某機(jī)場道面混凝土施工裂縫防治

摘 要：針對(duì)西北干旱地區(qū)某機(jī)場現(xiàn)澆混凝土道面板在施工過程中出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象，綜合考慮環(huán)境條件和工程特點(diǎn)，從環(huán)境條件、材料選用和施工工藝等方面分析裂縫產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的防治措施，在實(shí)踐中取得了顯著的效果，可供西北干旱地區(qū)道面混凝土施工參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)場道面； 混凝土裂縫； 防治技術(shù)

【文章編號(hào)】1627-6868（2017）03-0041-02

Abstract： In Cracks appear for the northwest arid areas of an airport cast-in-place concrete the Road panel in the construction process， considering the environmental conditions and the engineering characteristics， analysis of the causes of cracks from the areas of environmental conditions， material selection and construction process， and the correspondingprevention and control measures， in practice， has achieved significant results， available in northwest arid zone pavement concrete construction reference.

Key words： airport pavement； concrete cracks； prevention technology

1.引言

西北某機(jī)場，位于沙漠邊緣，屬溫帶大陸性干燥氣候，陽光充足，晝夜溫差大。機(jī)場道面設(shè)計(jì)要求為24cm厚水泥混凝土面層，直接式蓋被。春季試打，夏季施工。施工初期道面即出現(xiàn)大量塑性裂縫，嚴(yán)重的在終凝前達(dá)10～100cm長，1～2mm寬。施工單位采取在拉毛后及時(shí)覆蓋塑料膜保水的措施，消除了塑性裂縫的產(chǎn)生，但在切縫彈線和切割時(shí)又產(chǎn)生大量可見裂縫。裂縫的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了工程的質(zhì)量和進(jìn)度，并且對(duì)于服役工作環(huán)境較嚴(yán)酷的道面板而言，裂縫的存在會(huì)影響道面的耐久性和安全使用[1，2]。混凝土的早期開裂是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象，影響混凝土早期開裂的因素也是復(fù)雜的。本文主要針對(duì)該機(jī)場混凝土施工特點(diǎn)及存在問題，綜合工程特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，從材料、施工和管理等各方面進(jìn)行分析，探討西北干旱地區(qū)道面混凝土早期裂縫的成因及防治措施。

2.早期裂縫原因分析

影響混凝土早期開裂的因素很多，除了自收縮和干燥收縮外，還有早期的彈模、抗拉強(qiáng)度、極限拉應(yīng)變、徐變等；除此又與水蒸發(fā)速率、降溫速率、結(jié)構(gòu)約束程度有較大的關(guān)系[3]。針對(duì)該機(jī)場施工中出現(xiàn)裂縫的情況，對(duì)環(huán)境特點(diǎn)、進(jìn)場材料、施工工藝等方面進(jìn)行調(diào)查分析，認(rèn)為該機(jī)場早期裂縫的產(chǎn)生，主要是由環(huán)境、材料和施工三方面因素造成的。

2.1 環(huán)境因素

環(huán)境因素包括有氣溫、濕度、風(fēng)速以及陽光輻射強(qiáng)度等。該機(jī)場處于北方沙漠干旱地區(qū)，陽光輻射強(qiáng)烈，氣候特別干燥且多風(fēng)，新拌混凝土大面積暴露于外部環(huán)境之中，面層砂漿失水過快從而產(chǎn)生大量塑性收縮裂縫。另外，當(dāng)?shù)貧鉁剌^高，外界溫度越高，水泥水化反應(yīng)速度越快，水化放熱集中，從而使內(nèi)部溫升較高。而當(dāng)?shù)貧鉁貢円箿夭畲螅谠绯繗鉁剌^低的情況下，掀開覆蓋層切縫彈線、切割時(shí)又會(huì)使混凝土降溫過快，從而產(chǎn)生大量可見裂縫。

