機場道面混凝土低溫施工中蓄熱養(yǎng)護的應用

呂志堅，李曉民，鄧 揚，李文軒

(北京金港場道工程建設有限公司，北京 100073)

1 道面混凝土低溫施工

混凝土有強度高、耐久性好、材料就地取材等優(yōu)點，廣泛應用于機場場道工程。而混凝土的強度增長需滿足一定的溫度要求，一般需要在10 ℃以上，當氣溫低于0 ℃時，混凝土中的水分會凍結，水泥的水化反應停止，水分凍結體積膨脹會使早期強度低的混凝土開裂，造成嚴重的質(zhì)量隱患。

MH 5006—2015民用機場水泥混凝土面層施工技術規(guī)范[1]中規(guī)定，當施工現(xiàn)場連續(xù)5 d平均氣溫低于5 ℃或最低氣溫低于0 ℃時，應按低溫期施工規(guī)定進行施工。水泥混凝土面層除少量收尾工程或修補工程等特殊情況外，不應在低溫期施工。GJB 1112A—2004軍用機場場道工程施工及驗收規(guī)范規(guī)定，混凝土道面在室外晝夜平均氣溫連續(xù)5 d低于5 ℃時的施工屬于低溫施工，只宜用于少量收尾工程或戰(zhàn)備急需工程。兩本規(guī)范均提出機場道面混凝土低溫期施工僅限于少量收尾工程或戰(zhàn)備、修補等特殊情況，正常的大體量道面混凝土不應在低溫期施工。究其原因，低溫期施工對混凝土的材料溫度、攪拌、運輸、澆筑、做面、養(yǎng)護均有嚴格的保溫防護要求，機場道面混凝土施工體量大、作業(yè)面積大，在合理的成本范圍內(nèi)難以達到要求，施工質(zhì)量不能保證。

低溫期對道面混凝土的影響主要有兩個方面：混凝土的內(nèi)外溫差和凍脹破壞。混凝土水化反應過程中會釋放熱量，機場道面混凝土結構較厚，容易發(fā)生熱量聚集，產(chǎn)生混凝土的內(nèi)外溫差，低溫期會加劇混凝土的內(nèi)外溫差，形成更嚴重的溫度應力，進而造成混凝土裂縫。氣溫低于0 ℃時，混凝土中的水分結冰，水化反應停止，而且水分結冰體積膨脹會使早期強度偏低的混凝土受凍脹而破壞。因此低溫期道面混凝土施工，既要有針對混凝土表面的保溫措施，又要能動態(tài)的對混凝土的溫度進行管控，使得道面混凝土既不受凍也不會產(chǎn)生過大的內(nèi)外溫差。針對道面混凝土低溫施工的養(yǎng)護過程，結合工程實際情況，在施工現(xiàn)場澆筑了試驗板塊，通過試驗探索蓄熱法養(yǎng)護在道面混凝土低溫施工的實施效果。

2 機場道面混凝土低溫施工實施蓄熱法養(yǎng)護的試驗探索

在華東地區(qū)某機場，結合現(xiàn)場施工實際情況，選擇在冬季現(xiàn)場成型兩塊4.5 m×5 m×0.36 m的道面混凝土板作為試驗板塊，采取蓄熱養(yǎng)護的方法進行養(yǎng)護，探索蓄熱法養(yǎng)護在道面混凝土低溫施工的應用效果。道面混凝土為施工單位現(xiàn)場攪拌站生產(chǎn)的自拌混凝土，設計抗折強度為5.0 MPa，抗壓強度為C35，水灰比0.4，砂率30%，水泥采用P.Ⅱ型硅酸鹽水泥，混凝土無抗凍要求。

2.1 試驗的溫度要求

蓄熱法養(yǎng)護是采用保溫材料，留存混凝土水化反應產(chǎn)生的熱量，以達到保溫養(yǎng)護的效果，不能在嚴寒條件下使用。混凝土的冰凍溫度約為-2 ℃，當氣溫低于-5 ℃時，應停止道面混凝土的施工，避免道面混凝土因氣溫過低嚴重受凍[2]。根據(jù)當?shù)貧庀蠼y(tǒng)計資料，該地區(qū)冬季氣溫低，但是低于-5 ℃的天數(shù)并不多，僅為5 d，故本次試驗僅針對最低氣溫基本在-5 ℃以上的條件開展。

2.2 養(yǎng)護方案

蓄熱養(yǎng)護采用養(yǎng)護劑+塑料布+干燥土工布的保溫措施，如遇雨雪天氣最外層需加蓋一層塑料布。道面混凝土做面拉毛結束后，及時噴灑養(yǎng)護劑，加快混凝土的凝結硬化。噴灑養(yǎng)護劑后盡快對道面混凝土進行覆蓋，首先蓋一層塑料布，然后在其上蓋兩層土工布，土工布為干燥的土工布。干燥土工布的層數(shù)，根據(jù)氣溫混凝土板溫度監(jiān)測情況及時調(diào)整。道面混凝土在達到臨界抗凍強度前，不再另行灑水，主要靠塑料布封閉保存的水分完成道面混凝土早期水化反應，待混凝土強度達到臨界抗凍強度后再繼續(xù)蓄熱養(yǎng)護2 d，之后改為覆蓋保濕養(yǎng)護，必要時進行灑水濕潤，總的養(yǎng)護時間延長至28 d。覆蓋的塑料布和土工布都要求適當加寬，方便將道面?zhèn)让姘鼑缹崱?/p>

