某機場道面混凝土施工裂縫防治

摘 要：針對西北干旱地區某機場現澆混凝土道面板在施工過程中出現的裂縫現象，綜合考慮環境條件和工程特點，從環境條件、材料選用和施工工藝等方面分析裂縫產生的原因，并提出相應的防治措施，在實踐中取得了顯著的效果，可供西北干旱地區道面混凝土施工參考。

關鍵詞：機場道面； 混凝土裂縫； 防治技術

【文章編號】1627-6868（2017）03-0041-02

Abstract： In Cracks appear for the northwest arid areas of an airport cast-in-place concrete the Road panel in the construction process， considering the environmental conditions and the engineering characteristics， analysis of the causes of cracks from the areas of environmental conditions， material selection and construction process， and the correspondingprevention and control measures， in practice， has achieved significant results， available in northwest arid zone pavement concrete construction reference.

Key words： airport pavement； concrete cracks； prevention technology

1.引言

西北某機場，位于沙漠邊緣，屬溫帶大陸性干燥氣候，陽光充足，晝夜溫差大。機場道面設計要求為24cm厚水泥混凝土面層，直接式蓋被。春季試打，夏季施工。施工初期道面即出現大量塑性裂縫，嚴重的在終凝前達10～100cm長，1～2mm寬。施工單位采取在拉毛后及時覆蓋塑料膜保水的措施，消除了塑性裂縫的產生，但在切縫彈線和切割時又產生大量可見裂縫。裂縫的產生嚴重影響了工程的質量和進度，并且對于服役工作環境較嚴酷的道面板而言，裂縫的存在會影響道面的耐久性和安全使用[1，2]。混凝土的早期開裂是一個非常普遍的現象，影響混凝土早期開裂的因素也是復雜的。本文主要針對該機場混凝土施工特點及存在問題，綜合工程特點和環境特點，從材料、施工和管理等各方面進行分析，探討西北干旱地區道面混凝土早期裂縫的成因及防治措施。

2.早期裂縫原因分析

影響混凝土早期開裂的因素很多，除了自收縮和干燥收縮外，還有早期的彈模、抗拉強度、極限拉應變、徐變等；除此又與水蒸發速率、降溫速率、結構約束程度有較大的關系[3]。針對該機場施工中出現裂縫的情況，對環境特點、進場材料、施工工藝等方面進行調查分析，認為該機場早期裂縫的產生，主要是由環境、材料和施工三方面因素造成的。

2.1 環境因素

環境因素包括有氣溫、濕度、風速以及陽光輻射強度等。該機場處于北方沙漠干旱地區，陽光輻射強烈，氣候特別干燥且多風，新拌混凝土大面積暴露于外部環境之中，面層砂漿失水過快從而產生大量塑性收縮裂縫。另外，當地氣溫較高，外界溫度越高，水泥水化反應速度越快，水化放熱集中，從而使內部溫升較高。而當地氣溫晝夜溫差大，在早晨氣溫較低的情況下，掀開覆蓋層切縫彈線、切割時又會使混凝土降溫過快，從而產生大量可見裂縫。

2.2 材料因素

2.2.1 水泥

本場使用P·Ⅱ42.5等級散裝水泥，C3S含量為58～60%，C2S含量為14～20%，C3A含量約為8～10%，C4AF含量為14～18%。經抽檢各項指標均符合GB175質量要求。出現裂縫可能與以下因素有關：

（1）水泥開裂敏感性大。本場使用水泥顆粒很細，比表面積達到430-480m2/kg，需水量增大，容易產生收縮裂紋。C3S、C3A含量較多，混凝土澆筑后凝結硬化快，水化放熱量大而集中，使得混凝土本體溫差更大，極易產生裂縫。

（2）水泥用量較多。該機場配合比設計，每立方混凝土水泥用量為338kg。水泥用量偏多會增加水泥水化反應產生的化學收縮和因水泥水化熱的增加而導致的溫度變形。每立方混凝土每增加或減少1kg水泥，則混凝土溫度提高或降低約1℃，水泥用量越大，水化熱也越多，對混凝土抗裂性越不利。

