機(jī)場道面混凝土裂縫成因及防治措施探析

呂志平，武曉東，楊森 （解放軍32378部隊(duì)，北京 100072）

1 前言

南疆某機(jī)場處于中亞腹部，屬溫帶大陸性干旱氣候，境內(nèi)四季分明，光照時(shí)間長，氣溫年和日變化大，降水稀少，蒸發(fā)旺盛。夏季炎熱，但酷暑期短。冬季無嚴(yán)寒，但低溫期長。冬夏溫差較大，春夏多大風(fēng)、沙暴天氣。施工條件：不停航施工，受飛行運(yùn)行的干擾，均在航后施工，施工難度大，協(xié)調(diào)問題較多。

東南沿海某機(jī)場處于南亞地區(qū)，屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候，全年無霜，熱量充沛，雨量充足，夏季受臺(tái)風(fēng)影響明顯，臺(tái)風(fēng)來時(shí)風(fēng)大雨急。施工條件：新建機(jī)場，施工條件良好，工期較緊。

2 水泥混凝土道面裂縫的危害及產(chǎn)生成因分析

機(jī)場道面設(shè)計(jì)要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度，因?yàn)轱w機(jī)的機(jī)體和機(jī)輪不僅把豎向壓應(yīng)力傳給道面，另一方面道面還受到水平應(yīng)力、溫度應(yīng)力的作用。在外力的作用下，道面結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力、壓應(yīng)力及剪應(yīng)力。如果道面結(jié)構(gòu)整體某一組成的強(qiáng)度不足或道面有開裂、龜裂等現(xiàn)象而不能抵抗這些應(yīng)力的作用時(shí)，道面便會(huì)出現(xiàn)斷裂、碎裂或者沉陷等損壞現(xiàn)象，道面的使用品質(zhì)也會(huì)迅速惡化。

南疆某機(jī)場道面施工，水泥采用新疆知名品牌“天山水泥廠”生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)為P.O42.5普通硅酸鹽水泥。經(jīng)檢測，水泥的比表面積為340m2/kg，28天干縮率小于0.1%；活性集料中的水泥堿含量NaO+0.658K20，小于0.6%；其它各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求。碎石經(jīng)過事前、事中、事后控制檢測，壓碎值小于16%，級(jí)配、篩分符合設(shè)計(jì)要求，含泥量在1%左右；天然河砂的細(xì)度模數(shù)級(jí)配為2區(qū)，中粗砂級(jí)配良好。由于工程量小，地材采購困難，部分抽檢的砂含泥量為4%，偏大，不符合規(guī)范要求。外加劑為北京安建科技公司生產(chǎn)，委托送檢，檢測結(jié)果各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

道面施工隊(duì)伍約60人（管理人員2人，振搗組10人，行夯及找平組8人，滾杠2道4人，木抹3道6人，鋼抹3道6人，拉毛組2人，指揮倒車1人，養(yǎng)護(hù)組10人，噴灑養(yǎng)護(hù)劑1人，后勤人員4人），攤鋪、柔漿、做面等施工工藝流程均符合要求。拌合站使用強(qiáng)制式臥軸拌合，攪拌時(shí)間控制為90s。拌合站至現(xiàn)場約1km，采用農(nóng)用車?yán)希\(yùn)輸距離約1.5km，混凝土經(jīng)過拌合至現(xiàn)場的時(shí)間約為20min，根據(jù)民航機(jī)場規(guī)范要求，道面混凝土初終凝時(shí)間應(yīng)控制在1.5h～10h之間，未超出控制時(shí)間范圍。

在工程施工過程和竣工驗(yàn)收時(shí)發(fā)現(xiàn)個(gè)別倉位及板面有開裂和龜裂現(xiàn)象。根據(jù)原材、配合比、施工工藝、氣候條件、施工環(huán)境分析，主要有以下兩個(gè)原因。一是夏季日氣溫變化大，白天炎熱，夜晚溫度驟降，大大增加了外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫度梯度。溫差引起溫度應(yīng)力，溫差越大，溫度應(yīng)力越大。內(nèi)部混凝土由于水化熱產(chǎn)生的高溫引起體積膨脹，而板面溫度隨著晚上氣溫驟降及濕水養(yǎng)護(hù)而冷卻收縮，內(nèi)部的膨脹與外部的收縮產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，超過了混凝土當(dāng)時(shí)的極限抗拉強(qiáng)度，就產(chǎn)生了裂縫。二是混凝土道面施工中，骨料含泥量偏大，光照長，水份蒸發(fā)大，使混凝土表面失水快，養(yǎng)護(hù)不到位，失去塑性。三是南疆的沙塵暴天氣影響，風(fēng)力一旦超過4級(jí)，會(huì)加速混凝土表面水分蒸發(fā)和收縮，引起裂縫出現(xiàn)。

