及在施工中注意事项
【摘要】在制作桥面防水保护层的过程中，因混凝土使用集料较细，铺设厚度较薄，在施工中如处理不当容易形成空鼓及后期保护层开裂等现象。针对这一情况，本文以南京地铁工程为依托着重介绍了制作桥面防水保护层所使用细石混凝土配合比的设计以及杜绝或降低空鼓、保护层开裂等所注意的施工事项。
【关键词】 配合比设计 空鼓 保护层开裂
一、工程概况
本部所承建的起点桩号K28+205，终点桩号K30+735.207主要分为两个区间段及两个车站。区间段包括：金山站-仙门站高架区间，桩号为K28+205～K29+408.014（此区间为现浇区间和一个斜拉桥）；仙门站-仙中站高架区间，桩号为K29+550.207～K30+735.207（此区间为U型梁预制区间）。车站地下一层为电缆夹层，地上一层为站厅层，地上二层为设备管道层，地上三层为站台层，屋顶为钢结构且两个车站均为鱼腹式高架车站。为避免自然降水引起渗漏而对高架桥的梁内钢筋造成损害，需用聚氨酯防水涂料为高架桥面做防水处理，并在防水层表面制作30mm～50mm保护层，保护层选用细石混凝土铺设，强度等级为C40。
二、形成空鼓及后期保护层开裂现象的原因
1、空鼓形成的原因：施工中如基层（防水层）表面清理不净存在施工垃圾，造成混凝土保护层与防水层的粘结不牢固；基层表面存在积水，在铺设混凝土保护层后，积水部分水灰比突然增大，降低混凝土保护层与基层的粘结力，致使形成空鼓；放料前，混凝土搅拌不均匀，导致摊铺时混凝土密度不一致，初凝期完成后出现沉降，形成空鼓。
2、保护层开裂的原因：混凝土在硬化过程中约有20%的水分是水泥水化所必须的，还有80%的水分要不断蒸发，随着水分的变化减少，引起混凝中硅酸钙胶体体积减小而不断干燥收缩，混凝土中就会产生收缩应力，如在混凝土硬化过程中养护不及时，水分蒸发过多，混凝土收缩应力过大加上防水层摊铺厚度薄（为30mm～50mm）将导致混凝土保护层开裂；混凝土摊铺厚度薄，其尺寸远远小于其他两个方向的尺寸，混凝土内部水化热较大，砼表面热量散失较快，由温差引起温度胀缩应变产生裂缝。
三、细石混凝土配合比的设计
因防水保护层使用的混凝土为细石混凝土，骨料较细，坍落度较大，流动性较好，故在细石混凝土配合比的设计时，不予考虑骨料对泵送因素的影响。
1、原材料的选用
1.1、粗集料：细石混凝土使用的集料为汤山采石厂的粒径5.0～16.0mm的连续级配碎石。其含泥量0.6%，泥块含量0.3%，针片状颗粒9%，松散体积密度1460kg/m3 。其筛分结果如下表所示：
| 筛孔孔径（mm） | 31.5 | 25.0 | 20.0 | 16.0 | 10.0 | 5.00 | 2.50 |
| 累计筛余量（%） | / | / | / | 8 | 55 | 94 | 100 |
1.3、砂：细集料为级配良好的天然中砂，其含泥量0.6%，泥块含量0.2%，细度模数2.4，表观密度2550(kg/m3 ) ,堆积密度为1660(kg/m3 )，筛分结果如下表所示：
| 筛孔孔径（mm） | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 累计筛余(%) | 4.4 | 18.0 | 33.2 | 51.2 | 77.6 | 94.0 | 98.0 |
1.5、外加剂：博特公司研制生产的JM-VIII高效减水缓凝剂。
1.6、纤维：为抑制细石混凝土在硬化过程中及水化热的影响所产生的裂缝，在细石混凝土中掺入了聚丙烯纤维，纤维采用的是博特公司研制生产的润强丝牌聚丙烯纤维。
1.7、水：饮用水。
2、配合比的计算：
2.1根据规范（JGJ55-2000、JGJ/T 10-95）并结合本工程的实际情况
