机场道面混凝土裂缝成因及防治措施探析

吕志平，武晓东，杨森 （解放军32378部队，北京 100072）

1 前言

南疆某机场处于中亚腹部，属温带大陆性干旱气候，境内四季分明，光照时间长，气温年和日变化大，降水稀少，蒸发旺盛。夏季炎热，但酷暑期短。冬季无严寒，但低温期长。冬夏温差较大，春夏多大风、沙暴天气。施工条件：不停航施工，受飞行运行的干扰，均在航后施工，施工难度大，协调问题较多。

东南沿海某机场处于南亚地区，属热带海洋性季风气候，全年无霜，热量充沛，雨量充足，夏季受台风影响明显，台风来时风大雨急。施工条件：新建机场，施工条件良好，工期较紧。

2 水泥混凝土道面裂缝的危害及产生成因分析

机场道面设计要求具有足够的强度和刚度，因为飞机的机体和机轮不仅把竖向压应力传给道面，另一方面道面还受到水平应力、温度应力的作用。在外力的作用下，道面结构会产生拉应力、压应力及剪应力。如果道面结构整体某一组成的强度不足或道面有开裂、龟裂等现象而不能抵抗这些应力的作用时，道面便会出现断裂、碎裂或者沉陷等损坏现象，道面的使用品质也会迅速恶化。

南疆某机场道面施工，水泥采用新疆知名品牌“天山水泥厂”生产的普通硅酸盐水泥，标号为P.O42.5普通硅酸盐水泥。经检测，水泥的比表面积为340m2/kg，28天干缩率小于0.1%；活性集料中的水泥碱含量NaO+0.658K20，小于0.6%；其它各项指标均符合规范设计要求。碎石经过事前、事中、事后控制检测，压碎值小于16%，级配、筛分符合设计要求，含泥量在1%左右；天然河砂的细度模数级配为2区，中粗砂级配良好。由于工程量小，地材采购困难，部分抽检的砂含泥量为4%，偏大，不符合规范要求。外加剂为北京安建科技公司生产，委托送检，检测结果各项参数符合设计规范要求。

道面施工队伍约60人（管理人员2人，振捣组10人，行夯及找平组8人，滚杠2道4人，木抹3道6人，钢抹3道6人，拉毛组2人，指挥倒车1人，养护组10人，喷洒养护剂1人，后勤人员4人），摊铺、柔浆、做面等施工工艺流程均符合要求。拌合站使用强制式卧轴拌合，搅拌时间控制为90s。拌合站至现场约1km，采用农用车拉料，运输距离约1.5km，混凝土经过拌合至现场的时间约为20min，根据民航机场规范要求，道面混凝土初终凝时间应控制在1.5h～10h之间，未超出控制时间范围。

在工程施工过程和竣工验收时发现个别仓位及板面有开裂和龟裂现象。根据原材、配合比、施工工艺、气候条件、施工环境分析，主要有以下两个原因。一是夏季日气温变化大，白天炎热，夜晚温度骤降，大大增加了外层混凝土与内部混凝土的温度梯度。温差引起温度应力，温差越大，温度应力越大。内部混凝土由于水化热产生的高温引起体积膨胀，而板面温度随着晚上气温骤降及湿水养护而冷却收缩，内部的膨胀与外部的收缩产生很大的拉应力，超过了混凝土当时的极限抗拉强度，就产生了裂缝。二是混凝土道面施工中，骨料含泥量偏大，光照长，水份蒸发大，使混凝土表面失水快，养护不到位，失去塑性。三是南疆的沙尘暴天气影响，风力一旦超过4级，会加速混凝土表面水分蒸发和收缩，引起裂缝出现。

东南沿海某机场施工条件较好，无飞行影响。该地区属于亚热带季风性温润气候，四季分明，春秋多雨，夏热秋旱，严冬期短，暑热期长。施工进度紧，前期在没有做好原材的考察，外加剂使用，混凝土配合比的适配等工作的情况下，仓促进行混凝土道面施工，造成部分板面裂缝。具体情况是水泥采用当地生产的P.O52.5普通硅酸盐水泥，经检测，铝酸三钙（C3A）、硅酸三钙（C3S）偏高，水泥过细，造成水化热过大，自然收缩增大，具体表现为道面混凝土终凝时间快，早期强度增长过快，造成面层的温度高，自然收缩增大，水泥中矿物质掺料从面层泛出白色物质，出现大面积龟裂，局部开裂现象。

施工初期，混凝土中没有掺加外加剂，混合料的和易性、流动性和保塑性得不到改善，导致混凝土实验室试件和道面中的游离水通过毛细现象而发生泌水现象，引起混凝土表面强度不足，自然收缩应力增大，导致面层出现龟裂、裂缝等现象。

由于沿海地区环保要求，石料采购的选择性较小，原材料存在碎石针片状多，化石、石粉含泥量超过3%以上，有树根等有机物，针片状、风化石导致碎石级配不合理，级配出现断档现象，造成填充料在施工或搅拌中出现偏高或偏低现象。混凝土振捣、提浆、整平完成后，表面水泥浆过厚，面层收缩应力过大，造成表面的开裂、龟裂现象。部分碎石含泥量、石粉超标，混凝土失去塑性，造成道面开裂、龟裂现象。

