复杂约束条件下地下工程抗裂混凝土的研究及其施工技术开发.doc

1、复杂约束条件下地下工程抗裂混凝土的研究及其施工技术开发一、 课题背景随着我国国民经济的高速发展和城市化水平的不断提高，以及土地资源的日益紧缺，大规模的开发利用地下空间进行基础设施建设是必然的趋势。国际上提出“21世纪是人类开发利用地下空间时代”。开发利用地下空间，发展地下交通系统可以改善城市交通拥挤状况和居民生活环境。目前我国正在大规模兴建地铁、跨海过江隧道等大型地下交通工程，我省在武汉市的长江隧道和城市地铁工程也已在大规模施工建设之中。本课题即依托武汉市长江隧道汉口段开挖部分侧墙、顶板及底板抗裂高性能混凝土的设计与施工，开展相关研究工作。武汉长江隧道汉口段明挖部分侧墙厚0.81.1m、高3m

2、左右，其浇注混凝土强度等级为C35，抗渗等级为S8，属于大体积混凝土。大体积混凝土施工时遇到的普遍问题是温度裂缝。由于混凝土中水泥水化放热作用，混凝土浇筑后将经历升温期，降温期和稳定期三个阶段，在这个过程中混凝土的体积在温度变化影响下亦随之伸缩，若混凝土体积变化受到约束就会产生温度应力，如果该应力超过混凝土的抗裂能力将导致混凝土开裂；因此为了提高混凝土施工质量，必须采取温控措施以防止温度裂缝的产生, 大体积混凝土施工中的温度监控是控制裂缝产生的关键步骤。工程结构裂缝不仅与结构使用的安全性紧密相关，同时还影响工程结构的耐久性能与使用性能，在地下侵蚀性介质的作用下，容易导致混凝土结构的钢筋锈蚀、硫

3、酸盐破坏等现象，使混凝土结构劣化并破坏，造成巨大损失。大量工程实践经验表明，裂缝的出现是难以避免的，关键之处在于如何将早期裂缝控制在可以接受的范围之内，而不影响结构自身的使用性能、安全性能和耐久性能。在地下工程侧墙施工过程中，普遍采用了大方量连续浇筑技术，然而混凝土早期产生的收缩裂缝仍然是该结构部位经常出现的问题，成为困扰设计、施工单位的一道难题。二、 混凝土工程结构早期裂缝产生的原因1 收缩变形所引起的混凝土开裂收缩变形是混凝土自身的本质特性之一，在混凝土当中主要存在以下几种类型的收缩变形：（1）化学收缩化学收缩是指由于水泥水化、浆体中的固体和液体绝对体积的减少。水化产物的绝对体积要小于水化

4、前水泥与水的绝对体积。如果进一步分析，则可以认为是水泥与水起化学反应过程中，原来的自由水成为水化产物的一部分，使它的比容由原来的1cm3/g变成约0.75cm3/g的缘故。也就是说，硅酸盐水泥的化学减缩量约为化学结合水的25%。因此可以认为，化学结合水量大的水泥，其最终化学减缩量也大。硅酸盐水泥的各个组成矿物有不同的化学减缩量，C3A的化学减缩量最大。C3A的收缩率是C2S的3倍，几乎是C4AF的5倍。因此C3A含量高的水泥易因早期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂。为了防止混凝土开裂，应尽量使用C3A含量低的水泥。（2）塑性收缩（凝缩）混凝土拌制后一段时间内，水泥的水化反应激烈，分子链逐渐形

5、成，出现泌水和体积缩小现象，这种体积缩小称为塑性收缩（凝缩）。塑性收缩都发生在混凝土拌和后约312小时以内，即在终凝前比较明显。因为这种凝缩发生时混凝土仍处于塑性状态，因此把这种凝缩称为塑性收缩。混凝土凝缩导致骨料受压、水泥胶结体受拉，故其既可使水泥石与骨料结合紧密，又可能使水泥石产生裂缝。凝缩的大小约为水泥绝对体积的1。混凝土塑性收缩的物理化学机理非常复杂。混凝土是亲水材料，故孔隙中水的液面呈凹液面。根据热力学原理，同一温度下，凹液面的饱和蒸汽压力低于平液面的饱和蒸汽压力，而且凹液面曲率半径越小，其饱和蒸汽压力越低，不易超过环境实际蒸汽压力，所以水分不易蒸发；而孔越大，则饱和蒸汽压越高，水分

