jī)，保證纖維攪拌均勻，沿軌枕單向連續(xù)澆筑混凝土?xí)r，保證混凝土均勻澆灌在模板中，經(jīng)過振搗后自軌枕一側(cè)向另一側(cè)自然流動，待混凝土與軌枕底部平口后再向前繼續(xù)澆筑，避免“回頭澆筑”，振搗時要避免振搗棒碰觸模具擋板、支撐架等，要避免過振、漏振和發(fā)生趕料現(xiàn)象。澆筑后如有混凝土散落在軌枕上不要用水沖洗，可用毛刷彈去。實(shí)際測量表明：普通混凝土成型后72 h時總收縮為1 540×10-6，而摻入抗裂纖維材料混凝土呈現(xiàn)先膨脹后小幅收縮趨勢，72 h時總收縮僅為207×10-6，早期收縮率比為13.4%，有效地控制了裂縫的產(chǎn)生。

（3）抹面過程。

在振搗之后緊跟著要進(jìn)行抹面作業(yè)，混凝土初凝時應(yīng)經(jīng)過3～4次抹面工作，抹面時切忌灑水。另外，針對大風(fēng)干旱環(huán)境道床板混凝土澆筑后表面水分蒸發(fā)過快、表面易開裂的情況，混凝土及鋼軌溫度顯著變化的問題，施工時應(yīng)搭設(shè)遮陽防風(fēng)作業(yè)棚，抹面工作可在作業(yè)棚下完成。

（4）養(yǎng)生。

在干旱缺水地區(qū)，灑水養(yǎng)生很困難，同時新鮮道床板混凝土還面臨“灑水早易起皮，灑水晚易開裂”的問題。成膜型養(yǎng)護(hù)劑是一種通過噴灑或涂刷在混凝土表面形成一層連續(xù)致密薄膜以阻止水分散失進(jìn)而達(dá)到保濕養(yǎng)護(hù)的新型養(yǎng)護(hù)材料，具有節(jié)水、操作便捷和不受結(jié)構(gòu)部位限制等優(yōu)點(diǎn)。噴涂成膜型養(yǎng)護(hù)劑是解決干旱缺水地區(qū)混凝土養(yǎng)護(hù)困難的有效方法。

無砟道床混凝土在最后抹面后即可噴涂養(yǎng)護(hù)劑，噴涂過程可采用噴涂和滾涂相結(jié)合的方式，保證養(yǎng)護(hù)劑均勻覆蓋在混凝土表面。在養(yǎng)護(hù)劑噴涂完畢后，再采用覆蓋養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，覆蓋養(yǎng)護(hù)分為4層多重復(fù)合結(jié)構(gòu)，第1層為保水性土工布，第2層為S型散布灑水滴管，第3層為防蒸發(fā)塑料布，第4層為保溫、隔熱、防風(fēng)棉被式篷布。養(yǎng)護(hù)期一般不少于28 d。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

無砟軌道試驗(yàn)段的現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)在大風(fēng)干旱環(huán)境下采用纖維混凝土及特有的施工工藝進(jìn)行道床混凝土澆筑，澆筑后7個月觀察到混凝土開裂現(xiàn)象明顯減少，與未加纖維前相比，未加纖維的開裂明顯，更多裂縫寬度>0.2 mm；而采用纖維混凝土優(yōu)化配合比后，纖維混凝土澆筑后7個月觀察，混凝土開裂程度顯著降低，軌枕八字角開裂比例僅為2.5%，裂縫寬度<0.2 mm，現(xiàn)場試驗(yàn)效果良好。

4 結(jié)語

（1）通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土配合比和施工工藝等方面的優(yōu)化，并以澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)全程優(yōu)化控制，可以有效防止干旱多風(fēng)地區(qū)混凝土產(chǎn)生裂隙現(xiàn)象。

（2）添加纖維的混凝土可以明顯增強(qiáng)混凝土抗裂性能，裂縫長度、裂縫寬度、裂縫面積均明顯減小，適用于風(fēng)沙干燥地區(qū)無砟道床混凝土施工。

參考文獻(xiàn)

[1] 李向國.高速鐵路技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[2] 朱長華，王保江，裘智輝，等.CRTSΙ型無砟軌道道床板裂縫成因分析及應(yīng)對措施[J].施工技術(shù)，2012，41（5）：77-79，88.

[3] 朱長華，李享濤，工保江，等.內(nèi)養(yǎng)護(hù)對混凝土抗裂性及水化的影響[J].建筑材料學(xué)報，2013，16（2）：221-225.

[4] 孔祥明，李啟宏.高吸水性樹脂對水泥砂漿體積收縮及力學(xué)性能的影響[J].硅酸鹽學(xué)報，2009，37（5）：855-861.

[5] 詹炳根，丁以兵.超強(qiáng)吸水劑對混凝土早期內(nèi)部相對濕度的影響[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，29（9）：1151-1154，1165.