纖維混凝土抗裂性能分析及在隧道工程中的應(yīng)用

楊永豐

（中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司， 湖北 襄陽 441100）

0 引言

最近幾年，由于我國城市建設(shè)的比較快，因此，隧道工程的維修數(shù)量也不斷的增加，但是在隧道工程維修之后，依然會(huì)出現(xiàn)隧道工程裂縫的情況，這樣的情況在一定程度上影響了人們的出行。本文主要研究纖維混凝土抗裂性能分析及在隧道工程中的應(yīng)用，通過研究纖維混凝土在隧道工程中發(fā)生裂縫的原因，提出相應(yīng)的解決措施，保證隧道工程的質(zhì)量，希望對(duì)相關(guān)的研究人員有一定的幫助。

1 纖維混凝土在隧道工程中發(fā)生裂縫的原因

1.1 溫度控制不當(dāng)出現(xiàn)裂縫

在隧道工程的一些問題中，由于溫度低產(chǎn)生的開裂也是一種比較常見的因素，而且導(dǎo)致出現(xiàn)這種原因的因素也很多，這些原因一起使得纖維混凝土出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象。纖維混凝土內(nèi)部和外部之間的濕度差異也很容易導(dǎo)致開裂。由于纖維混凝土的表面濕度容易受到外部環(huán)境因素的影響，尤其是在高溫或大風(fēng)的環(huán)境中，因此表面濕度將大大降低。纖維混凝土的內(nèi)部混合料具有一定的保水作用，因此,內(nèi)部水分比較大，濕度變化比較穩(wěn)定。于是，在沒有表面覆蓋物的情況下，纖維混凝土的表面受到內(nèi)部約束，并且在沒有必要的維護(hù)措施的情況下會(huì)收縮和變形，出現(xiàn)裂縫。低溫裂縫產(chǎn)生的原因也有很多，這些影響有的是不能完全避免的，但是可以通過施工的工藝和施工的手段對(duì)其進(jìn)行避免。有的還可以通過人為的因素進(jìn)行避免，現(xiàn)在由于我國北方的環(huán)境和氣溫對(duì)于建筑施工的影響很大，并且有很多不利的自然原因，人們根據(jù)自然原因和纖維的特性也研究出了很多的輔助材料，這些材料在施工的過程中都可以應(yīng)用，并且對(duì)于施工都有一定的幫助。

1.2 施工不當(dāng)導(dǎo)致纖維混凝土出現(xiàn)裂縫

在纖維混凝土施工的過程中，要用到大量的鋼筋加固建筑物。因此，在項(xiàng)目實(shí)施過程中，由于當(dāng)?shù)貧夂蚧颦h(huán)境等因素的影響，鋼筋容易發(fā)生氧化或碳化。這些問題導(dǎo)致纖維混凝土結(jié)構(gòu)被破壞，從而引起安全問題。甚至出現(xiàn)鋼筋腐爛的問題，會(huì)使得整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度相應(yīng)的降低，從而造成嚴(yán)重的安全隱患。因此，必須嚴(yán)格控制工程中纖維混凝土的整體性能測(cè)試和質(zhì)量管理。另外，施工過程不合理。纖維混凝土材料能否在建設(shè)項(xiàng)目中完美的展示其自身的作用，早期科學(xué)合理的設(shè)計(jì)非常重要，必須科學(xué)地進(jìn)行必要的程序。在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)下，目前的大多數(shù)項(xiàng)目往往不遵循正式程序，而忽略某些環(huán)節(jié)以達(dá)到縮短工期的目的。這種現(xiàn)象在纖維混凝土建筑中尤為突出。只是簡(jiǎn)單地將各種原材料混合和攪拌而沒有遵循適當(dāng)?shù)某绦?，這在以后的施工過程中會(huì)帶來很多問題。纖維混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，早期表面干燥或纖維混凝土內(nèi)部與外部之間的溫差大且出現(xiàn)裂縫。纖維混凝土澆筑后，不能及時(shí)澆水固化，或者固化時(shí)間不達(dá)標(biāo)，還沒有采取其他有效措施，導(dǎo)致纖維混凝土表面失水過快。纖維混凝土表面的失水率超過內(nèi)部水分的蒸發(fā)率，從而導(dǎo)致纖維混凝土出現(xiàn)塑性收縮和干燥收縮的現(xiàn)象，從而引起纖維混凝土裂縫的發(fā)生。