6、越易蒸发。混凝土中的水分一旦蒸发，孔中出现凹液面，在水的表面张力作用下，便会发生毛细管压力，向内拉孔壁，使混凝土发生收缩，而且凹液面曲率半径越小（孔径越小），则产生的毛细管压力越大，混凝土的收缩就越强烈。混凝土中大孔中的水最容易蒸发，只要空气相对温度小于100%，即实际蒸气压力比大孔水液面饱和蒸气压力稍低，大孔水分就会蒸发，但不会产生收缩。这就是为什么混凝土的标准养护要求环境相对湿度是95%以上，因为在该湿度条件下，凝胶孔、毛细孔中的水处于凝结和蒸发平衡状态，而大孔中的水虽有蒸发，但混凝土不会发生收缩。实际工程中，环境相对湿度越低，即孔中实际蒸汽压力越小，环境温度越高，即水的饱和蒸汽压越高，在

7、这种情况下，会使更小孔中的水蒸发，产生更大的毛细管压力，致使混凝土发生强烈的收缩。这并不是因为在这种环境下水分失水得更多，而是因为失去了更小孔中的水，产生更大收缩力之故。（3）自生收缩（自收缩）混凝土在恒温绝湿条件下，由胶凝材料的水化作用引起的体积变形称为自生体积变形，而自生体积变形为收缩的称自生收缩（自缩），这种收缩是由化学作用引起的，它与水化过程中产生的自干燥现象紧密相连。在水泥的水化过程当中，当硬化水泥石不能再与外界水源接触时，化学减缩就会不可避免地造成在原来水饱和的孔洞中形成气孔，随着水化反应的进行，这种气孔所占的空间会越来越大，水蒸气和水的平衡压也变得越来越低，这时就出现了“自干燥”

8、现象。由于“自干燥”现象的存在而使毛细孔中液相存在拉(压)应力，因此固相承受压迫而产生收缩。一些学者的计算结果表明，当毛细管临界直径大于50时，存在毛细管作用，当毛细孔相对湿度在80%100%之间时水化反应将可以进行，随之而来的是自干燥现象的产生。计算结果表明毛细管压对于早期水泥浆体自收缩的影响是非常显著的，当毛细管内的相对湿度从100%降低到80%时，毛细管压将从0MPa增大到30MPa，如此大的压力必将导致水泥石的收缩。（4）温度收缩（冷缩）混凝土随温度下降而发生的收缩变形称为温度收缩，简称冷缩。对大体积混凝土，温度变化所引起的收缩是裂缝产生的主要原因之一。当温度下降（0以上）时，混凝土会

9、产生温度收缩变形（冷缩）。当混凝土受冻时，其孔隙水和毛细管水的结冰将明显影响其变形。一般情况下，当混凝土温度降至0以下时，混凝土不仅不收缩，反而会因结冰产生的压力而引起膨胀变形。混凝土的冷缩很容易引起其体积开裂，如何防止冷缩开裂，是混凝土技术中一个十分重要的问题。在无约束条件下，混凝土温差T所引起的温度收缩变形是T与混凝土热膨胀系数的乘积(T)。混凝土的热膨胀系数一般为10106/，而水泥浆体的热膨胀系数为13106/，骨料的热膨胀系数则与骨料品种有关，石灰岩质骨料的值一般为(6-7) 106/，三种材料热膨系数的差别造成了混凝土在降温的过程中内部局部温度应力的产生。另外由于混凝土结构的热传导

10、性能差，混凝土的外部温度可能已接近于环境温度，而内部温度仍处于原始状态，从整体结构温度分布来看，在混凝土结构中形成较大的温度梯度，从而产生相当大的结构温差应力。二种不同形式的温度应力相叠加造成混凝土承受相当大的温度应力，有时甚至比荷载产生的应力还大，所以研究冷缩具有相当重要的意义。（5）干燥收缩（干缩）置于未饱和空气中的混凝土因水分散失而引起的体积缩小变形，称为干燥收缩变形，简称干缩。严格来讲，干燥收缩应为混凝土在干燥条件下实测的变形扣除相同温度下密封试件的自生体积变形。但考虑到干燥收缩变形与自生体积收缩变形对工程的效应是相似的，为了方便起见，观测干燥收缩变形不再与自生体积变形分开，故所测结果

