軍用機(jī)場跑道混凝土高溫大風(fēng)季節(jié)裂縫防控技術(shù)

趙陽，劉嬌

（1. 天津冀東津璞基業(yè)混凝土有限公司，天津 301700；2. 天津聚龍力嘉混凝土有限公司，天津 300400）

軍用機(jī)場跑道混凝土高溫大風(fēng)季節(jié)裂縫防控技術(shù)

趙陽，劉嬌

（1. 天津冀東津璞基業(yè)混凝土有限公司，天津 301700；2. 天津聚龍力嘉混凝土有限公司，天津 300400）

本文基于在華北地區(qū)5～7月份高溫大風(fēng)季節(jié)，對(duì)高強(qiáng)度抗折混凝土軍用機(jī)場混凝土地面的裂縫控制進(jìn)行了分析和研究，通過綜合不利因素找到解決問題的途徑，通過材料的選取、生產(chǎn)控制、施工配合達(dá)到了最終軍用機(jī)場路面無裂縫施工的目的，也找到了生產(chǎn)高強(qiáng)度地面混凝土施工的經(jīng)驗(yàn)。

混凝土；配比設(shè)計(jì)；裂縫

1 工程概況

施工單位為中國人民解放軍 A 部隊(duì)的配套建設(shè)工程（項(xiàng)目經(jīng)理部），該工程是空軍 B 部隊(duì)的機(jī)場跑道。混凝土要求 C50，混凝土抗折強(qiáng)度5.0MPa，要求干硬性混凝土。該跑道厚度 330mm，分成每 7m 一條，每7m 切縫一條，要求混凝土不允許有任何裂縫。施工時(shí)間為 2015年4月20日開始，天津地區(qū)正處于大風(fēng)季節(jié)。該混凝土施工難度在于強(qiáng)度高、厚度大、干硬性罐車運(yùn)輸困難，存在氣溫高、風(fēng)大防控裂縫難度大等不利因素。該工程為軍用工程，工期緊，要求 15 天內(nèi)完成共計(jì)混凝土 7000 多立方米、施工面積2萬平米的地面施工工作。該工程為機(jī)場跑道不同于一般的路面工程，相對(duì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求更高，是一個(gè)有較強(qiáng)代表性的工程。

2 理論分析研究

該工程主要問題在于防控裂縫，下面對(duì)地面裂縫成因進(jìn)行分析：

2.1 塑性沉縮裂縫

塑性沉縮裂縫是混凝土的一種早期裂縫，即在澆注完混凝土4～15 小時(shí)左右，水泥水化反應(yīng)劇烈，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)現(xiàn)象，引起失水收縮。尤其在變截面處易發(fā)生劇烈收縮，此時(shí)骨料與膠凝材料之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形。水分大量蒸發(fā)引起的混凝土塑性沉縮裂縫與沉凝土的流態(tài)有關(guān)，一般流態(tài)越大，越容易引起沉縮裂縫。如果混凝土水灰比過大，水泥用量大，摻合料保水性差，粗骨料少，用水量大，易振搗不良，同時(shí)環(huán)境氣溫高，養(yǎng)護(hù)不足表面失水能導(dǎo)致混凝土?xí)霈F(xiàn)塑性沉縮裂縫。為了避免混凝土出現(xiàn)塑性裂縫，可在混凝土還處在塑性狀態(tài)時(shí)，適時(shí)予以拍打，促其表面裂縫閉合，恢復(fù)整體性。

2.2 干燥收縮裂縫

混凝土澆筑完畢要經(jīng)過一定濕養(yǎng)護(hù)期，在此期間因飽含水分而體積基本不變。以后混凝土在空氣中，逐漸硬化，水分蒸發(fā)，體積發(fā)生收縮?；炷恋母稍锸湛s主要是由于水泥石的脫水而產(chǎn)生，其中最大收縮是發(fā)生在第一次干燥之后，以后逐漸減慢，大部分收縮在齡期3個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)，但齡期超過 20年后收縮仍不會(huì)中止。當(dāng)混凝土的收縮應(yīng)變超過結(jié)構(gòu)的軸心受拉峰值應(yīng)變時(shí)，混凝土內(nèi)部和表面就會(huì)形成裂縫，隨著應(yīng)變的增加，裂縫也隨之發(fā)展。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)很薄，混凝土地面收縮裂縫一般是貫穿性裂縫。引起干燥收縮裂縫的原因可能有：