2.2 材料因素

2.2.1 水泥

本場使用P·Ⅱ42.5等級(jí)散裝水泥，C3S含量為58～60%，C2S含量為14～20%，C3A含量約為8～10%，C4AF含量為14～18%。經(jīng)抽檢各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB175質(zhì)量要求。出現(xiàn)裂縫可能與以下因素有關(guān)：

（1）水泥開裂敏感性大。本場使用水泥顆粒很細(xì)，比表面積達(dá)到430-480m2/kg，需水量增大，容易產(chǎn)生收縮裂紋。C3S、C3A含量較多，混凝土澆筑后凝結(jié)硬化快，水化放熱量大而集中，使得混凝土本體溫差更大，極易產(chǎn)生裂縫。

（2）水泥用量較多。該機(jī)場配合比設(shè)計(jì)，每立方混凝土水泥用量為338kg。水泥用量偏多會(huì)增加水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)收縮和因水泥水化熱的增加而導(dǎo)致的溫度變形。每立方混凝土每增加或減少1kg水泥，則混凝土溫度提高或降低約1℃，水泥用量越大，水化熱也越多，對(duì)混凝土抗裂性越不利。

（3）水泥進(jìn)場溫度過高。該機(jī)場使用的散裝水泥，運(yùn)送到現(xiàn)場溫度均在60～70℃，泵送入水泥儲(chǔ)存罐后溫度又有所上升，從而提高了混凝土拌合物的溫度，加上水泥水化熱引起的溫升，使剛鋪筑的道面板混凝土的溫度比周圍環(huán)境溫度高出許多?；炷猎诮禍剡^程中，尤其是在溫度較低的夜晚和早晨，會(huì)產(chǎn)生熱收縮。熱收縮受到基層摩阻力的約束，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，引起混凝土的開裂。

2.2.2 骨料品質(zhì)

該機(jī)場使用碎石為花崗巖，長石含量高，熱膨脹系數(shù)較大。砂為中粗砂，含泥量較大，達(dá)到了3～3.5%。砂石中含泥量偏大，妨礙了水泥與砂石之間的咬合粘結(jié)，弱化了砂石界面結(jié)構(gòu)，降低了界面強(qiáng)度，也降低了混凝土的強(qiáng)度，加劇了裂縫情況的產(chǎn)生。

2.3 施工原因

（1）施工時(shí)間。施工時(shí)間為7、8月份，工期為60天。白天氣溫較高，經(jīng)過曝曬的基層舊道面溫度較高，提升了混凝土拌合物的溫度。晝夜溫差均大于10℃，最高達(dá)到了22℃，使混凝土經(jīng)歷急速的降溫過程，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。施工期間經(jīng)常有4-5級(jí)的干燥熱風(fēng)，加劇了混凝土面層的水分蒸發(fā)。

（2）施工工藝。本機(jī)場采用拉毛工藝，為滿足抗滑指標(biāo)，面層必須有一定厚度的砂漿才能拉出滿足設(shè)計(jì)要求的紋理深度。而當(dāng)?shù)囟囡L(fēng)，陽光輻射強(qiáng)烈，空氣濕度低，氣候特別干燥，面層砂漿失水過快從而產(chǎn)生大量塑性收縮裂縫。

（3）切縫時(shí)機(jī)。在早晨掀起覆蓋混凝土道面的塑料布進(jìn)行切縫時(shí)，產(chǎn)生大量可見裂縫。這是因?yàn)闀円箿夭畲螅谒療岣叻迤谙破鹚芰喜际沟没炷两禍剡^快，混凝土表面接觸溫度較低的環(huán)境產(chǎn)生裂縫。

3.早期裂縫防治技術(shù)