11、反映了这两者的综合结果。除以上各种类型的收缩变形之外，混凝土中还存在碳化收缩和徐变收缩等类型的收缩变形，但通常发生在中后龄期的混凝土中，对混凝土早期的收缩开裂影响较小。混凝土早期裂缝的生成，一般不是结构荷载和施工荷载直接作用的结果，而混凝土固有的体积收缩变形是引起其早龄期开裂的最重要原因之一，当收缩变形所产生的收缩应力大于相应龄期混凝土的抗拉强度之后，混凝土即会发生开裂，因此必须对早龄期的收缩变形进行研究，采取措施进行控制，从而降低混凝土早期裂缝产生的概率。2 结构设计及受力荷载所引起的混凝土开裂由荷载应力所引起的裂缝称为荷载裂缝，一般可分为两种形式：外荷载直接应力裂缝和荷载、结构次应力裂缝。

12、由外荷载引起的直接应力在结构体内超过一定数值后在相应部位产生裂缝，例如在受拉、受压、受弯，以及受剪、受扭力矩等情况下均有可能在混凝土结构的某些部位形成裂缝。根据实践经验，在混凝土结构中适当地配置构造钢筋，对于温度应力或收缩应力而言，都能提高结构的抗裂性。然而，混凝土配置钢筋，也有可能增加混凝土的自约束应力，配筋不合适时，甚至有可能增加混凝土结构局部开裂的可能性。而设计的结构尺寸大小等因素也对混凝土结构开裂行为有重要的影响。3 施工因素所引起的混凝土开裂在混凝土结构的浇筑、养护过程中也有可能由于各种原因而产生裂缝。例如，混凝土拌和不均匀，搅拌时间不足，浇筑不均匀；新拌混凝土出现离析泌水的现象；连

13、续浇筑间隔时间过长，接缝处理不当，钢筋搭接、锚固不良；模板拆除时机不当，保湿养护不力；或者混凝土硬化前遭受扰动或承受了荷载等等。这些原因造成混凝土内部质量不均，在内部或外部应力作用下薄弱环节即易出现裂缝。三、 混凝土配合比优化设计及性能研究（一）混凝土配合比表1 C35抗裂混凝土配合比序号水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)有机纤维(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)减水剂(Wb%)A1160250180177710730.8A2165270160177710730.8A3165.5290140177710730.8A4165310120177710730.8A51

14、65290140077710730.6A6165290140177710730.8序号水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)仿钢纤维(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)减水剂(Wb%)B11652901404.577710730.8B21652901404.577710730.8序号水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)钢纤维(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)减水剂(Wb%)C11652901407877710730.8注：减水剂中引入的水分已包含在总用水量当中，A3使用杜拉纤维，A6使用凯泰纤维，仿钢纤维中为仿钢粗纤维，为仿钢细纤维。试验

15、混凝土选用原材料如下：水泥：亚东42.5普通硅酸盐水泥粉煤灰：汉川级粉煤灰砂：中粗砂，细度模数2.7石：石灰岩碎石，压碎值10.1，针片状含量7.9减水剂：武汉浩源PC100聚羧酸系高效减水剂纤维：（1）杜拉纤维；（2）凯泰改性聚丙烯纤维；（3）凯泰有机仿钢丝粗纤维；（4）凯泰有机仿钢丝细纤维；（5）钢纤维。纤维性能如下表2、表3、表4、表5和表6所示。表2杜拉纤维技术指标纤维形状纤维长度/mm纤维密度/kg/m3弹性模量/MPa极限拉伸率/抗拉强度/MPa纤维熔点/纤维含湿率/吸水性单丝束状190.913793152761650.1无表3凯泰改性聚丙烯纤维技术指标纤维形状纤维长度/mm纤维密

16、度/kg/m3初始模量/GPa断裂伸长率/断裂强度/MPa纤维熔点/燃点/吸水性单丝束状190.913.51535400165约580无表4凯泰有机仿钢丝粗纤维技术指标纤维形状纤维长度/mm纤维直径/mm纤维密度/g/cm3弹性模量/GPa纤维根数，根/kg抗拉强度/MPa纤维熔点/燃点/单丝束状30501.00.914.2150000410约165约580表5凯泰有机仿钢丝细纤维技术指标纤维形状纤维长度/mm纤维直径/mm纤维密度/g/cm3弹性模量/GPa纤维根数，根/kg抗拉强度/MPa纤维熔点/燃点/单丝束状30500.50.914.2150000410约165约580表6钢纤维技术指

17、标型号规格长径比材质形状RC40/22BN0.552240冷拔钢丝两端带钩（二）、抗裂混凝土物理力学性能根据相关规范测得抗裂混凝土抗压强度及劈裂抗拉强度如表7所示：表7C35抗裂混凝土物理力学性能序号抗压强度(MPa)劈裂抗拉强度(MPa)3d7d28d3d7d28dA121.429.141.71.72.53.4A222.329.343.91.92.73.6A324.532.245.92.33.04.2A427.235.355.62.63.34.9A521.730.143.92.12.73.8A623.333.145.72.22.84.3B120.229.445.12.22.74.0B220.