（1）水泥的品種和用量。不同品種和質(zhì)量的水泥，收縮變形值不等，如早強(qiáng)水泥比普通水泥的收縮約大10%，混凝土中的水泥用量和水灰比越大，收縮量越大。

（2）混凝土骨料的粒徑和含量。骨料含量大，彈性模量值高者，收縮越小；粒徑大者，對(duì)水泥漿收縮的約束大，且達(dá)到相同稠度所需的用水量少，收縮量也小。

（3）養(yǎng)護(hù)條件。及時(shí)完善的養(yǎng)護(hù)能夠加速水泥的水化，減少收縮量；養(yǎng)護(hù)不完善，將加大干燥環(huán)境中的收縮。

（4）使用期的環(huán)境條件。結(jié)構(gòu)所處的溫度高、濕度低，都會(huì)增大水分的蒸發(fā)，使混凝土收縮量大。

（5）構(gòu)件的形狀和尺寸?；炷林兴终舭l(fā)必須經(jīng)由結(jié)構(gòu)表面。故結(jié)構(gòu)的體積與表面積之比越小，水分蒸發(fā)量越大，混凝土收縮越大。

2.3 溫度脹縮變形裂縫

混凝土溫度裂縫起因于溫度應(yīng)變受到約束。溫度應(yīng)變起因于溫差。關(guān)于溫差有兩種情況，一種是混凝土最高的截面平均溫度與環(huán)境大氣的平均溫度之差；另一種是混凝土的表面溫差，即混凝土截面中心最高溫度與混凝土表面溫度之差。由于這種表里溫差的表層溫度收縮應(yīng)變要受到內(nèi)部約束，從而引起外部裂縫。當(dāng)溫度脹縮引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)引起混凝土裂縫。由于混凝土薄板的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸，因此溫度脹縮引起的一般也是貫通裂縫。另外由于環(huán)境溫度、濕度變化，在混凝土板面與底面之間形成溫度、濕度差異，混凝土下部的粘接層會(huì)約束混凝土板表面產(chǎn)生的脹縮變形。如果在施工中設(shè)計(jì)了分格縫，則混凝土板面容易在分格縫處產(chǎn)生翹曲變形。

3 配合比方案選取

根據(jù)以上理論分析此次配比設(shè)計(jì)需要考慮以下幾個(gè)因素：

（1）采取膠凝材料雙摻技術(shù)降低水化熱，控制溫度裂縫。

（2）配合比設(shè)計(jì)考慮抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度兩個(gè)因素，首先按照抗壓強(qiáng)度的要求依據(jù) JTGF 30—2003《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行初步設(shè)計(jì)出基準(zhǔn)配比，然后再與按照抗壓強(qiáng)度的要求依據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》 進(jìn)行設(shè)計(jì)出 C50 配比，最后將兩種配比進(jìn)行比對(duì)最終選取同時(shí)符合兩個(gè)設(shè)計(jì)要求的配比進(jìn)行試配。

（3）提高石子粒徑，提高抗裂能力。

（4）砂子控制含泥量、盡量提高細(xì)度模數(shù)，避免砂子偏細(xì)導(dǎo)致開裂。

（5）考慮混凝土采用罐車運(yùn)輸，出機(jī)混凝土維勃稠度不能過大，但到場維勃稠度也不能過小。

綜合以上因素，配合比設(shè)計(jì)選用以下材料：

（1）混凝土膠凝材料總量不能高于 400kg/m3。采用冀東寧河分廠的 P·O42.5水泥，及唐山冀東鑫研公司生產(chǎn)的 S95 礦粉。

（2）石子選取5～31.5mm 的連續(xù)級(jí)配山碎石。

（3）砂子選取遵化產(chǎn)Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥2.7%。

（4）外加劑選用金隅科技生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑摻量1.6%（推薦摻量2.0%）。為了達(dá)到干硬性混凝土的效果，考慮運(yùn)輸過程中坍落度的損失，適當(dāng)摻入外加劑，有緩凝作用，確保罐車到場可以將混凝土卸出。

（5）考慮運(yùn)輸坍落度損失問題，混凝土出機(jī)維勃稠度以5～10s 進(jìn)行設(shè)計(jì)。

最終根據(jù) JTGF 30—2015《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》和 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，設(shè)計(jì)出抗折5.0MPa 的混凝土，配比如表1。

