军用机场跑道混凝土高温大风季节裂缝防控技术

2017-09-25赵阳刘娇

商品混凝土 2017年9期

关键词：水泥裂缝混凝土

赵阳，刘娇

（1. 天津冀东津璞基业混凝土有限公司，天津 301700；2. 天津聚龙力嘉混凝土有限公司，天津 300400）

军用机场跑道混凝土高温大风季节裂缝防控技术

赵阳，刘娇

（1. 天津冀东津璞基业混凝土有限公司，天津 301700；2. 天津聚龙力嘉混凝土有限公司，天津 300400）

本文基于在华北地区5～7月份高温大风季节，对高强度抗折混凝土军用机场混凝土地面的裂缝控制进行了分析和研究，通过综合不利因素找到解决问题的途径，通过材料的选取、生产控制、施工配合达到了最终军用机场路面无裂缝施工的目的，也找到了生产高强度地面混凝土施工的经验。

混凝土；配比设计；裂缝

1 工程概况

施工单位为中国人民解放军 A 部队的配套建设工程（项目经理部），该工程是空军 B 部队的机场跑道。混凝土要求 C50，混凝土抗折强度5.0MPa，要求干硬性混凝土。该跑道厚度 330mm，分成每 7m 一条，每7m 切缝一条，要求混凝土不允许有任何裂缝。施工时间为 2015年4月20日开始，天津地区正处于大风季节。该混凝土施工难度在于强度高、厚度大、干硬性罐车运输困难，存在气温高、风大防控裂缝难度大等不利因素。该工程为军用工程，工期紧，要求 15 天内完成共计混凝土 7000 多立方米、施工面积2万平米的地面施工工作。该工程为机场跑道不同于一般的路面工程，相对质量标准要求更高，是一个有较强代表性的工程。

2 理论分析研究

该工程主要问题在于防控裂缝，下面对地面裂缝成因进行分析：

2.1 塑性沉缩裂缝

塑性沉缩裂缝是混凝土的一种早期裂缝，即在浇注完混凝土4～15 小时左右，水泥水化反应剧烈，出现泌水和水分急剧蒸发现象，引起失水收缩。尤其在变截面处易发生剧烈收缩，此时骨料与胶凝材料之间也产生不均匀的沉缩变形。水分大量蒸发引起的混凝土塑性沉缩裂缝与沉凝土的流态有关，一般流态越大，越容易引起沉缩裂缝。如果混凝土水灰比过大，水泥用量大，掺合料保水性差，粗骨料少，用水量大，易振捣不良，同时环境气温高，养护不足表面失水能导致混凝土会出现塑性沉缩裂缝。为了避免混凝土出现塑性裂缝，可在混凝土还处在塑性状态时，适时予以拍打，促其表面裂缝闭合，恢复整体性。

2.2 干燥收缩裂缝

混凝土浇筑完毕要经过一定湿养护期，在此期间因饱含水分而体积基本不变。以后混凝土在空气中，逐渐硬化，水分蒸发，体积发生收缩。混凝土的干燥收缩主要是由于水泥石的脱水而产生，其中最大收缩是发生在第一次干燥之后，以后逐渐减慢，大部分收缩在龄期3个月内出现，但龄期超过 20年后收缩仍不会中止。当混凝土的收缩应变超过结构的轴心受拉峰值应变时，混凝土内部和表面就会形成裂缝，随着应变的增加，裂缝也随之发展。因为结构很薄，混凝土地面收缩裂缝一般是贯穿性裂缝。引起干燥收缩裂缝的原因可能有：

（1）水泥的品种和用量。不同品种和质量的水泥，收缩变形值不等，如早强水泥比普通水泥的收缩约大10%，混凝土中的水泥用量和水灰比越大，收缩量越大。

（2）混凝土骨料的粒径和含量。骨料含量大，弹性模量值高者，收缩越小；粒径大者，对水泥浆收缩的约束大，且达到相同稠度所需的用水量少，收缩量也小。

（3）养护条件。及时完善的养护能够加速水泥的水化，减少收缩量；养护不完善，将加大干燥环境中的收缩。

（4）使用期的环境条件。结构所处的温度高、湿度低，都会增大水分的蒸发，使混凝土收缩量大。

（5）构件的形状和尺寸。混凝土中水分蒸发必须经由结构表面。故结构的体积与表面积之比越小，水分蒸发量越大，混凝土收缩越大。

2.3 温度胀缩变形裂缝

混凝土温度裂缝起因于温度应变受到约束。温度应变起因于温差。关于温差有两种情况，一种是混凝土最高的截面平均温度与环境大气的平均温度之差；另一种是混凝土的表面温差，即混凝土截面中心最高温度与混凝土表面温度之差。由于这种表里温差的表层温度收缩应变要受到内部约束，从而引起外部裂缝。当温度胀缩引起的混凝土内部应力大于混凝土抗拉强度时，会引起混凝土裂缝。由于混凝土薄板的厚度远远小于其他两个方向的尺寸，因此温度胀缩引起的一般也是贯通裂缝。另外由于环境温度、湿度变化，在混凝土板面与底面之间形成温度、湿度差异，混凝土下部的粘接层会约束混凝土板表面产生的胀缩变形。如果在施工中设计了分格缝，则混凝土板面容易在分格缝处产生翘曲变形。