混凝土是一種非勻質(zhì)的復(fù)雜多相復(fù)合材料，在其微觀結(jié)構(gòu)相組成之間主要的結(jié)合力是范德華力，因此其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度。當(dāng)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。在實(shí)際施工中，影響開裂的因素是復(fù)雜的，多方面的，控制裂縫也應(yīng)從整體論出發(fā)，根據(jù)當(dāng)?shù)?、?dāng)時(shí)的環(huán)境氣候，原材料供應(yīng)情況，可能采取的方案措施等來綜合防治混凝土的早期裂縫。針對(duì)北方干旱地區(qū)的機(jī)場道面混凝土施工特點(diǎn)，應(yīng)采取以下措施來防治混凝土的早期裂縫。

3.1 材料方面

（1）選用合適品種的水泥，改變水泥的礦物組成，降低水泥的細(xì)度。選用開裂敏感性小的水泥（低C3S、C3A含量，低堿含量，低比表面積）。水泥的水化熱與水泥的礦物組成和性質(zhì)密切相關(guān)，要減小水泥的水化熱，必須降低熟料中的C3S和C3A含量，相應(yīng)提高C2S和C4AF的含量[4]。本場所用水泥經(jīng)與水泥廠協(xié)調(diào)，降低了C3S和C3A含量（C3S<55%、C3A<5%），降低了水泥的細(xì)度，使水泥的比表面積小于400m2/kg，有效降低了水泥的水化放熱量，減小了溫差。

（2）摻用外加劑和摻合料，減少單位水泥用量。水泥的用量越大，產(chǎn)生的水化熱越多，因此在不改變其他性能的條件下，盡可能減少水泥用量。摻用部分粉煤灰取代部分水泥，在道面混凝土中，粉煤灰的摻量一般為25%～30%[5]。本場采用北京科寧空港外加劑有限公司生產(chǎn)的ADD-3引氣型緩凝高效減水劑，每立方混凝土水泥用量為280Kg，摻加25%的Ⅱ級(jí)粉煤灰，有效延長了水泥水化放熱時(shí)間。

（3）大量試驗(yàn)結(jié)果表明，在新拌混凝土中摻加合成纖維可有效防止混凝土早期塑性收縮裂縫[6]。該機(jī)場道面混凝土中摻加了0.1%的改性聚酯纖維，混凝土攪拌時(shí)間延長了30s，纖維分散性很好，充分發(fā)揮了阻裂作用，基本消除了早期塑性收縮裂縫現(xiàn)象。

（4）降低水泥的進(jìn)場溫度。在現(xiàn)場增加了水泥儲(chǔ)存罐，使水泥降溫后再使用，對(duì)降低拌合物溫度，控制裂縫的產(chǎn)生起到積極作用。

（5）選用優(yōu)質(zhì)骨料。選取級(jí)配好，雜質(zhì)少的砂石材料。嚴(yán)格控制砂子的含泥量不超過2%，石子的含泥量不超過1%[7]，有效減少了收縮開裂現(xiàn)象。

3.2 施工方面

（1）合理選擇施工時(shí)機(jī)。施工工期盡量避開炎熱干燥的夏季，選擇9、10月份施工。夏季施工時(shí)避開高溫天氣，將澆筑時(shí)間改在下午4點(diǎn)以后或者晚上施工。白天施工要設(shè)遮陽棚，防止太陽曝曬。刮風(fēng)天氣，風(fēng)速很大時(shí)一般不宜施工，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置擋風(fēng)帶，避免干熱風(fēng)直接吹混凝土表面。雷雨天氣還應(yīng)設(shè)置防雨棚，可以防止雨淋而導(dǎo)致混凝土表面溫度驟降而產(chǎn)生裂縫。

（2）選擇合理的施工工藝。對(duì)于北方干燥沙漠地區(qū)，道面抗滑粗糙度應(yīng)采用刻槽工藝，而不宜采用拉毛工藝。另外，增加抹面次數(shù)也可以減少混凝土表面的開裂程度。在混凝土初凝后對(duì)其進(jìn)行抹面，可以把原來處于裸露狀態(tài)下出現(xiàn)的一些表面裂縫抹掉；并可以封堵毛細(xì)孔，減小水分的蒸發(fā)速率；抹面還可以使混凝土表面更加密實(shí)，提高其表面強(qiáng)度，防止混凝土的表面起粉。