東南沿海某機(jī)場施工條件較好，無飛行影響。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)性溫潤氣候，四季分明，春秋多雨，夏熱秋旱，嚴(yán)冬期短，暑熱期長。施工進(jìn)度緊，前期在沒有做好原材的考察，外加劑使用，混凝土配合比的適配等工作的情況下，倉促進(jìn)行混凝土道面施工，造成部分板面裂縫。具體情況是水泥采用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的P.O52.5普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢測，鋁酸三鈣（C3A）、硅酸三鈣（C3S）偏高，水泥過細(xì)，造成水化熱過大，自然收縮增大，具體表現(xiàn)為道面混凝土終凝時(shí)間快，早期強(qiáng)度增長過快，造成面層的溫度高，自然收縮增大，水泥中礦物質(zhì)摻料從面層泛出白色物質(zhì)，出現(xiàn)大面積龜裂，局部開裂現(xiàn)象。

施工初期，混凝土中沒有摻加外加劑，混合料的和易性、流動(dòng)性和保塑性得不到改善，導(dǎo)致混凝土實(shí)驗(yàn)室試件和道面中的游離水通過毛細(xì)現(xiàn)象而發(fā)生泌水現(xiàn)象，引起混凝土表面強(qiáng)度不足，自然收縮應(yīng)力增大，導(dǎo)致面層出現(xiàn)龜裂、裂縫等現(xiàn)象。

由于沿海地區(qū)環(huán)保要求，石料采購的選擇性較小，原材料存在碎石針片狀多，化石、石粉含泥量超過3%以上，有樹根等有機(jī)物，針片狀、風(fēng)化石導(dǎo)致碎石級(jí)配不合理，級(jí)配出現(xiàn)斷檔現(xiàn)象，造成填充料在施工或攪拌中出現(xiàn)偏高或偏低現(xiàn)象。混凝土振搗、提漿、整平完成后，表面水泥漿過厚，面層收縮應(yīng)力過大，造成表面的開裂、龜裂現(xiàn)象。部分碎石含泥量、石粉超標(biāo)，混凝土失去塑性，造成道面開裂、龜裂現(xiàn)象。

3 混凝土道面抗裂措施

通過對(duì)南北不同地域和環(huán)境下道面混凝土裂縫成因分析，防治裂縫的措施可以歸納為以下幾個(gè)方面。

3.1 原材料選擇

水泥品牌的選擇主要通過試驗(yàn)檢測，發(fā)現(xiàn)其礦物質(zhì)摻合料中鋁酸三鈣（C3A）、硅酸三鈣（C3S）偏高時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換水泥品牌或聯(lián)系廠家，重新調(diào)制配比，如水泥細(xì)度過細(xì)，應(yīng)調(diào)整細(xì)度，使其表面積達(dá)到范圍要求，以防止水泥早期強(qiáng)度增長過快。東南沿海某機(jī)場就是將初期采用的普通硅酸鹽P.O52.5水泥調(diào)整為P.O42.5水泥，減少了因水泥水化熱過高原因造成的裂縫。

混凝土中碎石的級(jí)配、粒徑形狀以及含泥量、石粉含量也是裂縫防治重點(diǎn)。固定良好的碎石塘口是石料品質(zhì)的有力保證。在現(xiàn)階段各地區(qū)環(huán)保要求高，碎石供應(yīng)緊張情況下，應(yīng)深入到碎石生產(chǎn)廠家，規(guī)范其生產(chǎn)，加強(qiáng)檢測抽查頻度，一旦發(fā)現(xiàn)指標(biāo)超標(biāo)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行整改；若含泥量過高時(shí)，通過水洗來達(dá)到規(guī)范要求。

