机场水泥混凝土道面早期裂缝治理

2020-05-28杨龙章

工程技术研究 2020年6期

杨龙章

（中铁北京工程局集团有限公司，湖北十堰 442000）

1 机场混凝土道面早期裂缝概述

1.1 早期裂缝成因

一般而言，机场水泥混凝土道面出现早期裂缝的原因有以下几类：（1）因混凝土离析或者水泥浆流失等原因，混凝土表面浆液水灰比过大或者泌水等使得混凝土收缩性过大，表面收缩又因为内部混凝土约束，从而形成沉降收缩型裂缝。这一裂缝集中在混凝土固结阶段，是表面裂缝，对荷载传递有细微影响，且具有发展性，会稳定扩展。（2）混凝土表面蒸发大于泌水，混凝土拌合物温度过高，自然风速过大，导致混凝土凝结中形成塑性收缩裂缝。这一裂缝情况对荷载传递影响也很小，裂缝的程度在3mm 以上时会有发展性。（3）混凝土干燥收缩因基层约束，并且约束应力大于混凝土强度，或者水灰比过大、混凝土初期养护不到位、水泥的用量过大等，导致干缩裂缝出现；在低温及刮风或高温条件情况下施工，混合料的蒸发量过大会产生这一情况。这一裂缝是结构性裂缝，裂缝表面呈可分形性，容易导致二次开裂，是不稳定裂缝。（4）混凝土遇冷受到基层的约束，且约束应力较混凝土强度更大，或者未及时切缝、板块过长引起的温缩裂缝，混凝土初期遇到降温情况等造成，裂缝与上一裂缝情况相同，是不稳定裂缝。（5）翘曲裂缝，即在荷载与温度联合应力达到设计允许应力以上时产生的横向贯穿缝，是结构性裂缝。

1.2 裂缝早期形式

根据表现形式能够将裂缝划分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝（不规则裂缝），根据裂缝的形式以及发展方向，可以对裂缝成因进行初步的分析[1]。在切缝过晚时，会容易出现贯穿块板裂缝，纵向裂缝及横向裂缝一般都会贯穿道面板，横向裂缝会横穿或者对角横穿，纵向裂缝则是横穿。切缝过晚还会导致切缝中出现板角碎裂的情况，主要在切缝末端附近出现。地基不均匀沉降、冻胀等情况下导致面板移动进而出现裂缝的情况，主要表现形式是蜈蚣状裂缝。道面混凝土进行施工时，过度抹面或者反复揉搓面层会导致发丝裂缝以及网状裂缝。网状或者发丝裂缝，会导致面板出现碎裂的情况，深度一般为6～13mm，在外部环境和荷载的作用下表面会起皮，影响道面整体美观。难以确认道面板早期裂缝成因时，还可能是因为基层与面板黏结，且黏结摩擦力对混凝土水化固结这一过程进行了限制，此类裂缝的形式较为多样，规律性较弱，受到黏结位置影响较大。一般进行早期裂缝的处理，需要根据实际裂缝程度进行选择，裂缝宽度不大于3mm 要选择与面板原材相适应的灌浆材料修补；若是有剥落情况或者裂缝宽度超出范围，可以选择局部开槽处理；若是更为严重的面板裂缝，需要整板凿除重新施工。

2 机场混凝土道面早期裂缝治理

2.1 灌浆修补施工

在混凝土道面早期裂缝出现时，最为常用的方式为化学灌浆施工，该方法效果优异，混凝土结构强度能够在一定程度上得到修复[2]。通用灌浆修补主要有直接灌浆、扩缝灌浆和压力注浆三种方式。机场水泥混凝土道面在平整度的要求上相对其他工程更高，因此灌浆修补方法的选择要在保证道面平整度的基础上进行，在进行灌浆施工的过程中，对道面不会产生破坏。基于此，一般选择的灌浆方式为直接灌浆，另外两种灌浆方式对于道面平整度以及原有道面都会有破坏。一般而言在灌浆修补中，使用最多的材料还是环氧树脂、酚醛、氨基甲酸酯等。环氧树脂在延伸性上相对较弱，同时脆性强，和混凝土进行胶结的过程中，胶结面若受到外力的情况下，会迅速裂开。所以在环氧树脂作为灌浆填充材料的使用过程中，需要添加一些改性剂、增韧剂等进行改性，一般都是低分子液体状。环氧树脂本身黏附性强同时强度较大，增加改性材料的使用后，能够减弱脆性，延展性也能得到增强，更为适宜作为灌浆材料使用。

2.2 喷涂修补施工

灌浆条件受限或效果不好时会选择表面喷涂，在裂缝的宽度不大于0.2mm 时使用，同时此类裂缝不会发展，且裂缝的区域较大。表面喷涂使用的材料多数具有密封、耐候性及耐碱性等特点，防水性能极强，只需要在裂缝表面进行涂膜处理即可。不过需要注意的是，表面喷涂材料收缩性及膨胀性与目标混凝土裂缝材料要较为相似，否则会导致裂缝扩大或者裂缝填补不充分的情况出现。