18、128.944.72.43.14.1C123.732.847.62.53.34.5为便于比较，将上表数据作图如图1所示：图1混凝土力学性能对比图（三）、抗裂混凝土的新拌工作性能根据相关规范，测得抗裂混凝土初始坍落度、扩展度，以及1.5h坍落度和扩展度如表8所示：表8C35抗裂混凝土工作性能序号初始坍落度/扩展度(cm)1.5h坍落度/扩展度(cm)A120/5415/42A221/6118.5/52A321/5817/48A418/5214/45A522/6220/55A620/5515/47B120/5616.5/50B220.5/5517.5/52C119/5517/52（四）、混凝土的抗

19、裂性能1、平板开裂试验（1）实验仪器对混凝土抗裂性能进行试验时，采用了平板开裂试验方法。平板法试验最大的优点是能形象地反映出混凝土裂缝随龄期的发展变化，平板约束模具在一定程度上能放大塑性收缩裂缝，较好的模拟实际工程中混凝土板的塑性收缩开裂，便于测量和比较不同混凝土的塑性收缩开裂情况。本实验采用我国新混凝土结构耐久性设计与施工指南中推荐的一个混凝土(砂浆)早期抗裂性试验设计和评价方法，同时参考了日本笠井芳夫教授提出的方法。试件尺寸为为600mm600mm63mm的平面钢制模具，外形见图2。模具的四边用10/6.3不等边角钢制成，每个边的外测焊有四条加劲肋，模具四周和底板通过螺栓固定在一起，以次提

20、高模具的刚度；在模具每个边上同时焊接(或用双螺帽固定)两排共14个10100mm螺栓(螺纹通长)伸向锚具内侧。两排螺栓相互交错，便于浇筑的混凝土能填充密实。当浇筑后的混凝土平板试件发生收缩时，四周将受到这些螺栓的约束。在模具底板的表面铺有低摩擦阻力的聚四氟乙烯片材，使硬化之后的混凝土不受底板约束。模具作为试验装置的一个部分，试验时与试件连在一起。（a）平板开裂仪实物图（b）平板开裂仪结构示意图图2平板开裂仪（2）实验步骤A. 将混凝土浇筑到平面钢制模具内，然后振捣，直到混凝土被捣实且大约与模具顶部齐平。振捣后用抹刀把表面收平，使骨料不外露且表面平实，然后立即用塑料薄膜覆盖，2 h后取下薄膜。B

21、. 用电风扇直吹试件表面，风速为8m/s，风向平行于试件表面，同时把试件置于(202)，相对湿度(605)%的环境中。隔段时间进行观察一次，直至出现裂缝，然后记录初始裂缝出出现的时间，初始裂缝的长度和宽度。6h时(从浇筑混凝土开始计时)观察一下试件裂缝数量、宽度和长度。24 h后(从浇筑混凝土开始计时)开始观察试件裂缝数量、宽度和长度，裂缝以肉眼可见为准，用钢尺测量其长度，近似取裂缝两端直线距离为裂缝长度。当裂缝出现明显弯折时，以折线长度之和代表裂缝长度。裂缝宽度用裂缝观察仪(精确度为0.005mm)进行测量。（3）实验结果将表1配合比中A5、A3、A6、B1、B2、B3种混凝土，分别浇筑在模

22、具中，振捣抹平后置于养护室中用塑料薄膜覆盖2 h后取下薄膜，开始用电风扇直吹试件表面，试件的开裂情况如图3所示：（a）素混凝土（b）掺杜拉纤维混凝土（c）凯泰聚丙烯纤维混凝土（d）粗仿钢丝纤维混凝土（e）细仿钢丝纤维混凝土（f）钢纤维混凝土图3平板试件裂缝观察图根据我国新混凝土结构耐久性设计与施工指南中规定的平板开裂分析评价方法及一些科技文献报道，主要记录试件的开裂时间、裂缝长度和宽度。计算下列四个参数：（a）平均开裂面积：(mm2/根)；（b）单位面积开裂裂缝数目：b=N/A(根/m2)；（c）单位面积的总开裂面积：C=ab(mm2/m2)式中：Li第i根裂缝的长度，mm；Bi第i根裂缝的最

