中交路桥北方工程有限公司
摘要：随着我国技术、经济的迅猛发展，基础设施建设中不断引用“新技术、新工艺、新材料、新设备”四新技术，不断解决施工过程中存在的问题。本项目位于东北地区，严寒、大风环境特征显著，为避免混凝土产生有害裂缝，增加混凝土的耐久性与耐候性，特在混凝土中掺拌玄武岩短切纤维，以此减少裂缝的产生。为此，针对东北地区玄武岩纤维混凝土的抗裂性能进行研究。
关键词：高速公路 混凝土 玄武岩纤维 东北地区 抗裂
1前言
本工程施工所属松原至通榆（吉蒙界）段公路建设项目，玄武岩纤维混凝土用于汽车天桥桥面铺装。本项目位于吉林与内蒙古交界处，地属北寒带大陆季风气候，四季变化明显，大风天气特征显著，年平均风功率密度为302W/㎡，年有效风速时长达7656h，且季节性温差、日夜温差较大。本项目地处东北严寒地区，环境类别为Ⅱ类，环境作用等级为D级，冬季寒冷漫长，除雪使用除冰盐，自然条件恶劣。针对本项目特点，防止汽车天桥桥面铺装混凝土产生裂缝，除要求使用坍落度较小的混凝土外，在混凝土内掺拌玄武岩短切纤维，以此避免裂缝的产生，增加结构的耐久性。
2裂缝的产生原因
混凝土裂缝一直是工程施工中常见的质量通病，也是很难控制的质量问题。产生裂缝的原因有很多，温度因素、养护不到位、拆模太早、混凝土分布不均匀等都会造成混凝土出现裂缝。裂缝具体产生原因如下分析：
（1）混凝土在浇筑完成后，由于水泥发生水化反应，产生大量的热，而混凝土温度传导性能较差，内部温度不断积聚升高，外部散热快温度相对较低，从而造成混凝土内外温度分布不均，产生温度应力。当温度应力大于混凝土自身抗拉强度时，就会产生裂缝，这种裂缝多为贯穿式裂缝且缝隙较深，对混凝土整体刚度有很大影响。当混凝土内部温度较高而外界温度较低，内外温差较大，或因季节温度变化较大也会因此产生裂缝。此外，混凝土的浇筑温度会因外界温度变化而变化，由于本项目当地的气候原因，昼夜温差较大，大风天气较多，在昼夜交替的时段进行混凝土浇筑时，容易因为气温温差而出现裂缝。 此种裂缝多为表面裂缝，对混凝土影响相对较小，但要控制其发展态势，防止其加长、加深发展。
(2)混凝土浇筑完成后如果养生不到位会发生水分散失，水分散失过多会引起混凝土的收缩，收缩的混凝土在洒水后湿润环境下会吸水基本恢复原状。混凝土吸、失水过程中会产生收缩应力进而引发形成裂缝。特别是在大风、干燥季节，需特别注意混凝土的养生，如果在养生过程中不能保证混凝土处于湿润状态，洒水时多时少或洒水不均等因素均能导致收缩裂缝的产生。
(3)在混凝土刚度不足的情况下较早拆模，会使混凝土与模板粘连、拉裂而形成表面裂缝。对于承重部位，混凝土已达到抵抗混凝土与模板的粘聚力但未达到承受自身重力及外部施加荷载，或构件配筋相对较少或刚度差，混凝土构件很可能会因自身重力或受到外力影响而发生较大变形，使混凝土出现裂缝，且这种裂缝对混凝土强度的影响是不可逆转的，直接影响结构受力性能。
(4)当混凝土级配设计不合理或搅拌时间不足时，会使混凝土各成分分布不均匀，各部位在发生收缩、徐变时形变量不一致，很可能会产生裂缝。此外在浇筑混凝土时卸落高度过大、浇筑间距过大、用振捣棒带动混凝土流动、漏振、过振等都会造成混凝土分布不均匀，在水泥浆、细骨料积聚较多部位收缩、徐变变形较大，在粗骨料多或骨料嵌挤密实部位收缩、徐变形变量较小，形变不一致而出现裂缝。
3玄武岩纤维混凝土使用优势
玄武岩纤维混凝土采用玄武岩纤维短切纤维，并在表面涂有硅烷偶联剂，该产品能有效地增强混凝土抗冲击能力、耐磨性能、抗温缩性能、抗冻融破坏能力；提高混凝土的抗渗能力；抗酸、抗碱、耐腐蚀性好。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆抗压强度可提高20%，剪切强度可提高20%-50%，抗折强度可提高约50%，抗冻性能提高50%，抗冲击性能提高约2倍。玄武岩纤维是由玄武岩高温拉制而成的连续纤维，生产原材充足，且环保无害，属于新型环保材料。
4抗裂性能