3.2 混凝土配合比

東南沿海某機(jī)場道面試驗(yàn)段發(fā)現(xiàn)裂縫后，重新調(diào)整了混凝土配合比，采用PO42.5硅酸鹽水泥，并采用摻加道面專用外加劑，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機(jī)理，降低水灰比等措施，降低混凝土的膨脹值，以達(dá)到減少裂縫的目的。試驗(yàn)結(jié)果如下。

3.2.1 第一次試件制配

3.2.1.1 原材料

①水泥：龍鱗牌P.O52.5普通硅酸鹽低堿水泥；

②碎石：（5-31.5）mm，含泥量0.6%；

③砂：河砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量1.4%，泥塊含量0.1%；

④外加劑：無；

⑤試配抗折強(qiáng)度：5.8MPa；

⑥維勃稠度要求：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 試驗(yàn)結(jié)果

①7d抗折強(qiáng)度5.2MPa，28d抗折強(qiáng)度6.1MPa；

②維勃稠度：20S；

③水溶性氯離子含量（以水泥質(zhì)量計(jì)）：0.036%；

④堿含量：1.79kg/m3。

3.2.2 第二次試件制配

3.2.2.1 原材料

①水泥：龍鱗牌P.O42.5普通硅酸鹽低堿水泥；

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

③砂：河砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量1.2%，泥塊含量0.0%；

④外加劑：緩凝型高效減水劑，摻量2.0%；

⑤試配抗折強(qiáng)度：5.0MPa；

⑥維勃稠度要求：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 試驗(yàn)結(jié)果

①7d抗折強(qiáng)度5.0MPa，28d抗折強(qiáng)度5.8MPa；

②維勃稠度：18S；

③水溶性氯離子含量（以水泥質(zhì)量計(jì)）：0.028%;

④堿含量：1.89kg/m3。

3.2.3 結(jié)論

第二次試配與第一次比較，水泥降低標(biāo)號(hào)，碎石采用兩級(jí)配，并加入添加劑，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)同樣滿足了設(shè)計(jì)要求的抗折強(qiáng)度，同時(shí)減少了用水量，降低了混凝土早期強(qiáng)度和泌水現(xiàn)象，從而降低道面裂縫出現(xiàn)的幾率。

如果經(jīng)費(fèi)允許，可以在混凝土中加入品質(zhì)較好的高強(qiáng)聚酯纖維，不但能改善混凝土的抗沖擊性，還能提高基體的變形能力和斷裂韌性，從而提高混凝土的抗裂性能。

3.3 施工時(shí)機(jī)的選擇

道面裂縫產(chǎn)生跟溫度變化有直接關(guān)系。北方夏季施工時(shí)應(yīng)盡量避免高溫作業(yè)，采用夜間施工，可以防止表面水分蒸發(fā)過快造成的假凝現(xiàn)象。基層降溫，面層保溫，減少溫差帶來的收縮裂縫。

沙塵暴、臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣下施工也是道面裂縫產(chǎn)生的直接因素，一是盡量避免大風(fēng)天氣施工，二是做好覆蓋。

3.4 養(yǎng)護(hù)工作

道面混凝土養(yǎng)護(hù)是防止裂縫的重要環(huán)節(jié)，也是防止裂縫的最后一道工序。宜采用性能穩(wěn)定的噴灑養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)劑具有很好的成膜性和滲透性，當(dāng)噴涂在初凝階段的混凝土道面時(shí)，可以形成連續(xù)的不透水的高效養(yǎng)護(hù)薄膜，起到防止水分蒸發(fā)，減少收縮和龜裂的作用。同時(shí)，加強(qiáng)灑水養(yǎng)護(hù)，尤其是后期養(yǎng)護(hù)，最好是定人定時(shí)灑水，并及時(shí)覆蓋。

4 結(jié)語

道面混凝土裂縫防治的辦法措施很多，制定適合特定某個(gè)機(jī)場道面的防裂方案，才能真正達(dá)到減少道面裂縫的目標(biāo)。重點(diǎn)在于要針對(duì)不同特征環(huán)境下，認(rèn)真分析自然氣候、材料供應(yīng)情況、施工條件和工藝等因素，結(jié)合試驗(yàn)檢測結(jié)果，制定、調(diào)整相應(yīng)方案，但同時(shí)也應(yīng)考慮工程造價(jià)等因素。