23、大宽度，mm；N总裂缝数目，根；A试验板面积，0.36m2；（d）裂缝降低系数式中：Amcr纤维混凝土板的总开裂面积，mm2；Afcr对比用基准板的总开裂面积，mm2；混凝土(砂浆)早龄期防裂效能等级可按照两组试验的平均值依据表9评定。表9混凝土(砂浆)裂缝降低系数和防裂效能等级对照表防裂效能等级评定标准一级0.85二级0.700.85三级0.500.70试验结果如表10所示：表10 混凝土早期平板开裂观测结果编号纤维掺量/(Kg/m3)初裂时间/ h 裂缝最大宽度/mm裂缝平均开裂面积/mm2单位面积裂缝数目/根m-2单位面积的总开裂面积/ mm2裂缝降低系数/A504.80.352.106

24、9144.900A31(杜拉)21.70.050.08141.120.99A61(凯泰聚丙烯)22.00.050.14172.380.98B14.5(仿钢丝粗纤维)4.30.201.425071.000.51B24.5(仿钢丝细纤维)5.00.151.354257.000.61C178（钢纤维）4.00.100.575028.500.80编号纤维掺量/(Kg/m3)初裂宽度/mm最大裂缝宽度/mm裂缝总长度/mm裂缝数/6h24h6h24h6h24hA500.200.250.35546.3650.71025A31(杜拉)0.0500.05016.205A61(凯泰聚丙烯)0.0500.0503

25、4.506B14.5(仿钢丝粗纤维)0.150.150.20302.1416.71218B24.5(仿钢丝细纤维)0.100.100.15276.8325.41015C178（钢纤维）0.050.050.10207.5305.91218各种混凝土1d龄期时，混凝土的总开裂面积、总开裂长度、总开裂条数、裂缝平均开裂面积和裂缝降低系数的对比见图4所示。图4各种混凝土的开裂度对比图2、应力试验机开裂实验为更好地模拟混凝土在实际工程中的温度应力状态及其开裂敏感性的关系，采用了国内先进的约束可调式单轴温度应力开裂试验机对混凝土开裂性能进行研究。该机器是一种研究混凝土开裂性能的精密设备，一端约束，一端松弛

26、完成水化热、温度跟踪试验、低温收缩试验、高温试件线膨胀试验（主机构造见图5所示）。约束条件下，环境温度变化中试件的内应力变化测定试验，在同箱环境温度中试件抗裂抗拉能力。WTST-150约束可调式单轴温度应力开裂试验机的研制解决了长期不能有效对混凝土开裂性能进行研究的局面。该试验机能够测量弹性模量，徐变松弛能力，热膨胀系数等水化热、绝热温升试验和自由收缩试验不能从获得的参数。试验机获得的数据能够正确地反映混凝土的开裂趋势。可进行混凝土基准试验、等温控制试验、环境条件变化试验、约束度变化等试验研究。图5温度应力实验机主机示意图 1、主机架 2、步进电机 3、压力传感器 4、位移传感器 5、试件 6

27、、模板 7、环境箱 8、升降机构其主要技术指标如下：1、主机身尺寸：3600800960mm；2、试验试件规格：1500150150mm；3、最大拉压应力： 150KN；4、拉压应力测量精度：50N5、位移测量分辨率/精度：0.01m/0.1m6、位移控制精度：0.3m7、试件约束：0100%无级可调；8、温度控制精度：0.2；9、温度测量范围：-2060；10、湿度测量范围：30100RH11、裂缝检出范围：0.052.0mm；12、裂缝检出精确度：0.03mm；13、应力加载滞后时间：0.5s按表1中A3配合比拌合混凝土，将其倒入试验机模具中成型试件，实验条件控制如下：（1）约束程度为模拟