计算试配强度： fcu.k+1.654σ=40+1.654×6=48.2Mpa并根据规范把试配强度fcu0定为48.2Mpa进行水灰比的计算。
2.2、确定水灰比
2.2.1、按照规范回归系数αa取0.46、αb 取0.07，考虑到水泥28天强度的不稳定性，为了提高混凝土强度的保证系数，水泥的富裕系数γc为1.13
2.2.2水泥28天强度取值为：fce=γc×42.5=1.13×42.5=48.0Mpa 水灰比 W/C=αa×fce/( fce0+αa×αb×fce)=（0.46×48.0）÷（48.2+0.46×0.07×48.0）=0.44
2.3、确定水的用量
2.3.1、根据工程实际情况所要求的混凝土的坍落度和碎石的最大粒径情况，查（JGJ55-2000）表4.0.1-2得到初始设定用水量mw0=240kg/m3
2.3.2、本工程使用的外加剂为JM-VIII高效减水剂，其减水率为β=20.7%，所以惨外加剂的混土的用水量mw= mw0×（1-β）=240×（1-20.7%）=190kg
2.4、确定水泥总量
水泥总用量 mc=190÷0.44=431kg
2.5 、计算水泥的实际用量
2.5.1、考虑到本工程是在地面以上的机构，其实体机构的强度增长情况受环境的影响很大，应相增加粉煤灰取代水泥率。
2.5.2、选取粉煤灰取代水泥率βc=12%
2.5.3、超量取代系数均为1.0（等量取代）
2.5.4、按取代水泥率算出每立方米混凝土的水泥用量（mc）
mc=338×（1-12%）=379kg
2.5.5、计算粉煤灰实际用量（mf） 采用等量法计算。级粉煤灰等量系数δc=1.0 则每立方米混凝土的级粉煤灰实际用量mf=（431×12%）×1.0=52kg
2.6、确定砂率
为了满足泵送需要查（JGJ55-2000）表4.0.2 同时根据试验确定砂率为SP=40%.
2.7、计算碎石、砂的总量
假设每立方米混凝土的容重为2400kg
根据混凝土组成mc+m+ms +mw=2400。将已知数据代入公式得到混凝土中的碎石和砂的总量为 mg+ms=2400－379—52-190=1779kg
2.8、确定砂的用量ms
单方量砂的用量为ms=1779×40%=712kg
2.9、确定碎石的用量
单方量碎石的用量为mg=1779-712=1067kg
2.10、确定外加剂JM-VIII的掺量
经过试验外加剂的掺量为1.4%。每立方米混凝土的外加剂用量：
（水泥+粉煤灰）×1.40% =（379+52）×1.40%=6.0 kg
2.11、确定聚丙烯纤维的掺量。
参照润强丝牌聚丙烯纤维的推荐掺量，每立方混凝土的润强丝牌聚丙烯的掺用量0.8Kg/m3
2.12 、配合比的计算
（水泥+粉煤灰）： 碎石： 砂 ： 水 ： 外加剂(JM-VIII)；纤维
（379） ： 1067：712： 190：6.0；0.8
1 ： 2.48 ：1.65： 0.44：0.0139
2.13、试配后，在确定好用水量和水灰比时，进行其他两个配合比的试配，按确定好的用水量和以±0.05调整水灰比进行试配，试配后在确定生产配合比。具体调整水灰比的数值见下表所示：
| W/C | 试验配合比（(kg/m3 ) | Sp % | 容重 kg/m3 | 坍落度 （mm） | ||||||
| C | F | W | S | G | JM-VIII | 纤维 | ||||
| 0.44 | 379 | 52 | 190 | 712 | 1067 | 6.0 | 0.8 | 40 | 2390 | 170 |
| 0.39 | 429 | 58 | 190 | 672 | 1052 | 6.8 | 0.8 | 39 | 2410 | 180 |
| 0.49 | 341 | 47 | 190 | 747 | 1075 | 5.4 | 0.8 | 41 | 2390 | 170 |
