常州某地下工程中纤维素纤维混凝土的质量控制措施分析

2014-04-16倪建新

科技视界 2014年13期

倪建新

（上海建工四建集团第六工程公司，中国上海 201103）

1 工程概况

常州市客运中心及综合配套系统工程是集既有火车站、城铁常州站、长途客运站（旅游巴士枢纽）、轨道交通1号线车站、公交枢纽站（含BRT支线）、社会停车场、出租车停靠站等多种交通功能以及商业、商务办公于一体的现代化大型综合交通枢纽。工程项目位于火车站北侧，东至规划道路四，南至沪宁城际铁路线，西至规划道路三，北至规划站前路。地面总建筑面积106450m2，地下总建筑面积83670m2，工程项目2009年3月开工，2010年5月竣工。

工程名称：常州市客运中心及综合配套系统工程地下配套工程

建设单位：沪宁城际铁路常州站北广场项目办

设计单位：上海市隧道工程轨道交通设计研究院

勘察单位：常州市规划院

监理单位：浙江江南工程管理股份有限公司

施工总承包单位：上海市第四建筑有限公司

混凝土材料供应单位：常州材料供应有限公司

综合交通枢纽地下结构工程往往混凝土体量较大，一般由顶板、中板、底板、连续墙与内衬墙几部分组成，这几部分在厚度方向上的尺寸远远小于另外两个方向的尺寸，一般被称为大面积混凝土板结构。相对于上部结构而言，地下工程埋置深度大，一次浇筑面积大，在岩土介质环境中混凝土所受应力状态复杂，并且承受城市地下水及地质条件等多种因素的影响，存在着诸多技术难题[1-3]。

本项目采用优化的材料配比、科学的检测手段，对掺加纤维素纤维的混凝土墙板、底板在施工过程中的特性进行分析，制定出合理的施工措施，确保纤维水泥基复合材料应用于实际工程的有效性。

纤维素（Cellulose）纤维是一种有别于合成纤维、矿物纤维的植物纤维。它是植物失去生长机能的细胞，其组成的主要成分是葡萄糖大分子链构成的纤维素，分子式为(C6H10O5)n。纤维素纤维一直是纺织品和卫生用品的重要原材料，随着制备工艺和技术的不断改进，新型、再生纤维素纤维也有着越来越广泛的应用，其工艺过程简单，成本低，图1为一种市售纤维素纤维。

图1 纤维素纤维

本项目混凝土所掺纤维类型为纤维素纤维，掺加纤维比例为0.9kg/m3。

2 纤维素纤维混凝土施工质量控制措施

纤维素纤维能有效阻止混凝土收缩裂缝的发生，因纤维素纤维本身具有的特性，加入混凝土中后，水的浸泡和外力作用下，形成大量均匀分布的细小纤维，可有效阻止混凝土塑性收缩、干缩和温度变化而引起裂缝的发生，提高混凝土的耐久性。纤维素纤维在混凝土中呈三维立体分布，可有效的降低微裂尖端的应力集中，可使混凝土或砂浆因干缩引起的拉应力消弱或消除，阻止微裂缝的发生和扩展[4-5]。但实际施工过程中需针对纤维素纤维混凝土的特性制定合理的施工质量保证措施，才能有效的发挥纤维素纤维的抗裂性能。

在施工前会同设计、施工、材供等各方，共同制定施工各环节的质量控制与质量保证措施以及相应的施工技术条例，对混凝土裂缝的防治首先从预防上做好第一步工作。

（1）现场施工工艺控制

现场施工工艺控制措施主要包括纤维混凝土的搅拌、振捣、出机温度控制、浇筑温度控制、混凝土养护、防风和回填等内容，具体如下：

1）纤维混凝土的搅拌

混凝土加入纤维后，在浇筑前需保证纤维能均匀地分散在混凝土中，这需要监控混凝土搅拌和运输的全过程，保证能有充分的时间使纤维与混凝土混合。

普通混凝土在搅拌站的搅拌时间为30s，按此时间搅拌完成后取样测试分散度发现，少量纤维未完全分散，如图2。

图2 纤维素纤维混凝土搅拌站搅拌控制过程

后将搅拌站搅拌时间增加到1min，考虑混凝土运输过程为1小时，在混凝土浇筑之前，对纤维混凝土取样，现场试验如图3，可见纤维在混凝土中分散性较好，分部均匀。

图3 混凝土浇筑前纤维素纤维分散性检测

纤维混凝土的搅拌控制程序：掺入量控制→搅拌时间控制→混凝土浇筑前纤维分散度控制→纤维混凝土输送

2）混凝土的振捣

对浇筑后的混凝土进行二次振捣，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，减小内部微裂，增加混凝土密实度，使混凝土的抗压强度提高10%-20%左右，从而提高抗裂性。