2 隧道工程纖維混凝土應(yīng)用實(shí)例

2.1 施工工藝

①施工前，施工人員首先要做好施工準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備充分的施工資料、施工圖紙以及設(shè)計(jì)文件等。確保材料質(zhì)量與工程相關(guān)需求相符；此外，在開展面板作業(yè)前，要對(duì)相關(guān)材料的性能、數(shù)量進(jìn)行有效明確，避免出現(xiàn)施工誤差。

②U型模板與間接鋼筋。施工人員需要嚴(yán)格遵照施工圖紙要求擺放U型模板、間接鋼筋，避免出現(xiàn)錯(cuò)位的情況，本次施工過程中的具體擺放位置如圖1所示，完成擺放之后，以電焊機(jī)對(duì)銜接處進(jìn)行點(diǎn)焊處理，確保固定妥當(dāng)。

圖1 U型模板與間接鋼筋的固定位置

③構(gòu)造鋼筋。施工人員在布置構(gòu)造鋼筋時(shí)，需要分兩層對(duì)縱向構(gòu)造鋼筋進(jìn)行布置，單層布置數(shù)量為2根，完成布置之后，以細(xì)鐵絲將橫向構(gòu)造鋼筋固定于縱向構(gòu)造鋼筋之上。在鋪設(shè)構(gòu)造鋼筋時(shí)，施工人員需要對(duì)纖維混凝土保護(hù)層厚度的最小值進(jìn)行充分考考量，如果板端存在無預(yù)應(yīng)力鋼筋的地方，需要布設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)，具體參數(shù)為φ12鋼筋、25cm間距、4.5m寬度、8.5m長度值。

④預(yù)應(yīng)力筋與傳感器作業(yè)。施工人員在開展預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)作業(yè)時(shí)，需要嚴(yán)格遵照工程建設(shè)圖紙上對(duì)角度、間距等參數(shù)的要求，實(shí)際作業(yè)過程中需要以鋼筋小馬凳對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際布設(shè)位置進(jìn)行有效固定，完成預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)作業(yè)之后，施工人員還要校直預(yù)應(yīng)力筋，避免鋼絞線、U型板之間失去垂直關(guān)系。此外，施工人員還要用鐵絲將傳感器與預(yù)應(yīng)力筋妥善固定。

⑤纖維混凝土面板澆筑。面板攤鋪過程中，施工人員需要借助三滾軸，并保證攤鋪一次成功，由于預(yù)應(yīng)力筋存在一定的張拉作用，所以攤鋪過程中需要由一端至另一端作業(yè)，值得注意的是，在澆筑過程中，預(yù)應(yīng)力筋存在張拉的一側(cè)，施工人員需要加強(qiáng)振搗，確保其擁有良好的密實(shí)性，避免出現(xiàn)跑位情況。

⑥養(yǎng)生。完成纖維混凝土澆筑后的第一個(gè)夜晚纖維混凝土面板極易出現(xiàn)裂縫等情況，如果澆筑作業(yè)完成后氣溫存在大幅度下降的情況，更滑增加面板出現(xiàn)裂縫的可能，因此，在斜向纖維混凝土完成纖維混凝土澆筑作業(yè)之后，施工人員需要在面板表面噴灑養(yǎng)護(hù)膜，避免纖維混凝土因熱脹冷縮的作用產(chǎn)生裂縫。除此之外，施工人員還要以浸濕后的工布，或是草袋覆蓋面板，持續(xù)周期控制在2周左右即可。

⑦張拉預(yù)應(yīng)力筋。施工人員在開展預(yù)應(yīng)力筋張拉作業(yè)時(shí)，要分兩次進(jìn)行。第一天晚上可以對(duì)長預(yù)應(yīng)力纖維混凝土板施加張拉，這樣降低其出現(xiàn)裂縫的可能，只有保證纖維混凝土強(qiáng)度，才能避免其所負(fù)荷的應(yīng)力超出所能承受的最大值，因此，施工人員在完成澆筑后的第一晚，便應(yīng)開始初始預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)。

2.2 注意事項(xiàng)