28、实际工程中的强约束环境，对约束程度的控制较为重要，接近100%的约束条件对混凝土最为不利，故约束程度定为99%100%。（2）温度条件试验过程中室温保持在(202)，避免温度波动引起仪器变形，影响检测结果。在试验时保持环境箱中的恒温状态，直至试件开裂。（3）应力和温度测量在试验过程中，每隔3分钟测量一次应力值和试件温度值，观察混凝土的力学性能和热学性能。试验结果见表11和图6及图7所示。表11C35抗裂混凝土温度应力试验结果测试项目测试值A3A4A5新拌混凝土温度T0/19.1220.2019.40最大压应力/MPa0.3790.3920.375最大压应力时的温度/33.9636.7234.2

29、3最高温度Tmax/36.3540.1237.12温升/17.2319.9217.72升温时间/min124214421312第二零应力温度/30.0533.0230.01降温前温度/24.1825.4323.21开裂应力/MPa1.651.821.15开裂温度/20.2619.9119.80试验历时/ min372636263326备注：为拉应力；+为压应力。A3配合比混凝土应力-时间曲线图A3配合比混凝土温度-时间曲线图A4配合比混凝土应力-时间曲线图A4配合比混凝土温度-时间曲线图A5配合比混凝土应力-时间曲线图A5配合比混凝土温度-时间曲线图由表及图分析可以看出：A3配合比由于水泥用量

30、较低，并且大量掺入了粉煤灰，因而水泥水化放热所引起的温升较低，浇筑温度（19.12）与最高温升（36.35）之差只有17.23。在1242min之前，混凝土由于水泥的水化热基本处于升温的阶段，之后温度逐渐降低；同样地，由于粉煤灰早期水化反应较慢，总体而言升温速率较缓，温升幅度较小，因而在混凝土由体积热胀而产生的预压应力较小，仅为0.379MPa。随温度下降，在2000min、30.05时混凝土中由温度梯度而产生了拉应力，在刚性约束条件下，试件于3726min时开裂，开裂拉应力为1.65MPa。水泥用量为310kg/m3的A4、以及未掺纤维的A5配合比混凝土温度-时间及应力-时间变化趋势曲线图相

31、近，但相比较而言，水泥用量高的A4配合比混凝土升温阶段持续时间稍长，而最高温升及内外温升幅度也较大，由于其早期强度较高，因而其开裂应力值也大于A3配合比混凝土；未掺纤维的A5配合比混凝土开裂应力值小于A3配合比混凝土，同时开裂时间也较早，表明其开裂敏感性强于A3配合比混凝土，即说明在其余条件相同的情况下，掺入纤维后可以提高混凝土的抗裂能力。（五）抗渗性能按相关规范进行抗渗性实验，表1中各配合比混凝土均能满足S10要求。（六）结果分析由混凝土各配合比的物理力学性能、新拌工作性能、抗裂性能及抗渗性能试验结果分析可知：（1）从各配合比混凝土抗压强度及劈裂抗拉强度可以看出，随水泥用量的增加，混凝土抗压

32、强度及劈裂抗拉强度呈增长的趋势；当水泥用量达到270kg/m3时以上， A2配合比即可满足C35强度等级要求，水泥用量达到290kg/m3的A3配合比28d强度值有一定的富余量。对比A3、A6、B1、B2、C1和A5配合比，可以发现，在其余组分及比例相同的情况下，掺入纤维后对混凝土强度有一定作用效果，其中，掺入杜拉纤维和凯泰聚丙烯纤维可以较明显提高混凝土的强度，特别是劈裂抗拉强度；但在本实验的混凝土配合比当中，掺入凯泰粗仿钢丝纤维、细仿钢丝纤维及钢纤维对提高混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度效果不太明显。（2）随着水泥用量的增加，新拌混凝土坍落度经时损失大致呈现出增大的趋势，同时掺入纤维之后对混凝土

33、的新拌工作性能有一定的不利影响，从实际的新拌混凝土性状判断，掺入纤维之后混凝土坍落度和扩展度有所降低，其中凯泰聚丙烯纤维和钢纤维影响较大，杜拉纤维和仿钢纤维等影响较小。但总体而言，通过调整用水量和高效减水剂品种和掺量，混凝土新拌工作性能能够满足泵送施工要求。（3）从表1各配合比的混凝土抗裂性能而言，可以发现纤维的掺入能够起到较显著的抗裂作用。除对混凝土抗压强度和工作性能产生影响外，纤维对混凝土基体的另外两种作用分别是阻裂和增韧。钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度提高最大为18.4，其次是凯泰聚丙烯纤维混凝土的劈裂抗拉强度提高为13.2，接着是杜拉纤维混凝土的劈裂抗拉强度提高为10.5，再次是仿钢丝细纤