混凝土二次振捣的恰当时间是指混凝土经振捣后还能恢复到塑性状态的时间，一般称为振动界限，在实际工程应做实验确定。由于采用二次振捣的最佳时间与水泥的品种、水灰比、坍落度、气温和振捣条件等有关：同时在确定二次振捣时间时，既要考虑技术上的合理，又要满足分层浇筑、循环周期的安排，在操作时间上要留有余地，避免由于这些失误而造成“冷接头”等质量问题。

因为施工过程中气候条件和混凝土品种变化较大，现场施工过程中对混凝土的坍落度进行测试，以坍落度值间接判定混凝土初凝时间（特别是初凝前l h的时间）。根据施工的经验，以混凝土坍落度达到30～50 mm时作为进行混凝土二次振捣的时间。此时，将运行着的振动棒以其自重插入混凝土中进行振捣，混凝土仍可恢复塑性，当振动棒小心地拔出后，混凝土能自行闭合，而不会留下孔穴。

3）混凝土出机温度的控制

为降低大体积混凝土总温升和减小结构的内外温差，控制出机温度是很重要的。在混凝土的原材料中，石子的比热较小，但其在每立方米混凝土中所占的重量较大；水的比热最大，但它在混凝土中占的重量却最小。因此，对混凝土的出机温度影响最大的是石子和水的温度，砂的温度次之，水泥的温度影响较小。

针对以上的情况，在施工中为了降低混凝土的出机温度，采取了有效的方法降低石子的温度。在气温较高时，为了防止太阳的直接照射，在砂、石子堆场搭设简易遮阳装置，温度过高时向骨料喷射水雾或使用前用冷水冲洗骨料。

4）混凝土浇筑温度的控制

混凝土从搅拌机出料后，经过运输、泵送、浇筑、振捣等工序后的温度称为混凝土的浇筑温度。由于浇筑温度过高会引起较大的干缩，因此应适当地限制混凝土的浇筑温度。现场施工时，混凝土浇筑前要求对混凝土的温度进行测试，要求混凝土的最高浇筑温度控制在40℃以下。

（2）混凝土的养护

地下室底板和外墙浇筑以后，加强对混凝土进行保湿和保温养护。保湿养护是在混凝土浇筑后，在其表面不断的补给水分。现场一般补给水分的方法有淋水、湿砂层、湿麻袋或草袋等。

本项目依托工程中，底板采用蓄水养护的方法，墙板采用带模养护、推迟拆模时间的方法进行养护。同时要求混凝土浇筑后数月内，养护完毕，也不能长期直接暴露在风吹日晒的条件下，拆模部分的外墙即时进行防水施工。在冬季施工中，采取保温养护时，采用2～3层草袋或草垫之类的保温材料进行覆盖养护。

（3）防风和回填

外部气候也是影响混凝土裂缝发生和开展的因素之一，其中风速对混凝土的水分蒸发有直接影响，不可忽视。在地下室外墙混凝土施工中要求对门洞进行封闭，减少对流，地下室外墙混凝土施工完毕后在条件允许的情况下立刻进行回填。

3 纤维素纤维混凝土施工效果分析

实际施工中，分别留置了部分底板和墙板浇筑了不含纤维的混凝土，用于对比观测，评价纤维混凝土的工作效果。现场监测了掺加纤维素纤维混凝土的底板及墙板的应力应变随时间的变化情况。对浇筑完成的各种混凝土定期进行裂缝外观形态、分布描述，裂缝宽度检测，从而研究裂缝的动态变化过程（图4）。试验监测对象包括掺加纤维素纤维的混凝土结构和未掺入纤维素纤维的混凝土结构。