根据配合比进行混凝土试配且装入150× 150×150的试模中，标准养护，分别测出其七天强度和二十八天强度。其具体结果如下表所示：
试模的尺寸
| （mm） | 设计强度等级 | 水灰比 | 七天抗压强度（Mpa） | 二十八天抗压强度（Mpa） |
| 代表值 | 代表值 | |||
| 150×150×150 | C40 | 0.44 | 38.2 | 46.2 |
| 0.39 | 41.0 | 49.7 | ||
| 0.49 | 35.0 | 43.8 |
2.15、根据试配的强度结果，选定0.39水胶比为施工配合比。
| 设计坍落(mm) | W/C | C | F | W | S | G | JM-VIII | Sp | 纤维 |
| 140±20 | 0.39 | 429 | 58 | 190 | 679 | 1052 | 6.8 | 39 | 6.8 |
3、聚丙烯纤维的作用机理分析
由纤维间距理论并根据弹性断裂力学说明纤维对裂缝发生和发展的约束作用，此理论认为聚丙烯纤维掺入混凝土中可降低混凝土内裂缝尖端的应力集中系数。由于聚丙烯纤维与水泥基集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀；同时由于细微，比表面积大，能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。在混凝土凝结的过程中，当水泥基体收缩时，由于纤维这些微细配筋的作用而消耗了能量，可以抑制混凝土开裂的过程，有效地减少混凝土干缩时所引起的微小裂缝，提高混凝土的韧性。我部委托江苏省质检中心对聚丙烯纤维混凝土及普通混凝土进行常规力学测试，并作了劈裂抗拉测试的试件破坏比较：在相同条件下，聚丙烯纤维混凝土强度提高并不大，但试件的破坏形式却不相同，普通混凝土为脆性破坏，完全断裂；而聚丙烯纤维混凝土仅有几条不同方向的可见短裂缝，试件仍保持完整。从以上比较可以反映出聚丙烯纤维能大大提高混凝土的抗裂能力和韧性，对混凝土的脆性有较理想的效果。聚丙烯微纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烃类纤维，其类型分别为：聚丙烯单丝纤维和聚丙烯网状纤维等两种。我工程细石混凝土中掺入的是聚丙烯网状纤维。聚丙烯的掺入减少了后期产生的裂缝。
四、施工中注意事项
1、在制作防水保护层前，要对基层（防水层）表面清理干净，不得有过多的施工垃圾甚至油腻，最好在防水涂料涂刷24h后进行保护层的制作，且在摊铺细石混凝土之前，混凝土要充分搅拌，确保在放料时混凝土的密度基本一致，避免空鼓的产生。
2、主控项目（抹面层、压光）：为使防水保护层自身达到结合紧密，在制作防水保护层后要对其进行三遍抹压，第一遍抹压：用铁抹子轻轻抹压一遍直到出浆为止；第二遍抹压：当面层砂浆初凝后，地面面层上有脚印但走上去不下陷时，用铁抹子进行第二遍抹压，把凹坑、砂眼填实抹平，注意不得漏压； 第三遍抹压：当面层砂浆终凝前，即人踩上去稍有脚印，用铁抹子压光无抹痕时，可用铁抹子进行第三遍压光，此遍要用力抹压，把所有抹纹压平压光，达到面层表面密实光洁。
3、防水保护层抹压完24h后（有条件时可覆盖塑料薄膜或者土工布养护）进行浇水养护，每天不少于2次，养护时间一般至少不少于7d。
五、结语
防水保护层虽然是主体结构的附属，但施工前准备不充分或施工中细节处理不当，就会造成后期空鼓、裂缝甚至是混凝土的剥落的产生，这样不仅影响整体感观，同时也失去了保护层自身的作用及意义。
参考文献
《普通混凝土配合比设计规程》 （JGJ55-2000）
《细石混凝土地面施工工艺标准》（704-1996）下载本文