3 混凝土道面抗裂措施

通过对南北不同地域和环境下道面混凝土裂缝成因分析，防治裂缝的措施可以归纳为以下几个方面。

3.1 原材料选择

水泥品牌的选择主要通过试验检测，发现其矿物质掺合料中铝酸三钙（C3A）、硅酸三钙（C3S）偏高时，应及时更换水泥品牌或联系厂家，重新调制配比，如水泥细度过细，应调整细度，使其表面积达到范围要求，以防止水泥早期强度增长过快。东南沿海某机场就是将初期采用的普通硅酸盐P.O52.5水泥调整为P.O42.5水泥，减少了因水泥水化热过高原因造成的裂缝。

混凝土中碎石的级配、粒径形状以及含泥量、石粉含量也是裂缝防治重点。固定良好的碎石塘口是石料品质的有力保证。在现阶段各地区环保要求高，碎石供应紧张情况下，应深入到碎石生产厂家，规范其生产，加强检测抽查频度，一旦发现指标超标，能及时发现进行整改；若含泥量过高时，通过水洗来达到规范要求。

3.2 混凝土配合比

东南沿海某机场道面试验段发现裂缝后，重新调整了混凝土配合比，采用PO42.5硅酸盐水泥，并采用掺加道面专用外加剂，改善混凝土内部结构和机理，降低水灰比等措施，降低混凝土的膨胀值，以达到减少裂缝的目的。试验结果如下。

3.2.1 第一次试件制配

3.2.1.1 原材料

①水泥：龙鳞牌P.O52.5普通硅酸盐低碱水泥；

②碎石：（5-31.5）mm，含泥量0.6%；

③砂：河砂，细度模数2.7，含泥量1.4%，泥块含量0.1%；

④外加剂：无；

⑤试配抗折强度：5.8MPa；

⑥维勃稠度要求：16～20S。

3.2.1.2 配合比

①水 165kg，水泥 344kg，砂 663kg，碎石1178kg；

②配合比（水灰比：0.48，水泥：水：砂：碎石 =1：0.48：1.93：3.43）。

3.2.1.3 试验结果

①7d抗折强度5.2MPa，28d抗折强度6.1MPa；

②维勃稠度：20S；

③水溶性氯离子含量（以水泥质量计）：0.036%；

④碱含量：1.79kg/m3。

3.2.2 第二次试件制配

3.2.2.1 原材料

①水泥：龙鳞牌P.O42.5普通硅酸盐低碱水泥；

②碎石：（5～20）mm，含泥量 0.7%，泥块含量 0.1% ；（20～40）mm，含泥量0.4%，泥块含量0.1%；

③砂：河砂，细度模数2.7，含泥量1.2%，泥块含量0.0%；

④外加剂：缓凝型高效减水剂，掺量2.0%；

⑤试配抗折强度：5.0MPa；

⑥维勃稠度要求：15～30S。

3.2.2.2 配合比

①水148kg，水泥 337kg，砂584kg，碎石一408kg；碎石二953kg；

②配合比（水灰比：0.44，水泥：水：砂：碎石一：碎石二 =1：0.44：1.73：1.21：2.83）。

3.2.2.3 试验结果

①7d抗折强度5.0MPa，28d抗折强度5.8MPa；

②维勃稠度：18S；

③水溶性氯离子含量（以水泥质量计）：0.028%;

④碱含量：1.89kg/m3。

3.2.3 结论

第二次试配与第一次比较，水泥降低标号，碎石采用两级配，并加入添加剂，得到的试验数据同样满足了设计要求的抗折强度，同时减少了用水量，降低了混凝土早期强度和泌水现象，从而降低道面裂缝出现的几率。

如果经费允许，可以在混凝土中加入品质较好的高强聚酯纤维，不但能改善混凝土的抗冲击性，还能提高基体的变形能力和断裂韧性，从而提高混凝土的抗裂性能。

3.3 施工时机的选择

道面裂缝产生跟温度变化有直接关系。北方夏季施工时应尽量避免高温作业，采用夜间施工，可以防止表面水分蒸发过快造成的假凝现象。基层降温，面层保温，减少温差带来的收缩裂缝。

沙尘暴、台风等恶劣天气下施工也是道面裂缝产生的直接因素，一是尽量避免大风天气施工，二是做好覆盖。

3.4 养护工作

道面混凝土养护是防止裂缝的重要环节，也是防止裂缝的最后一道工序。宜采用性能稳定的喷洒养护剂养护。养护剂具有很好的成膜性和渗透性，当喷涂在初凝阶段的混凝土道面时，可以形成连续的不透水的高效养护薄膜，起到防止水分蒸发，减少收缩和龟裂的作用。同时，加强洒水养护，尤其是后期养护，最好是定人定时洒水，并及时覆盖。

4 结语

道面混凝土裂缝防治的办法措施很多，制定适合特定某个机场道面的防裂方案，才能真正达到减少道面裂缝的目标。重点在于要针对不同特征环境下，认真分析自然气候、材料供应情况、施工条件和工艺等因素，结合试验检测结果，制定、调整相应方案，但同时也应考虑工程造价等因素。