（3）水泥進場溫度過高。該機場使用的散裝水泥，運送到現場溫度均在60～70℃，泵送入水泥儲存罐后溫度又有所上升，從而提高了混凝土拌合物的溫度，加上水泥水化熱引起的溫升，使剛鋪筑的道面板混凝土的溫度比周圍環境溫度高出許多。混凝土在降溫過程中，尤其是在溫度較低的夜晚和早晨，會產生熱收縮。熱收縮受到基層摩阻力的約束，從而產生拉應力，引起混凝土的開裂。

2.2.2 骨料品質

該機場使用碎石為花崗巖，長石含量高，熱膨脹系數較大。砂為中粗砂，含泥量較大，達到了3～3.5%。砂石中含泥量偏大，妨礙了水泥與砂石之間的咬合粘結，弱化了砂石界面結構，降低了界面強度，也降低了混凝土的強度，加劇了裂縫情況的產生。

2.3 施工原因

（1）施工時間。施工時間為7、8月份，工期為60天。白天氣溫較高，經過曝曬的基層舊道面溫度較高，提升了混凝土拌合物的溫度。晝夜溫差均大于10℃，最高達到了22℃，使混凝土經歷急速的降溫過程，產生較大的溫度應力。施工期間經常有4-5級的干燥熱風，加劇了混凝土面層的水分蒸發。

（2）施工工藝。本機場采用拉毛工藝，為滿足抗滑指標，面層必須有一定厚度的砂漿才能拉出滿足設計要求的紋理深度。而當地多風，陽光輻射強烈，空氣濕度低，氣候特別干燥，面層砂漿失水過快從而產生大量塑性收縮裂縫。

（3）切縫時機。在早晨掀起覆蓋混凝土道面的塑料布進行切縫時，產生大量可見裂縫。這是因為晝夜溫差大，在水化熱高峰期掀起塑料布使得混凝土降溫過快，混凝土表面接觸溫度較低的環境產生裂縫。

3.早期裂縫防治技術

混凝土是一種非勻質的復雜多相復合材料，在其微觀結構相組成之間主要的結合力是范德華力，因此其抗拉強度遠低于抗壓強度。當混凝土內部產生的拉應力超過其抗拉強度時，就會產生裂縫。在實際施工中，影響開裂的因素是復雜的，多方面的，控制裂縫也應從整體論出發，根據當地、當時的環境氣候，原材料供應情況，可能采取的方案措施等來綜合防治混凝土的早期裂縫。針對北方干旱地區的機場道面混凝土施工特點，應采取以下措施來防治混凝土的早期裂縫。

3.1 材料方面

（1）選用合適品種的水泥，改變水泥的礦物組成，降低水泥的細度。選用開裂敏感性小的水泥（低C3S、C3A含量，低堿含量，低比表面積）。水泥的水化熱與水泥的礦物組成和性質密切相關，要減小水泥的水化熱，必須降低熟料中的C3S和C3A含量，相應提高C2S和C4AF的含量[4]。本場所用水泥經與水泥廠協調，降低了C3S和C3A含量（C3S<55%、C3A<5%），降低了水泥的細度，使水泥的比表面積小于400m2/kg，有效降低了水泥的水化放熱量，減小了溫差。

（2）摻用外加劑和摻合料，減少單位水泥用量。水泥的用量越大，產生的水化熱越多，因此在不改變其他性能的條件下，盡可能減少水泥用量。摻用部分粉煤灰取代部分水泥，在道面混凝土中，粉煤灰的摻量一般為25%～30%[5]。本場采用北京科寧空港外加劑有限公司生產的ADD-3引氣型緩凝高效減水劑，每立方混凝土水泥用量為280Kg，摻加25%的Ⅱ級粉煤灰，有效延長了水泥水化放熱時間。

（3）大量試驗結果表明，在新拌混凝土中摻加合成纖維可有效防止混凝土早期塑性收縮裂縫[6]。該機場道面混凝土中摻加了0.1%的改性聚酯纖維，混凝土攪拌時間延長了30s，纖維分散性很好，充分發揮了阻裂作用，基本消除了早期塑性收縮裂縫現象。