2.3 开槽修补施工

开槽修补的原理与灌浆类似，都有填充这一步骤，但与灌浆不同的是，开槽修补会将道面裂缝区域造成形状规则的槽，最后使用水泥或者树脂材料对槽进行铺填[3]。这一方法在裂缝宽度大或者边角破损时运用较为多，开槽修补重点在修补材料以及旧道面良好黏结且修补材料自身不会出现碎裂的情况下进行。该工艺中使用的修补材料，一般是掺有硫铝硅酸盐水泥以及普通硅酸盐细石混凝土，以及各类环氧树脂砂浆以及专用的早强补偿收缩混凝土。在进行修补的过程中，流程一般是人工开槽将酥空、空鼓、破损的部分凿除至露出坚实的基面后凿毛处理，修补范围内的凿除深度依据水泥混凝土道面的破损程度确定，一般凿除深度不小于5cm 且凿入至完好混凝土面至少1.5cm。凿除部分如有钢筋应保留，不能保留时应重新植入钢筋，之后对开凿的部分进行界面处理剂的涂刷，最后进行材料的填筑、振捣和养护。该方法的实际使用过程中，要根据位置不同对混凝土裂缝区域进行开槽，开槽的部位要准确，不同位置进行开槽时长、宽都要在15cm 以上，接缝的位置要插入隔离材料，材料要保证硬度，以修补材料或混凝土填充时受挤压不变形为宜。修补道面角部时，开槽的边界线的转角都需要在90°以上，开槽边界要与混凝土裂缝的垂直距离在5cm 以上，和接缝相距超过10cm。不同接缝处混凝土破损开槽修补的方式会存在一定差异，要根据实际情况进行选择。

3 机场混凝土道面早期裂缝预防实例

3.1 工程概况

北京大兴国际机场一期占地面积约29.4km2，飞行区面积约17.4km2，本期建设“三纵一横”4 条跑道，可满足最大起降机型为空客A380（净重560t）。飞行区水泥混凝土道面面积约950 万m2（含巡场路），未来5 年内旅客吞吐量会达到7200 万人次，远景规划吞吐量1 亿人次。笔者参与建设的飞行区场道工程位于机场核心区，主要施工内容是6 条滑行道和3 块停机坪，是机场一期和二期的重要联络工程，施工占地面积约55.5 万m2。

3.2 水泥混凝土道面裂缝成因

（1）调查起因及目标。北京大兴国际机场是京津冀协同发展中交通先行、民航率先突破的重点工程，是代表新世纪新水平的标志性工程，无论是合同文件要求还是集团公司的发展战略都需要高质量高水平的成果展示。同时水泥混凝土道面裂缝是行业的质量通病，对机场道面使用性能的影响最为直接，工程中经调查和统计，道面裂缝产生率高达40‰，对于整体工程质量和美观造成了较大的负面影响，一定程度上也影响了工程经济效益。基于此，工程中建立了水泥混凝土道面裂缝成因纠察小组，旨在降低工程中的道面裂缝产生率。

（2）成因分析。收集相关数据，对裂缝问题成因进行分析，通过排除法以及对比法进行归类和分析，找到相应问题所在。混凝土裂缝成因频率图如图1 所示，其中施工过程控制和混凝土质量控制累计频率高达89%，成为裂缝成因的主要影响对象，较于这两类因素，施工环境以及基层结构质量和其他因素就成为了裂缝问题解决的次要因素。将目标集中在混凝土质量控制及施工过程控制后，又细分了末端因素，包含有员工缺乏培训、水泥C3A（铝酸三钙）含量过高、骨料级配缺乏合理性、砂含水率检测不及时、剂量系统不准确和养护周期不足等11 项内容。通过考核及现场调研的方式进行确认后，发现问题主要集中在砂含水率检测不及时、拌和剂量系统不准确及振捣不当三个方面。对于砂含水率掌握不及时，使得混凝土水灰比波动相对较大；振捣速度过快，振捣深度不够导致漏振或振捣不充分；拌合剂量系统超差率过大，在一定程度上改变了原设定的施工配合比。

图1 混凝土道面裂缝影响频率图

3.3 裂缝预防措施

为了保证每批进场的砂子含水率稳定，每批砂子在入库前采用防雨布加以覆盖，避免天气原因造成砂子含水率过量损失或增加；同时每班定期对砂子含水率进行检测，及时调整用水量。委托专业计量机构每半年对拌和计量系统进行一次强制检定，每半个月进行拌和自校工作，每次开盘前进行零点校正；改造精准计量系统，及时关注卸料落差，必要时手动调整；出料口加焊钢板，减缓卸料速度；粉料秤及液体秤分别进行精剂量储料管更换，在电磁阀达成一定值后自动打开点动，从而利于精准计量。道面混凝土浇筑为单幅分仓施工，单幅的跨度最大为5m，厚度为42cm，全宽全厚一次摊铺成型；专人指挥车辆卸料，小型挖掘机破堆分料，控制高频排式震捣器以0.9～1.2m/min 的速度缓慢、均匀、连续不断全断面、全方位进行振捣，振捣棒调节角度控制在45～60°，振捣棒至少插入距基层面5cm 以内，振捣后局部混合料超欠部位人工及时进行铲除或补料，附着式平板振捣木梁进行浅表面层振捣，边角处利用人工手持插入式振捣棒进行振捣，振捣标准同高频排震。