常州某地下工程中纖維素纖維混凝土的質量控制措施分析

2014-04-16 11:52:46倪建新

科技視界 2014年13期

倪建新

（上海建工四建集團第六工程公司，中國上海 201103）

1 工程概況

常州市客運中心及綜合配套系統工程是集既有火車站、城鐵常州站、長途客運站（旅游巴士樞紐）、軌道交通1號線車站、公交樞紐站（含BRT支線）、社會停車場、出租車停靠站等多種交通功能以及商業、商務辦公于一體的現代化大型綜合交通樞紐。工程項目位于火車站北側，東至規劃道路四，南至滬寧城際鐵路線，西至規劃道路三，北至規劃站前路。地面總建筑面積106450m2，地下總建筑面積83670m2，工程項目2009年3月開工，2010年5月竣工。

工程名稱：常州市客運中心及綜合配套系統工程地下配套工程

建設單位：滬寧城際鐵路常州站北廣場項目辦

設計單位：上海市隧道工程軌道交通設計研究院

勘察單位：常州市規劃院

監理單位：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

混凝土材料供應單位：常州材料供應有限公司

綜合交通樞紐地下結構工程往往混凝土體量較大，一般由頂板、中板、底板、連續墻與內襯墻幾部分組成，這幾部分在厚度方向上的尺寸遠遠小于另外兩個方向的尺寸，一般被稱為大面積混凝土板結構。相對于上部結構而言，地下工程埋置深度大，一次澆筑面積大，在巖土介質環境中混凝土所受應力狀態復雜，并且承受城市地下水及地質條件等多種因素的影響，存在著諸多技術難題[1-3]。

本項目采用優化的材料配比、科學的檢測手段，對摻加纖維素纖維的混凝土墻板、底板在施工過程中的特性進行分析，制定出合理的施工措施，確保纖維水泥基復合材料應用于實際工程的有效性。

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。它是植物失去生長機能的細胞，其組成的主要成分是葡萄糖大分子鏈構成的纖維素，分子式為(C6H10O5)n。纖維素纖維一直是紡織品和衛生用品的重要原材料，隨著制備工藝和技術的不斷改進，新型、再生纖維素纖維也有著越來越廣泛的應用，其工藝過程簡單，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量控制措施

纖維素纖維能有效阻止混凝土收縮裂縫的發生，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力集中，可使混凝土或砂漿因干縮引起的拉應力消弱或消除，阻止微裂縫的發生和擴展[4-5]。但實際施工過程中需針對纖維素纖維混凝土的特性制定合理的施工質量保證措施，才能有效的發揮纖維素纖維的抗裂性能。

在施工前會同設計、施工、材供等各方，共同制定施工各環節的質量控制與質量保證措施以及相應的施工技術條例，對混凝土裂縫的防治首先從預防上做好第一步工作。

（1）現場施工工藝控制

現場施工工藝控制措施主要包括纖維混凝土的攪拌、振搗、出機溫度控制、澆筑溫度控制、混凝土養護、防風和回填等內容，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，這需要監控混凝土攪拌和運輸的全過程，保證能有充分的時間使纖維與混凝土混合。

普通混凝土在攪拌站的攪拌時間為30s，按此時間攪拌完成后取樣測試分散度發現，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程

后將攪拌站攪拌時間增加到1min，考慮混凝土運輸過程為1小時，在混凝土澆筑之前，對纖維混凝土取樣，現場試驗如圖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

纖維混凝土的攪拌控制程序：摻入量控制→攪拌時間控制→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

對澆筑后的混凝土進行二次振搗，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的裂縫，減小內部微裂，增加混凝土密實度，使混凝土的抗壓強度提高10%-20%左右，從而提高抗裂性。

混凝土二次振搗的恰當時間是指混凝土經振搗后還能恢復到塑性狀態的時間，一般稱為振動界限，在實際工程應做實驗確定。由于采用二次振搗的最佳時間與水泥的品種、水灰比、坍落度、氣溫和振搗條件等有關：同時在確定二次振搗時間時，既要考慮技術上的合理，又要滿足分層澆筑、循環周期的安排，在操作時間上要留有余地，避免由于這些失誤而造成“冷接頭”等質量問題。

因為施工過程中氣候條件和混凝土品種變化較大，現場施工過程中對混凝土的坍落度進行測試，以坍落度值間接判定混凝土初凝時間（特別是初凝前l h的時間）。根據施工的經驗，以混凝土坍落度達到30～50 mm時作為進行混凝土二次振搗的時間。此時，將運行著的振動棒以其自重插入混凝土中進行振搗，混凝土仍可恢復塑性，當振動棒小心地拔出后，混凝土能自行閉合，而不會留下孔穴。

3）混凝土出機溫度的控制

為降低大體積混凝土總溫升和減小結構的內外溫差，控制出機溫度是很重要的。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，對混凝土的出機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。

針對以上的情況，在施工中為了降低混凝土的出機溫度，采取了有效的方法降低石子的溫度。在氣溫較高時，為了防止太陽的直接照射，在砂、石子堆場搭設簡易遮陽裝置，溫度過高時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

混凝土從攪拌機出料后，經過運輸、泵送、澆筑、振搗等工序后的溫度稱為混凝土的澆筑溫度。由于澆筑溫度過高會引起較大的干縮，因此應適當地限制混凝土的澆筑溫度。現場施工時，混凝土澆筑前要求對混凝土的溫度進行測試，要求混凝土的最高澆筑溫度控制在40℃以下。

（2）混凝土的養護

地下室底板和外墻澆筑以后，加強對混凝土進行保濕和保溫養護。保濕養護是在混凝土澆筑后，在其表面不斷的補給水分。現場一般補給水分的方法有淋水、濕砂層、濕麻袋或草袋等。

本項目依托工程中，底板采用蓄水養護的方法，墻板采用帶模養護、推遲拆模時間的方法進行養護。同時要求混凝土澆筑后數月內，養護完畢，也不能長期直接暴露在風吹日曬的條件下，拆模部分的外墻即時進行防水施工。在冬季施工中，采取保溫養護時，采用2～3層草袋或草墊之類的保溫材料進行覆蓋養護。

（3）防風和回填

外部氣候也是影響混凝土裂縫發生和開展的因素之一，其中風速對混凝土的水分蒸發有直接影響，不可忽視。在地下室外墻混凝土施工中要求對門洞進行封閉，減少對流，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行回填。

3 纖維素纖維混凝土施工效果分析

實際施工中，分別留置了部分底板和墻板澆筑了不含纖維的混凝土，用于對比觀測，評價纖維混凝土的工作效果。現場監測了摻加纖維素纖維混凝土的底板及墻板的應力應變隨時間的變化情況。對澆筑完成的各種混凝土定期進行裂縫外觀形態、分布描述，裂縫寬度檢測，從而研究裂縫的動態變化過程（圖4）。試驗監測對象包括摻加纖維素纖維的混凝土結構和未摻入纖維素纖維的混凝土結構。