风沙干燥地区无砟道床纤维混凝土抗裂性能研究

许彦辉

摘 要：在风沙干燥地区无砟道床纤维混凝土抗裂技术难题的研究中，混凝土的抗裂性能与结构设计、混凝土的配比及具体施工技术都有相关性，我们在具体实践中，对风沙干燥地区无砟道床纤维混凝土抗裂的控制技术展开现场工程应用试验，实践结果表明，我们采用的方式基本达到了干燥地区无砟道床纤维混凝土抗裂性能技术指标的要求。

关键词：纤维混凝土 抗裂技术 抗裂缝 无砟道床

中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（a）-0042-02

我国黄河以北地区气候干燥，多风少雨，降雨量少，且蒸发量大，多数地区为典型干旱多风气候，极端风速达18 m/s，天数超过150 d，近年我国加速内地基础设施投入，基本建设投入连年增加，正以巨大投资进行着空前规模的基础设施建设，混凝土材料的性能直接影响各种工程的建设质量。混凝土材料的优劣引发的工程质量问题极为普遍，已引起许多研究者和一线作业者的高度重视，在实际施工过程中，我们大量使用纤维混凝土，因纤维混凝土具有较好的抗裂性能，这种抗裂性能是大量基础设施工程质量的保证，如何预防纤维混凝土开裂，是保证工程质量的关键。所谓纤维混凝土就是纤维和水泥基料（水泥石、砂浆或混凝土）组成的复合材料的统称，普通混凝土的主要缺点是：抗拉强度低、极限延伸率小，加入抗裂纤维后，混凝土凝固后抗拉强度高，收缩率低，可以克服普通混凝土的一些缺点。

该文主要从无砟道床纤维混凝土结构设计、混凝土配比、具体施工措施等角度介绍在这些地区施工道床时加入纤维防止混凝土产生裂缝的技术，对在干旱多风沙地区修建高等级道路时使用纤维混凝土有一定的参考价值。

1 通常发生无砟道床混凝土裂缝的状况

目前我国对预制构件混凝土强度要求越来越高，如CRTS II型板混凝土一般采用C55混凝土，28 d混凝土抗压强度要求≥55 MPa。为提高混凝土制件强度就要加大胶凝材料用量、减小水泥颗粒细度，这无疑会加大混凝土材料自收缩率，对于大块混凝土预制件而言其水化放热量大，温降后收缩率也加大，构件极易出现裂纹，尤其在气温干燥、多风、温差大的北方地区施工现场，混凝土构件产生裂纹现象更是常见，如何避免混凝土构件产生裂纹是该文研究的对象。

在实践中常见裂缝类型如图1所示。

（1）钉边“八”字形裂缝，一般长3 cm以上。

（2）旁面裂缝和“u”型裂缝。

（3）不规则裂缝。

这些裂纹直接影响到工程整体质量，影响工程使用寿命。

2 防止裂缝措施

极度干燥和风沙变化不定导致混凝土内部水分蒸发过快，是混凝土产生裂缝的主要原因，这对混凝土的结构设计、配比、浇筑振捣及养护都提出了新要求，因此要根据这些具体情况研究对策。

首先要从道床结构上找些突破口，把连续式的道路长块中设计添加伸缩缝，缓解涨裂力的释放。其次是在混凝土中加入适当比例防裂纤维，增强混凝土的预应力，采用多种形式的综合措施预防裂缝的产生。

目前世界上已经被普遍认可的是抗裂增强纤维，产品主要有：聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、聚丙烯网状纤维、镀铜微丝钢纤维、铣削型钢纤维、端钩钢纤维、有机仿钢纤维、木质纤维等，无论是聚丙系纤维还是金属系纤维都有一定的效果。

2.1 加固支承层、保证道床结构稳固

整体道床板因预应力的作用，容易产生裂纹，积极采用小模块化轨道床，每单元采用19.5 m的长度，块与块之间设计有30 mm的伸缩缝，以代替一体的整块化结构，伸缩缝用聚乙烯塑料泡沫板填充或采用树脂嵌缝胶封闭。实践证明，采用小模块形式构件，容易杜绝因底座板、路基支撑层应力导致的混凝土裂缝产生，易于提高工程质量。