（4）降低水泥的進場溫度。在現場增加了水泥儲存罐，使水泥降溫后再使用，對降低拌合物溫度，控制裂縫的產生起到積極作用。

（5）選用優質骨料。選取級配好，雜質少的砂石材料。嚴格控制砂子的含泥量不超過2%，石子的含泥量不超過1%[7]，有效減少了收縮開裂現象。

3.2 施工方面

（1）合理選擇施工時機。施工工期盡量避開炎熱干燥的夏季，選擇9、10月份施工。夏季施工時避開高溫天氣，將澆筑時間改在下午4點以后或者晚上施工。白天施工要設遮陽棚，防止太陽曝曬。刮風天氣，風速很大時一般不宜施工，必要時應設置擋風帶，避免干熱風直接吹混凝土表面。雷雨天氣還應設置防雨棚，可以防止雨淋而導致混凝土表面溫度驟降而產生裂縫。

（2）選擇合理的施工工藝。對于北方干燥沙漠地區，道面抗滑粗糙度應采用刻槽工藝，而不宜采用拉毛工藝。另外，增加抹面次數也可以減少混凝土表面的開裂程度。在混凝土初凝后對其進行抹面，可以把原來處于裸露狀態下出現的一些表面裂縫抹掉；并可以封堵毛細孔，減小水分的蒸發速率；抹面還可以使混凝土表面更加密實，提高其表面強度，防止混凝土的表面起粉。

（3）采取適當的降溫、保濕措施。澆筑前應對原道面或基層灑水降溫，盡量降低混凝土拌和物接觸的環境溫度。拉毛后應及時覆蓋塑料布保水。覆蓋塑料布可以完全阻止新拌混凝土內部的水分蒸發，使整個混凝土板處于同一濕度條件下養護，消除了濕度梯度的影響。養生時采用噴灑養護劑的保水養護措施，避免混凝土早期由于干燥收縮而導致的開裂。

（4）選擇合適的切縫時機。混凝土鋪筑時，布料要均勻，振搗要密實，防止混凝土收縮而產生裂縫。連續澆筑一次不宜超過100m。及時切縫的目的就是要縮小混凝土道面板的長度，減小其收縮變形。由于晝夜溫差大，切縫時機一定要根據當地氣溫情況、混凝土強度增長情況來掌握，防止收縮拉應力過大引起斷板。

4.結語

采取上述綜合措施，該機場有效防止了早期裂縫的產生，混凝土的強度、表觀質量大大提高，竣工驗收時被評為優質工程。在西北地區的機場道面混凝土施工中，混凝土的早期開裂是一個比較普遍的現象，而影響混凝土早期開裂的原因也是復雜的。混凝土道面鋪筑時，應綜合考慮環境條件、材料選擇、配合比設計和施工技術等多方面因素。選用合適品種的水泥，盡可能減少水泥用量，選用優質骨料，選擇合理的施工時機與施工工藝，采取適當的降溫保濕措施，選擇合適的切縫時機等，可以有效防治早期裂縫的出現，提高道面鋪筑質量，確保其設計使用功能，延長道面使用壽命。

參考文獻

[1] 王碩太、薛菁等.機場道面高強混凝土早期抗裂性評價[J].建筑技術，2007（9）：650-652.

[2] 劉慶濤、王碩太、孔祥海等.機場道面混凝土耐久性研究[J].混凝土，2007（6）：13-15.

[3] P.K.Mehta， et al.Concrete：Microstructure， Properties and Materials. Third Edition.NewYork：MeGral Hall，2005.

[4] 馬國靖、王碩太、黃燦華等.機場道面混凝土水泥品質要求[J].工業建筑，2004.34增刊：556-558.582

[5] 王碩太、馬國靖、朱志遠等.高性能道面混凝土配合比設計[J].公路交通科技，2007.24（4）：25-28.

[6] 岑國平、朱志遠、王碩太等.道面合成纖維混凝土性能的試驗與比較[J].混凝土，2008（6）：45-46.49.

[7] GJB1112A-2004. 軍用機場場道工程施工及驗收規范[S].

【作者簡介】陳玉華（1969-），男，大學本科，研究方向：機場工程設計、監理。