風沙干燥地區無砟道床纖維混凝土抗裂性能研究

許彥輝

摘 要：在風沙干燥地區無砟道床纖維混凝土抗裂技術難題的研究中，混凝土的抗裂性能與結構設計、混凝土的配比及具體施工技術都有相關性，我們在具體實踐中，對風沙干燥地區無砟道床纖維混凝土抗裂的控制技術展開現場工程應用試驗，實踐結果表明，我們采用的方式基本達到了干燥地區無砟道床纖維混凝土抗裂性能技術指標的要求。

關鍵詞：纖維混凝土 抗裂技術 抗裂縫 無砟道床

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

我國黃河以北地區氣候干燥，多風少雨，降雨量少，且蒸發量大，多數地區為典型干旱多風氣候，極端風速達18 m/s，天數超過150 d，近年我國加速內地基礎設施投入，基本建設投入連年增加，正以巨大投資進行著空前規模的基礎設施建設，混凝土材料的性能直接影響各種工程的建設質量。混凝土材料的優劣引發的工程質量問題極為普遍，已引起許多研究者和一線作業者的高度重視，在實際施工過程中，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設施工程質量的保證，如何預防纖維混凝土開裂，是保證工程質量的關鍵。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）組成的復合材料的統稱，普通混凝土的主要缺點是：抗拉強度低、極限延伸率小，加入抗裂纖維后，混凝土凝固后抗拉強度高，收縮率低，可以克服普通混凝土的一些缺點。

該文主要從無砟道床纖維混凝土結構設計、混凝土配比、具體施工措施等角度介紹在這些地區施工道床時加入纖維防止混凝土產生裂縫的技術，對在干旱多風沙地區修建高等級道路時使用纖維混凝土有一定的參考價值。

1 通常發生無砟道床混凝土裂縫的狀況

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

在實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）不規則裂縫。

這些裂紋直接影響到工程整體質量，影響工程使用壽命。

2 防止裂縫措施

極度干燥和風沙變化不定導致混凝土內部水分蒸發過快，是混凝土產生裂縫的主要原因，這對混凝土的結構設計、配比、澆筑振搗及養護都提出了新要求，因此要根據這些具體情況研究對策。

首先要從道床結構上找些突破口，把連續式的道路長塊中設計添加伸縮縫，緩解漲裂力的釋放。其次是在混凝土中加入適當比例防裂纖維，增強混凝土的預應力，采用多種形式的綜合措施預防裂縫的產生。

目前世界上已經被普遍認可的是抗裂增強纖維，產品主要有：聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚酯纖維、聚丙烯網狀纖維、鍍銅微絲鋼纖維、銑削型鋼纖維、端鉤鋼纖維、有機仿鋼纖維、木質纖維等，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、保證道床結構穩固

整體道床板因預應力的作用，容易產生裂紋，積極采用小模塊化軌道床，每單元采用19.5 m的長度，塊與塊之間設計有30 mm的伸縮縫，以代替一體的整塊化結構，伸縮縫用聚乙烯塑料泡沫板填充或采用樹脂嵌縫膠封閉。實踐證明，采用小模塊形式構件，容易杜絕因底座板、路基支撐層應力導致的混凝土裂縫產生，易于提高工程質量。

2.2 混凝土的配比

2.2.1 優化混凝土配合比

根據以往經驗，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進行優化，是減小混凝土收縮、增強混凝土強度、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攪拌，鋼纖維混凝土投料順序、攪拌方法和攪拌時間應通過現場勻質性試驗確定，其攪拌時間應較普通混凝土適當延長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，應保證鋼纖維的分布均勻性和結構的連續性。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生，同時提高混凝土工程的抗滲透性能、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24%左右，但對混凝土的坍落度影響很大，可以通過調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、運輸、澆筑、振搗、抹面、養護等環節，其中澆筑、振搗、抹面和養護是影響道床板混凝土質量的關鍵環節。

（1）澆筑準備。

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

（2）澆筑過程。

混凝土采用料斗吊運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制式攪拌機，將集料連同纖維一起加入攪拌機，保證纖維攪拌均勻，沿軌枕單向連續澆筑混凝土時，保證混凝土均勻澆灌在模板中，經過振搗后自軌枕一側向另一側自然流動，待混凝土與軌枕底部平口后再向前繼續澆筑，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、漏振和發生趕料現象。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生。

（3）抹面過程。

在振搗之后緊跟著要進行抹面作業，混凝土初凝時應經過3～4次抹面工作，抹面時切忌灑水。另外，針對大風干旱環境道床板混凝土澆筑后表面水分蒸發過快、表面易開裂的情況，混凝土及鋼軌溫度顯著變化的問題，施工時應搭設遮陽防風作業棚，抹面工作可在作業棚下完成。

（4）養生。

在干旱缺水地區，灑水養生很困難，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。成膜型養護劑是一種通過噴灑或涂刷在混凝土表面形成一層連續致密薄膜以阻止水分散失進而達到保濕養護的新型養護材料，具有節水、操作便捷和不受結構部位限制等優點。噴涂成膜型養護劑是解決干旱缺水地區混凝土養護困難的有效方法。

無砟道床混凝土在最后抹面后即可噴涂養護劑，噴涂過程可采用噴涂和滾涂相結合的方式，保證養護劑均勻覆蓋在混凝土表面。在養護劑噴涂完畢后，再采用覆蓋養護方式進行養護，覆蓋養護分為4層多重復合結構，第1層為保水性土工布，第2層為S型散布灑水滴管，第3層為防蒸發塑料布，第4層為保溫、隔熱、防風棉被式篷布。養護期一般不少于28 d。

3 現場應用

無砟軌道試驗段的現場應用試驗在大風干旱環境下采用纖維混凝土及特有的施工工藝進行道床混凝土澆筑，澆筑后7個月觀察到混凝土開裂現象明顯減少，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，現場試驗效果良好。

4 結語

（1）通過結構設計、混凝土配合比和施工工藝等方面的優化，并以澆筑、振搗、養護等環節全程優化控制，可以有效防止干旱多風地區混凝土產生裂隙現象。

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

參考文獻

[1] 李向國.高速鐵路技術[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對措施[J].施工技術，2012，41（5）：77-79，88.

[3] 朱長華，李享濤，工保江，等.內養護對混凝土抗裂性及水化的影響[J].建筑材料學報，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性能的影響[J].硅酸鹽學報，2009，37（5）：855-861.

[5] 詹炳根，丁以兵.超強吸水劑對混凝土早期內部相對濕度的影響[J].合肥工業大學學報：自然科學版，2006，29（9）：1151-1154，1165.