2.2 混凝土的配比

2.2.1 优化混凝土配合比

根据以往经验，新建工程混凝土配制时，从混凝土材料方面对混凝土配合比参数进行优化，是减小混凝土收缩、增强混凝土强度、提高抗裂性能的通用措施。在混凝土配比中加入钢纤维时，为了保证钢纤维发挥效率，首先要保证纤维均匀地与集料混合，宜采用带有布料装置的纤维混凝土专用搅拌机搅拌，钢纤维混凝土投料顺序、搅拌方法和搅拌时间应通过现场匀质性试验确定，其搅拌时间应较普通混凝土适当延长1～2 min。金属纤维掺入率p=1.5%，施工中可采用掺用聚羧酸系高性能减水剂，掺量为胶凝材料的1.0%左右，可取得30%以上的减水率，砂率控制在50%～60%之间，应保证钢纤维的分布均匀性和结构的连续性。加入聚丙烯纤维（又称工程纤维抗裂纤维），可以明显地阻止混凝土裂缝的产生，同时提高混凝土工程的抗渗透性能、抗冻融性能及抗冲击、抗折、抗疲劳、抗震性能。聚丙烯纤维可以降低混凝土浇筑后3 d的收缩，掺量为1.2 kg/m3时的减缩率最大可达24%左右，但对混凝土的坍落度影响很大，可以通过调整浆集比满足混凝土的坍落度要求。在加入纤维过程时，混合料要干拌30 s左右，加入水后，再湿拌120 s左右，使纤维充分分散、均匀地存在于混凝土中。由于聚丙烯纤维在降低混凝土收缩开裂方面的优异性能及混凝土成本方面的考虑，工程施工中大多使用聚丙烯纤维。

2.2.2 混凝土施工浇筑过程

道床加纤维混凝土施工过程包括混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣、抹面、养护等环节，其中浇筑、振捣、抹面和养护是影响道床板混凝土质量的关键环节。

（1）浇筑准备。

在准备浇筑时，提前2 h采用高压雾化水对底座、轨枕等进行喷水加湿，使之保持潮湿状态，避免有积水，混凝土的温度、坍落度等指标要在正常指标段。

（2）浇筑过程。

混凝土采用料斗吊运入模组合方式浇筑或采用混凝土泵车通过泵送方式浇筑。在搅拌过程中必须使用强制式搅拌机，将集料连同纤维一起加入搅拌机，保证纤维搅拌均匀，沿轨枕单向连续浇筑混凝土时，保证混凝土均匀浇灌在模板中，經过振捣后自轨枕一侧向另一侧自然流动，待混凝土与轨枕底部平口后再向前继续浇筑，避免“回头浇筑”，振捣时要避免振捣棒碰触模具挡板、支撑架等，要避免过振、漏振和发生赶料现象。浇筑后如有混凝土散落在轨枕上不要用水冲洗，可用毛刷弹去。实际测量表明：普通混凝土成型后72 h时总收缩为1 540×10-6，而掺入抗裂纤维材料混凝土呈现先膨胀后小幅收缩趋势，72 h时总收缩仅为207×10-6，早期收缩率比为13.4%，有效地控制了裂缝的产生。

（3）抹面过程。

在振捣之后紧跟着要进行抹面作业，混凝土初凝时应经过3～4次抹面工作，抹面时切忌洒水。另外，针对大风干旱环境道床板混凝土浇筑后表面水分蒸发过快、表面易开裂的情况，混凝土及钢轨温度显著变化的问题，施工时应搭设遮阳防风作业棚，抹面工作可在作业棚下完成。

（4）养生。

在干旱缺水地区，洒水养生很困难，同时新鲜道床板混凝土还面临“洒水早易起皮，洒水晚易开裂”的问题。成膜型养护剂是一种通过喷洒或涂刷在混凝土表面形成一层连续致密薄膜以阻止水分散失进而达到保湿养护的新型养护材料，具有节水、操作便捷和不受结构部位限制等优点。喷涂成膜型养护剂是解决干旱缺水地区混凝土养护困难的有效方法。

无砟道床混凝土在最后抹面后即可喷涂养护剂，喷涂过程可采用喷涂和滚涂相结合的方式，保证养护剂均匀覆盖在混凝土表面。在养护剂喷涂完毕后，再采用覆盖养护方式进行养护，覆盖养护分为4层多重复合结构，第1层为保水性土工布，第2层为S型散布洒水滴管，第3层为防蒸发塑料布，第4层为保温、隔热、防风棉被式篷布。养护期一般不少于28 d。

3 现场应用

无砟轨道试验段的现场应用试验在大风干旱环境下采用纤维混凝土及特有的施工工艺进行道床混凝土浇筑，浇筑后7个月观察到混凝土开裂现象明显减少，与未加纤维前相比，未加纤维的开裂明显，更多裂缝宽度>0.2 mm；而采用纤维混凝土优化配合比后，纤维混凝土浇筑后7个月观察，混凝土开裂程度显著降低，轨枕八字角开裂比例仅为2.5%，裂缝宽度<0.2 mm，现场试驗效果良好。

4 结语

（1）通过结构设计、混凝土配合比和施工工艺等方面的优化，并以浇筑、振捣、养护等环节全程优化控制，可以有效防止干旱多风地区混凝土产生裂隙现象。

（2）添加纤维的混凝土可以明显增强混凝土抗裂性能，裂缝长度、裂缝宽度、裂缝面积均明显减小，适用于风沙干燥地区无砟道床混凝土施工。

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