兩塊混凝土板共計10 m長，設置五處溫度監(jiān)測點，每處測溫點埋設兩個測溫探頭，測溫探頭埋設在混凝土板的中部，分別分布在板中部及模板附近的位置。在混凝土達到臨界抗凍強度前每6 h測溫一次，轉為覆蓋保濕養(yǎng)護后每12 h測溫一次?；炷翜夭畹目刂埔螅旱烂婊炷涟逯胁颗c外表面的溫差、混凝土外表面與室外最低氣溫的溫差均不得大于20 ℃。

拆模時間要求在混凝土達到臨界抗凍強度后拆模，且不得早于96 h，拆模時混凝土板中部與外表面的溫差、混凝土外表面與室外最低氣溫的溫差均不得大于20 ℃，拆模后側面混凝土要及時覆蓋養(yǎng)護。

2.3 計算混凝土達到臨界抗凍強度的時間

試驗前采用現(xiàn)場施工用混凝土，成型立方體標準試塊在標準條件下養(yǎng)護，測試1 d,2 d,3 d,7 d,28 d的強度值，強度值見表1。

表1 現(xiàn)場道面混凝土實測強度表

依據(jù)表1數(shù)據(jù)，經(jīng)回歸分析擬合成以下曲線方程：

f=43.017e1 650/M

(1)

其中，f為混凝土立方體抗壓強度，MPa；M為混凝土的成熟度，℃·h。

根據(jù)現(xiàn)場實測的混凝土養(yǎng)護溫度資料，按照式(2)計算混凝土已達到的等效齡期：

M=∑(T+15)×Δt

(2)

其中，T為在時間段Δt內(nèi)混凝土的平均溫度。

將成熟度M代入式(1)可計算出現(xiàn)場混凝土強度f。道面混凝土溫度記錄及成熟度見表2，經(jīng)計算在80 h時現(xiàn)場混凝土強度可達到臨界抗凍強度(設計抗壓強度的50%)。

2.4 試驗過程

于12月15日中午在施工現(xiàn)場完成兩塊道面混凝土的澆筑作業(yè)，做面拉毛完成后及時噴灑養(yǎng)護劑，加快道面混凝土的凝結硬化。養(yǎng)護劑噴灑結束后及時覆蓋一層塑料布，兩層干燥的土工布，塑料布、土工布均適當加寬充分包裹側面模板，蓄熱養(yǎng)護期間每6 h記錄一次混凝土溫度，溫度記錄見表2。經(jīng)計算，混凝土在第3天達到臨界抗凍強度，在此基礎上延長2 d的蓄熱養(yǎng)護，即在第5天結束蓄熱養(yǎng)護，調(diào)整為覆蓋保濕養(yǎng)護，直至第28天。道面混凝土板塊側面模板在96 h后拆模，拆模后及時覆蓋。蓄熱養(yǎng)護結束前用同條件試塊驗證強度是否達到臨界抗凍強度，待養(yǎng)護期結束后用同條件試塊驗證道面混凝土強度。

表2 蓄熱法養(yǎng)護期間溫度記錄

3 試驗結果分析

試驗結果表明，在最低溫度-5 ℃以上的低溫期，采用蓄熱法養(yǎng)護道面混凝土取得了良好的效果，混凝土表面溫度較氣溫提高了2 ℃～7 ℃，有效的防止了道面混凝土受凍。蓄熱養(yǎng)護結束前，同條件試塊強度為22.5 MPa，達到設計強度的64%。養(yǎng)護期平均溫度為2.4 ℃，養(yǎng)護期結束后，同條件試塊抗折強度5.8 MPa(達到設計強度的116%)，抗壓強度40.5 MPa(達到設計強度的115%)，均符合設計要求[3-5]。

4 相關措施應用

場道工程道面混凝土施工過程中，應盡量降低混凝土拌合物的單位體積用水量，添加高效減水劑，降低水灰比(質(zhì)量比)，適當延長拌和時間；施工過程中，適當延長振搗時間，使混凝土振搗密實，提高混凝土的強度，有利于混凝土盡快達到其受凍的臨界強度，降低因凍脹對混凝土結構的影響。在施工前，應清理干凈基礎表面的冰雪等，如基礎受凍，應將基礎解凍后重新修整壓實，模板、鋼筋上如有積雪、冰塊等應先清理干凈。嚴禁使用混入冰雪的碎石、砂等原材料攪拌混凝土。混凝土混合料的運輸、攤鋪、振搗、做面、拉毛等各道工序應銜接緊密，使混凝土拌合物盡快成型開始增長強度。道面混凝土的養(yǎng)護期應延長到28 d，同時需適當延長拆模、澆筑填倉、切縫擴縫以及倒角的時間，盡量降低低溫條件對混凝土的影響。

5 結語

通過現(xiàn)場試驗，驗證了在最低溫度-5 ℃以上的低溫期，采用蓄熱法養(yǎng)護道面混凝土可以取得較好的保溫養(yǎng)護效果，為機場道面混凝土低溫施工提供了有益的借鑒。