3 配合比方案选取

根据以上理论分析此次配比设计需要考虑以下几个因素：

（1）采取胶凝材料双掺技术降低水化热，控制温度裂缝。

（2）配合比设计考虑抗折强度、抗压强度两个因素，首先按照抗压强度的要求依据 JTGF 30—2003《公路水泥混凝土路面施工技术规范》进行初步设计出基准配比，然后再与按照抗压强度的要求依据 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》进行设计出 C50 配比，最后将两种配比进行比对最终选取同时符合两个设计要求的配比进行试配。

（3）提高石子粒径，提高抗裂能力。

（4）砂子控制含泥量、尽量提高细度模数，避免砂子偏细导致开裂。

（5）考虑混凝土采用罐车运输，出机混凝土维勃稠度不能过大，但到场维勃稠度也不能过小。

综合以上因素，配合比设计选用以下材料：

（1）混凝土胶凝材料总量不能高于 400kg/m3。采用冀东宁河分厂的 P·O42.5水泥，及唐山冀东鑫研公司生产的 S95 矿粉。

（2）石子选取5～31.5mm 的连续级配山碎石。

（3）砂子选取遵化产Ⅱ区中砂，细度模数2.7，含泥2.7%。

（4）外加剂选用金隅科技生产的聚羧酸高效减水剂掺量1.6%（推荐掺量2.0%）。为了达到干硬性混凝土的效果，考虑运输过程中坍落度的损失，适当掺入外加剂，有缓凝作用，确保罐车到场可以将混凝土卸出。

（5）考虑运输坍落度损失问题，混凝土出机维勃稠度以5～10s 进行设计。

最终根据 JTGF 30—2015《公路水泥混凝土路面施工技术规范》和 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》，设计出抗折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

经过试配混凝土的状态符合施工单位要求，试配指标见表2。

为了确保能够有效控制裂缝，在试块制作过程中特别提高了振动时间，观察混凝土上表面成型后浆层的厚度和形态，控制浆层不超过 4mm，因为根据经验，如果一旦浆层过厚就会出现失水过快导致形成裂缝。本工程混凝土配比设计时采用砂子细度模数较粗且砂率选择较小就是为了避免出现浆层过厚的情况。

表2 混凝土性能

4 混凝土生产及浇筑

（1）生产和运输。本次混凝土运输采用罐车运输，站内用5台未粘灰的 20m3罐车进行运输，每盘生产混凝土 1m3便于将半干硬性的混凝土放入罐车中。

（2）此次生产干硬性混凝土公司单独安排一套生产线进行生产，确保原材料稳定，出厂混凝土坍落度稳定，并且严禁司机冲车加水。

（3）预湿基层。在施工开始前要求施工方利用洒水车对即将施工的地面进行浇水预湿，避免由于基层过于干燥吸水导致混凝土失水过快造成开裂。

（4）找平、振捣。由于是干硬性混凝土施工，所以在铺装时利用挖掘机找平，然后采用轨道式装置按照每间隔 70cm 固定一个振捣棒、并排9个振捣棒。在由挖掘机铺平混凝土后启动轨道式装置，一边前进一边由9个振捣棒同时对路面混凝土进行均匀振捣，这种振捣方式避免了人为振捣造成的过振或者漏振现象，捣棒间距设置合理确保混凝土振捣到位。施工浇筑后的混凝土由于维勃稠度控制稳定，振捣合理，地面混凝土比较均匀表面浮浆层适中，收面后清出可碰石子，这种效果正是理想状态，确保表面不会因为浆层过厚而收缩开裂。

（5）收面、养护。由于正值清明节前后，华北地区属于多风季节且空气干燥，施工单位严格按照施工规范要求且结合现场混凝土的凝结时间进行混凝土收面工序操作，面层处理完毕后及时覆膜养护。由于地面施工的特殊性，在做好养护的同时，在混凝土终凝前严禁重型工程车辆在施工区域快速通行或剔凿挖掘作业，确保不对混凝土造成震动破坏。