表1 C5 抗折路面混凝土配合比 k g/m3

經(jīng)過試配混凝土的狀態(tài)符合施工單位要求，試配指標(biāo)見表2。

為了確保能夠有效控制裂縫，在試塊制作過程中特別提高了振動(dòng)時(shí)間，觀察混凝土上表面成型后漿層的厚度和形態(tài)，控制漿層不超過 4mm，因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)，如果一旦漿層過厚就會(huì)出現(xiàn)失水過快導(dǎo)致形成裂縫。本工程混凝土配比設(shè)計(jì)時(shí)采用砂子細(xì)度模數(shù)較粗且砂率選擇較小就是為了避免出現(xiàn)漿層過厚的情況。

表2 混凝土性能

4 混凝土生產(chǎn)及澆筑

（1）生產(chǎn)和運(yùn)輸。本次混凝土運(yùn)輸采用罐車運(yùn)輸，站內(nèi)用5臺(tái)未粘灰的 20m3罐車進(jìn)行運(yùn)輸，每盤生產(chǎn)混凝土 1m3便于將半干硬性的混凝土放入罐車中。

（2）此次生產(chǎn)干硬性混凝土公司單獨(dú)安排一套生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，確保原材料穩(wěn)定，出廠混凝土坍落度穩(wěn)定，并且嚴(yán)禁司機(jī)沖車加水。

（3）預(yù)濕基層。在施工開始前要求施工方利用灑水車對(duì)即將施工的地面進(jìn)行澆水預(yù)濕，避免由于基層過于干燥吸水導(dǎo)致混凝土失水過快造成開裂。

（4）找平、振搗。由于是干硬性混凝土施工，所以在鋪裝時(shí)利用挖掘機(jī)找平，然后采用軌道式裝置按照每間隔 70cm 固定一個(gè)振搗棒、并排9個(gè)振搗棒。在由挖掘機(jī)鋪平混凝土后啟動(dòng)軌道式裝置，一邊前進(jìn)一邊由9個(gè)振搗棒同時(shí)對(duì)路面混凝土進(jìn)行均勻振搗，這種振搗方式避免了人為振搗造成的過振或者漏振現(xiàn)象，搗棒間距設(shè)置合理確?；炷琳駬v到位。施工澆筑后的混凝土由于維勃稠度控制穩(wěn)定，振搗合理，地面混凝土比較均勻表面浮漿層適中，收面后清出可碰石子，這種效果正是理想狀態(tài)，確保表面不會(huì)因?yàn)闈{層過厚而收縮開裂。

（5）收面、養(yǎng)護(hù)。由于正值清明節(jié)前后，華北地區(qū)屬于多風(fēng)季節(jié)且空氣干燥，施工單位嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求且結(jié)合現(xiàn)場混凝土的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行混凝土收面工序操作，面層處理完畢后及時(shí)覆膜養(yǎng)護(hù)。由于地面施工的特殊性，在做好養(yǎng)護(hù)的同時(shí)，在混凝土終凝前嚴(yán)禁重型工程車輛在施工區(qū)域快速通行或剔鑿?fù)诰蜃鳂I(yè)，確保不對(duì)混凝土造成震動(dòng)破壞。

5 施工效果及驗(yàn)收

該空軍跑道地面工程自4月20日開始施工至5月中旬完畢，到場混凝土坍落度穩(wěn)定、施工效果非常好，無裂縫，受到了施工隊(duì)伍的認(rèn)可。技術(shù)指標(biāo)符合要求混凝土 28 天抗折強(qiáng)度達(dá)到7.5MPa，28 天混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到 61MPa。

6 結(jié)論

（1）高強(qiáng)度等級(jí)干硬性地面配合比設(shè)計(jì)要綜合考慮高強(qiáng)度等級(jí)和抗折強(qiáng)度、維勃稠度等因素，要適合罐車運(yùn)輸?shù)植荒苡刑蟮牧鲃?dòng)性，另外在配比設(shè)計(jì)時(shí)考慮降低水化熱適量摻入礦粉。

（2）地面施工尤其要關(guān)注澆筑過程控制混凝土的穩(wěn)定性，著重控制預(yù)濕基層，均勻適度振搗，適時(shí)收面覆蓋。

（3）澆筑完畢后避免外界振動(dòng)對(duì)地面混凝土在硬化初期遭到破壞；及時(shí)切縫釋放應(yīng)力，確保有效控制裂縫。

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趙陽（1980—），男，天津人，工程師，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，主要從事混凝土技術(shù)研究。

［通訊地址］天津市武清區(qū)楊鐵貨場院內(nèi)天津冀東津璞基業(yè)混凝土有限公司（301700）