①以彈性材料包裹固定端錨具，包裹厚度控制在1cm左右即可，避免張拉時(shí)出現(xiàn)錨具移位的情況，破壞纖維混凝土澆筑質(zhì)量；②澆筑纖維混凝土的過程中，施工人員要對(duì)澆筑行為進(jìn)行嚴(yán)格把控，避免出現(xiàn)大量?jī)A倒的情況，誘發(fā)跑位情況，此外，還不能給預(yù)應(yīng)力筋、錨具、鋼筋小馬凳施加其他外力，例如，踏壓；③施工人員在振搗纖維混凝土?xí)r，要保證預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉端、固定端具有較好的密實(shí)性，以此確保纖維混凝土強(qiáng)度與工程建設(shè)需求一致；④張拉預(yù)應(yīng)力筋的過程中，施工人員要對(duì)力度、速度以及持荷時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格把控；⑤施工時(shí)應(yīng)該避免寒冷氣候、高溫氣候，這樣可以避免纖維混凝土工程出現(xiàn)過多的溫度效應(yīng)，影響纖維混凝土澆筑質(zhì)量，此外，值得注意的是，在澆筑時(shí)，要保證一次成功。

3 防止纖維混凝土在隧道工程中發(fā)生裂縫的措施

3.1 做好溫度控制

首先，必須加強(qiáng)冷卻處理。纖維混凝土澆筑后期的冷卻處理也是控制纖維混凝土裂縫的重要措施。通過使用循環(huán)冷卻水，降低纖維混凝土的內(nèi)部溫度，并增強(qiáng)纖維混凝土的外部保溫和保濕措施，例如：在外層覆蓋一層薄膜，以減慢表面溫度的降低，將纖維混凝土內(nèi)部和外部之間的溫度差控制在20-25攝氏度。同時(shí)要注意鋼筋的施工。后澆鋼筋不得斷開連接，如果有加密鋼筋，應(yīng)一次性完成施工，并嚴(yán)格按照施工規(guī)范的要求綁扎鋼筋，以防止鋼筋支撐模板和澆筑纖維混凝土過程中會(huì)出現(xiàn)偏差，這會(huì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生不利影響。

其次，加強(qiáng)后澆帶纖維混凝土施工的裂縫控制。所謂的后澆鑄帶是為了防止因收縮不均勻或沉降不均勻而在現(xiàn)澆纖維混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生有害裂紋。根據(jù)設(shè)計(jì)或施工規(guī)范的要求，在基礎(chǔ)底板、墻和梁的相應(yīng)位置，留設(shè)的纖維混凝土帶在纖維混凝土后澆帶的澆筑和振搗施工中，常常采用收縮補(bǔ)償法來控制裂縫，但這種方法對(duì)纖維混凝土的溫度提出了更高的要求，要求纖維混凝土兩側(cè)的強(qiáng)度差異要很小，否則會(huì)引起沉降不均勻，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的完整性。另外，在澆筑施工過程中必須嚴(yán)格控制溫度，以防止?jié)仓蠼Y(jié)構(gòu)兩側(cè)的纖維混凝土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性出現(xiàn)差異。還應(yīng)該采用分層澆筑的方法來控制纖維混凝土內(nèi)部和外部的溫度差異，從而抑制溫度收縮裂紋的產(chǎn)生，在選擇使用機(jī)器的過程中，應(yīng)該使用避免過度振搗的機(jī)械。

3.2 控制好纖維混凝土施工

在施工的過程中，要確保模板、支撐架、U形支架等材料符合技術(shù)要求，立桿間距等結(jié)構(gòu)計(jì)算符合規(guī)范要求；合理控制模具的拆模時(shí)間，模具必須有拆模指令才能拆，并且拆模試塊送檢合格。嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)意圖，對(duì)鋼筋完成預(yù)埋和預(yù)留等現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，并做好相關(guān)程序的處理和成品的保護(hù)；加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)的措施，嚴(yán)格執(zhí)行養(yǎng)護(hù)要求。正確掌握纖維混凝土補(bǔ)償收縮技術(shù)的方法。對(duì)于在施工中應(yīng)用到的膨脹劑，應(yīng)充分考慮不同品種、不同劑量的膨脹劑起到的不同膨脹效果，并應(yīng)該通過使用大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定膨脹劑的最佳劑量。