玄武岩纤维混凝土可有效的阻止混凝土表面微小裂纹的产生。混凝土在浇筑完成后，会由于混凝土收缩徐变、温度因素或养护不到位会在表面形成肉眼不易发现的微小裂纹。但在混凝土浇筑完成之后，这些细小裂纹在冻胀、渗水、空气腐蚀和除冰盐等恶劣条件影响下极易加长、加深发展，形成较大裂缝，严重的会使混凝土发生剥落或腐蚀钢筋，严重影响结构的耐久性与使用性能。
在混凝土内掺入玄武岩纤维虽不能减少水化热的产生、缩小内外温差，也不能减少混凝土内水分散失，但通过掺入纤维就好比在混凝土中配置又细又密的配筋，增加混凝土的受力约束。在混凝土未产生较大拉应力前先由纤维承受应力，待达到纤维拉应力极限值或纤维型变量达到混凝土允许最大形变量之后再由混凝土受力，进而增大混凝土抗弯拉强度，增强抗裂性能。
玄武岩纤维具有良好的天然硅酸盐相溶性，与硅酸盐水泥混凝土结合力强且在混凝土中分散性较好，与混凝土热胀冷缩系数一致，不会产生大的温度应力，耐候性好。而且玄武岩纤维不受自然温度影响，在零下267℃低温与700℃高温的条件下均能正常起作用，稳定性极好。
与普通混凝土相比，玄武岩纤维混凝土的抗拉强度、弯拉强度、抗剪强度均有明显提高。纤维可明显降低早期收缩裂缝，并降低温度裂缝和长期收缩裂缝，阻止水泥混凝土裂缝的扩展以及延伸形成新裂缝。而且能明显减小混凝土的收缩、徐变量。抗拉疲劳、抗弯拉疲劳性能和抗冲击性能。
5施工防治措施
为保证混凝士的施工质量，施工过程中加强混凝土密实度的控制，选择质量可靠，牢固支撑的模板，做好拼接部分封堵措施避免漏浆；混凝土充分振捣，避免岀现蜂窝、孔洞；增强混凝土防腐蚀性能在混凝土中掺入优质粉煤灰，改变混凝士内部孔隙结构，提高混凝士密实度，同时增加对氯离子扩散的阻力。
施工过程中，为有效控制混凝土有害裂缝产生，现场采取如下措施：
（1）控制水泥的标号、用量和细度。一般来说，使用水泥的标号越高、用量越多、细度越大，混凝土发生收缩、徐变量越大。在满足设计强度要求的前提下，施工过程中混凝土中尽量使用低标号水泥，并控制水泥用量和细度要求。
（2）混凝土最大水胶比为0.36，胶凝材料用量为360～450kg/m3，最大氯离子含量不大于0.1%，粉煤灰掺量不超过20%，并限制所用粉煤灰的含碳量不大于2%。
（3）防止混凝土碱集料反应引起混凝土裂缝，不使用碱活性的集料，不使用含碱的化学外加剂等。避免混凝土在浇筑后发生反应以及反应产物吸水膨胀和内应力的产生。
（4）防止集料膨胀反应引起的混凝土开裂，对集料生产、运输堆放及搅拌等工序进行科学管理，防止将含氧化镁或硫酸盐的膨胀集料或生石灰碎块混入集料中。
（5）混凝土中加入引气剂，含气量在5.5%左右，气泡间距系数控制在200μm。
（6）应用设计允许的最小水泥用量和能满足和易性要求的最小用水量，避免过大的坍落度，均匀浇筑凝士，并及时对混凝土进行养护。
（7）混凝土浇筑时注意浇筑时间，在炎热的夏季尽量安排在早晚温度相对较低的时段浇筑混凝土，而在早春和晚秋季节尽量选取中午时段进行混凝土浇筑，并做好混凝土的保温工作，避免混凝土早期强度不足的情况下，因温差较大产生裂纹。
（8）加强混凝土振捣，控制好混凝土振捣时间，根据振捣棒作用半径合理布设振捣间距，避免漏振和过振情况的发生。
6结语
在混凝土中掺入玄武岩短切纤维并做好混凝土拌合、浇筑、养生相关工作可基本解决混凝土裂缝问题的产生。避免了因裂缝而引起的除冰盐腐蚀、混凝土碳化、渗水等相关问题的影响，提高混凝土耐候性与耐久性，也避免了因裂缝的产生及发展破坏了结构的整体稳定性，确保结构的工程实体质量和使用寿命，创建品质工程。
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）；
[2]《混杂纤维混凝土阻裂增韧及耐久性能》（李艺、赵文著）；
[3]结构设计原理（钢筋混凝土、预应力混凝土及圬工结构）（第2版）。
作者简介
于金龙、男、1993年6月、学士学位、助理工程师。
赵晨曦、男、1993年6月、学士学位、助理工程师。
论文作者:于金龙,赵晨曦
论文发表刊物:《防护工程》2019年16期
论文发表时间:2019/12/13
标签：混凝土论文; 玄武岩论文; 裂缝论文; 纤维论文; 温度论文; 性能论文; 应力论文; 《防护工程》2019年16期论文;