34、维混凝土的劈裂抗拉强度提高为7.9，最后是仿钢丝粗纤维混凝土的劈裂抗拉强度提高为5.3。在本实验中加速开裂的条件下，裂缝的发生及发展主要发生在1 d前，从混凝土的总开裂面积、总开裂长度、总开裂条数、裂缝平均开裂面积和裂缝降低系数这五个指标来看，纤维混凝土比素混凝土有较大的提高。以素混凝土为基准，杜拉纤维混凝土的裂缝降低系数最高为0.99，属于防裂效能等级的一级；其次是凯泰聚丙烯纤维混凝土，其裂缝降低系数为0.98，也属于防裂效能等级的一级；接着是钢纤维混凝土，其裂缝降低系数为0.80，属于防裂效能等级的二级；再就是仿钢丝细纤维，其裂缝降低系数为0.61，属于防裂效能等级的三级；最后是仿钢丝粗纤

35、维，其裂缝降低系数为0.51，属于防裂效能等级的三级。因此，综合考虑混凝土的物理力学性能、工作性能、抗裂性能等，以及经济成本，建议采用表1中A3配方混凝土，即：序号水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)有机纤维(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)减水剂(Wb%)A3165.5290140177710730.8四、 抗裂混凝土的施工及养护技术进行混凝土配合比的优化设计，从材料的角度提高混凝土的抗裂性能、降低其开裂敏感性是减少隧道侧墙混凝土裂缝产生机率的重要措施。然而，从上文工程结构裂缝产生的原因分析来看，材料本身只是影响裂缝形成和发展的重要因素之一，要实现对隧道侧墙大体

36、积超长混凝土结构裂缝形成和发展的控制，还需要从结构优化和施工、养护等方面采取相应措施。（一）混凝土的拌合、运输和浇筑施工在进行隧道侧墙混凝土拌合之前，首先应当对原材料品质进行控制，水泥应当符合国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB175-1999）要求，且不得使用刚出厂尚有余温的水泥进行混凝土的拌制，应当控制水泥温度接近室温。粗骨料品质除符合国家标准建筑用卵石、碎石（GB/T14685-2001）要求之外，含泥量应当控制在1%以内。细骨料宜采用天然砂；高效减水剂建议使用聚羧酸系列高效减水剂；粉煤灰应使用II级及以上粉煤灰，质量应符合国家标准用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB1596-91）的规

37、定。在进行混凝土拌合时，应将纤维分散加入，为保证纤维在混凝土中的均匀分布，可适当延长搅拌时间。在满足泵送施工要求的前提下，坍落度不宜过大，出机混凝土初始坍落度控制在20cm左右，泵送施工时坍落度在14cm以上即可。拌合时应密切注意混凝土性状，根据砂石含水量变化及时调整拌合水量及高效减水剂用量，严防混凝土出现离析、泌水的现象。在混凝土运输过程中应保持混凝土的均匀性，适当进行搅拌，避免出现离析、泌水现象。在运输过程中严禁擅自加水或化学外加剂。当出现离析现象时，应采取二次搅拌的措施。在进行泵送施工之前应当检查模板和支撑的强度、刚度和完整性，同时检查泵管连接的牢固程度。同时，混凝土的一次浇筑量要适应各

38、环节的施工能力，以保证混凝土的连续浇筑。在进行浇筑施工时，适当控制浇筑高度，每层控制在不超过50cm，捣平后再浇筑上层混凝土。振捣应到位，对边角、钢筋密集处混凝土犹应加以注意。但也要注意不得过振，防止出现离析泌水现象。在浇筑上层混凝土时，须将振捣器插入下一层混凝土5cm左右以使两层混凝土之间结合紧密。墙体和底板、顶板混凝土之间不宜一次连续浇筑成型，而应分段浇筑，以防对墙体混凝土形成较大的约束。（二）混凝土的养护养护是混凝土裂缝控制非常重要的环节，混凝土浇筑后如不及时养护，将有可能由于水分的过早、过快散失而产生较大的收缩变形。墙体混凝土浇筑施工完毕后，当其达到一定强度（13d）后，必要时及时松动模板，离缝约35mm，在墙体上部架设淋水管，抽取江水进行喷淋养护。但在温度较低时（10），不应进行浇水养护，而应采用湿麻袋，用塑料薄膜、塑料彩条布等进行保温保湿养护。20