（3）采取適當(dāng)?shù)慕禍?、保濕措施。澆筑前?yīng)對(duì)原道面或基層灑水降溫，盡量降低混凝土拌和物接觸的環(huán)境溫度。拉毛后應(yīng)及時(shí)覆蓋塑料布保水。覆蓋塑料布可以完全阻止新拌混凝土內(nèi)部的水分蒸發(fā)，使整個(gè)混凝土板處于同一濕度條件下養(yǎng)護(hù)，消除了濕度梯度的影響。養(yǎng)生時(shí)采用噴灑養(yǎng)護(hù)劑的保水養(yǎng)護(hù)措施，避免混凝土早期由于干燥收縮而導(dǎo)致的開裂。

（4）選擇合適的切縫時(shí)機(jī)?；炷龄佒r(shí)，布料要均勻，振搗要密實(shí)，防止混凝土收縮而產(chǎn)生裂縫。連續(xù)澆筑一次不宜超過100m。及時(shí)切縫的目的就是要縮小混凝土道面板的長度，減小其收縮變形。由于晝夜溫差大，切縫時(shí)機(jī)一定要根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁厍闆r、混凝土強(qiáng)度增長情況來掌握，防止收縮拉應(yīng)力過大引起斷板。

4.結(jié)語

采取上述綜合措施，該機(jī)場有效防止了早期裂縫的產(chǎn)生，混凝土的強(qiáng)度、表觀質(zhì)量大大提高，竣工驗(yàn)收時(shí)被評(píng)為優(yōu)質(zhì)工程。在西北地區(qū)的機(jī)場道面混凝土施工中，混凝土的早期開裂是一個(gè)比較普遍的現(xiàn)象，而影響混凝土早期開裂的原因也是復(fù)雜的?；炷恋烂驿佒r(shí)，應(yīng)綜合考慮環(huán)境條件、材料選擇、配合比設(shè)計(jì)和施工技術(shù)等多方面因素。選用合適品種的水泥，盡可能減少水泥用量，選用優(yōu)質(zhì)骨料，選擇合理的施工時(shí)機(jī)與施工工藝，采取適當(dāng)?shù)慕禍乇翊胧x擇合適的切縫時(shí)機(jī)等，可以有效防治早期裂縫的出現(xiàn)，提高道面鋪筑質(zhì)量，確保其設(shè)計(jì)使用功能，延長道面使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1] 王碩太、薛菁等.機(jī)場道面高強(qiáng)混凝土早期抗裂性評(píng)價(jià)[J].建筑技術(shù)，2007（9）：650-652.

[2] 劉慶濤、王碩太、孔祥海等.機(jī)場道面混凝土耐久性研究[J].混凝土，2007（6）：13-15.

[3] P.K.Mehta， et al.Concrete：Microstructure， Properties and Materials. Third Edition.NewYork：MeGral Hall，2005.

[4] 馬國靖、王碩太、黃燦華等.機(jī)場道面混凝土水泥品質(zhì)要求[J].工業(yè)建筑，2004.34增刊：556-558.582

[5] 王碩太、馬國靖、朱志遠(yuǎn)等.高性能道面混凝土配合比設(shè)計(jì)[J].公路交通科技，2007.24（4）：25-28.

[6] 岑國平、朱志遠(yuǎn)、王碩太等.道面合成纖維混凝土性能的試驗(yàn)與比較[J].混凝土，2008（6）：45-46.49.

[7] GJB1112A-2004. 軍用機(jī)場場道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

【作者簡介】陳玉華（1969-），男，大學(xué)本科，研究方向：機(jī)場工程設(shè)計(jì)、監(jiān)理。