4 纖維混凝土縮縫密封的工作原理

切縫工程的處理：纖維混凝土是一個(gè)施工工藝復(fù)雜的工程，在進(jìn)行纖維混凝土的施工工藝時(shí)，首先要進(jìn)行的就是切縫工程，在進(jìn)行纖維混凝土的攤鋪工作之后，要對(duì)纖維混凝土進(jìn)行切縫處理，但是這個(gè)切縫并不是真實(shí)的切縫，而是對(duì)其進(jìn)行假的切縫處理，這樣做是為了要填縫料，因此在水泥攤鋪之后一定要進(jìn)行切縫，這是必不可少的工作流程，切完縫之后，縫面呈現(xiàn)出的是像階梯一樣的形狀，因?yàn)檫@樣的階梯型可以使得密封條不容易下陷，這樣更能夠增加工作的成功性，在切晚縫之后，要對(duì)縫隙進(jìn)行清理，有效的清除縫隙中的污染物，這樣可以使得縫隙在以后的工作中更加方便，對(duì)于切縫的要求也是有質(zhì)量的要求的，切出的縫必須要直。這就要求切縫機(jī)要有好的工作效率，在進(jìn)行工作時(shí)，工作人員也要對(duì)切縫機(jī)控制好，在切縫機(jī)的工作中，一定要徑直的前進(jìn)，而且還要?jiǎng)蛩俚那斑M(jìn)，在工作的過程中，不能有退刀的操作，因?yàn)槿绻@樣，就會(huì)造成切縫的不平整，對(duì)以后的工作會(huì)造成影響。

對(duì)密封條的安裝：在對(duì)密封條進(jìn)行安裝時(shí)，要兩個(gè)人來一起進(jìn)行工作，其中的一個(gè)人拿著密封條的一邊，將這一邊涂上粘接劑，之后將這一邊壓入到切縫的一端，同時(shí)還要一手拿著密封條將其沿著切縫向后拖進(jìn)，另外的一個(gè)人手拿嵌縫工具，將密封條用力的壓，一邊壓一邊向前移動(dòng)，等到將壓條壓到板的邊緣時(shí)就可以將壓條剪斷，之后將壓條固定到板的另一邊，并且還要講壓條嵌入到縫中，在將密封條都?jí)喝氲娇p中之后，再用嵌縫工具將密封條進(jìn)行壓輥，這個(gè)過程需要進(jìn)行3遍，這樣可以保證密封條的嵌壓質(zhì)量。對(duì)于密封條的安裝，在施工工藝方面也有一定的要求，在切完縫并且清理完之后之后，就要立刻進(jìn)行密封條的安裝工作，在進(jìn)行安裝的過程中，先安裝的密封條要剪去上邊的兩條膠帶，后安裝的密封條要剪去下邊的兩條膠帶，這樣可以使得密封條密封的結(jié)實(shí)。

對(duì)于密封膠的灌入：在進(jìn)行密封膠的灌入工作前，要對(duì)密封膠做好處理工作，在這之前，先將密封膠融化，密封膠的融化是采用加熱的方法，加熱的溫度要控制在 1200--1400攝氏度之間，之后把嵌縫機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，時(shí)間是3--5分鐘，之后將密封膠放進(jìn)箱子中進(jìn)行加熱，之后就是進(jìn)行噴膠的工作。將嵌縫機(jī)調(diào)整好，對(duì)準(zhǔn)縮縫，然后打開嵌縫機(jī)的開關(guān)進(jìn)行噴膠工作，在大約進(jìn)行 30分鐘之后，將嵌縫機(jī)的開關(guān)關(guān)掉，結(jié)束噴膠工作，在進(jìn)行噴膠的工作過程中，也是有質(zhì)量的控制的，在灌縫的工作過程中，速度要?jiǎng)蛩俚倪M(jìn)行，密封膠在灌入之后要低于縫的表面，并且不可以溢出來，對(duì)于密封膠的工作，工作人員一定要進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定，因?yàn)檫@些工作過程在纖維混凝土的縮縫密封工作中起著重要的作用，因此一定要加強(qiáng)對(duì)這些工作的監(jiān)督。

5 結(jié)語

本文對(duì)如何加強(qiáng)纖維混凝土裂縫控制提出相應(yīng)對(duì)策。施工中通過采取控制措施，取得良好效果，使得未出現(xiàn)裂縫。重視纖維混凝土溫度控制和施工控制，合理進(jìn)行施工，降低纖維混凝土內(nèi)部與外部溫差。重視纖維混凝土養(yǎng)護(hù)，延長散熱時(shí)間，避免纖維混凝土脫水或出現(xiàn)干縮裂縫，減少裂縫發(fā)生可能。最終提升纖維混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性。