軍用機場跑道混凝土高溫大風季節裂縫防控技術

趙陽，劉嬌

（1. 天津冀東津璞基業混凝土有限公司，天津 301700；2. 天津聚龍力嘉混凝土有限公司，天津 300400）

軍用機場跑道混凝土高溫大風季節裂縫防控技術

趙陽，劉嬌

（1. 天津冀東津璞基業混凝土有限公司，天津 301700；2. 天津聚龍力嘉混凝土有限公司，天津 300400）

本文基于在華北地區5～7月份高溫大風季節，對高強度抗折混凝土軍用機場混凝土地面的裂縫控制進行了分析和研究，通過綜合不利因素找到解決問題的途徑，通過材料的選取、生產控制、施工配合達到了最終軍用機場路面無裂縫施工的目的，也找到了生產高強度地面混凝土施工的經驗。

混凝土；配比設計；裂縫

1 工程概況

施工單位為中國人民解放軍 A 部隊的配套建設工程（項目經理部），該工程是空軍 B 部隊的機場跑道。混凝土要求 C50，混凝土抗折強度5.0MPa，要求干硬性混凝土。該跑道厚度 330mm，分成每 7m 一條，每7m 切縫一條，要求混凝土不允許有任何裂縫。施工時間為 2015年4月20日開始，天津地區正處于大風季節。該混凝土施工難度在于強度高、厚度大、干硬性罐車運輸困難，存在氣溫高、風大防控裂縫難度大等不利因素。該工程為軍用工程，工期緊，要求 15 天內完成共計混凝土 7000 多立方米、施工面積2萬平米的地面施工工作。該工程為機場跑道不同于一般的路面工程，相對質量標準要求更高，是一個有較強代表性的工程。

2 理論分析研究

該工程主要問題在于防控裂縫，下面對地面裂縫成因進行分析：

2.1 塑性沉縮裂縫

塑性沉縮裂縫是混凝土的一種早期裂縫，即在澆注完混凝土4～15 小時左右，水泥水化反應劇烈，出現泌水和水分急劇蒸發現象，引起失水收縮。尤其在變截面處易發生劇烈收縮，此時骨料與膠凝材料之間也產生不均勻的沉縮變形。水分大量蒸發引起的混凝土塑性沉縮裂縫與沉凝土的流態有關，一般流態越大，越容易引起沉縮裂縫。如果混凝土水灰比過大，水泥用量大，摻合料保水性差，粗骨料少，用水量大，易振搗不良，同時環境氣溫高，養護不足表面失水能導致混凝土會出現塑性沉縮裂縫。為了避免混凝土出現塑性裂縫，可在混凝土還處在塑性狀態時，適時予以拍打，促其表面裂縫閉合，恢復整體性。

2.2 干燥收縮裂縫

混凝土澆筑完畢要經過一定濕養護期，在此期間因飽含水分而體積基本不變。以后混凝土在空氣中，逐漸硬化，水分蒸發，體積發生收縮。混凝土的干燥收縮主要是由于水泥石的脫水而產生，其中最大收縮是發生在第一次干燥之后，以后逐漸減慢，大部分收縮在齡期3個月內出現，但齡期超過 20年后收縮仍不會中止。當混凝土的收縮應變超過結構的軸心受拉峰值應變時，混凝土內部和表面就會形成裂縫，隨著應變的增加，裂縫也隨之發展。因為結構很薄，混凝土地面收縮裂縫一般是貫穿性裂縫。引起干燥收縮裂縫的原因可能有：

（1）水泥的品種和用量。不同品種和質量的水泥，收縮變形值不等，如早強水泥比普通水泥的收縮約大10%，混凝土中的水泥用量和水灰比越大，收縮量越大。

（2）混凝土骨料的粒徑和含量。骨料含量大，彈性模量值高者，收縮越小；粒徑大者，對水泥漿收縮的約束大，且達到相同稠度所需的用水量少，收縮量也小。

（3）養護條件。及時完善的養護能夠加速水泥的水化，減少收縮量；養護不完善，將加大干燥環境中的收縮。

（4）使用期的環境條件。結構所處的溫度高、濕度低，都會增大水分的蒸發，使混凝土收縮量大。

（5）構件的形狀和尺寸。混凝土中水分蒸發必須經由結構表面。故結構的體積與表面積之比越小，水分蒸發量越大，混凝土收縮越大。

2.3 溫度脹縮變形裂縫

混凝土溫度裂縫起因于溫度應變受到約束。溫度應變起因于溫差。關于溫差有兩種情況，一種是混凝土最高的截面平均溫度與環境大氣的平均溫度之差；另一種是混凝土的表面溫差，即混凝土截面中心最高溫度與混凝土表面溫度之差。由于這種表里溫差的表層溫度收縮應變要受到內部約束，從而引起外部裂縫。當溫度脹縮引起的混凝土內部應力大于混凝土抗拉強度時，會引起混凝土裂縫。由于混凝土薄板的厚度遠遠小于其他兩個方向的尺寸，因此溫度脹縮引起的一般也是貫通裂縫。另外由于環境溫度、濕度變化，在混凝土板面與底面之間形成溫度、濕度差異，混凝土下部的粘接層會約束混凝土板表面產生的脹縮變形。如果在施工中設計了分格縫，則混凝土板面容易在分格縫處產生翹曲變形。

3 配合比方案選取

根據以上理論分析此次配比設計需要考慮以下幾個因素：

（1）采取膠凝材料雙摻技術降低水化熱，控制溫度裂縫。

（2）配合比設計考慮抗折強度、抗壓強度兩個因素，首先按照抗壓強度的要求依據 JTGF 30—2003《公路水泥混凝土路面施工技術規范》進行初步設計出基準配比，然后再與按照抗壓強度的要求依據 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》 進行設計出 C50 配比，最后將兩種配比進行比對最終選取同時符合兩個設計要求的配比進行試配。

（3）提高石子粒徑，提高抗裂能力。

（4）砂子控制含泥量、盡量提高細度模數，避免砂子偏細導致開裂。

（5）考慮混凝土采用罐車運輸，出機混凝土維勃稠度不能過大，但到場維勃稠度也不能過小。

綜合以上因素，配合比設計選用以下材料：

（1）混凝土膠凝材料總量不能高于 400kg/m3。采用冀東寧河分廠的 P·O42.5水泥，及唐山冀東鑫研公司生產的 S95 礦粉。

（2）石子選取5～31.5mm 的連續級配山碎石。

（3）砂子選取遵化產Ⅱ區中砂，細度模數2.7，含泥2.7%。

（4）外加劑選用金隅科技生產的聚羧酸高效減水劑摻量1.6%（推薦摻量2.0%）。為了達到干硬性混凝土的效果，考慮運輸過程中坍落度的損失，適當摻入外加劑，有緩凝作用，確保罐車到場可以將混凝土卸出。

（5）考慮運輸坍落度損失問題，混凝土出機維勃稠度以5～10s 進行設計。

最終根據 JTGF 30—2015《公路水泥混凝土路面施工技術規范》和 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》，設計出抗折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

經過試配混凝土的狀態符合施工單位要求，試配指標見表2。

為了確保能夠有效控制裂縫，在試塊制作過程中特別提高了振動時間，觀察混凝土上表面成型后漿層的厚度和形態，控制漿層不超過 4mm，因為根據經驗，如果一旦漿層過厚就會出現失水過快導致形成裂縫。本工程混凝土配比設計時采用砂子細度模數較粗且砂率選擇較小就是為了避免出現漿層過厚的情況。

表2 混凝土性能

4 混凝土生產及澆筑

（1）生產和運輸。本次混凝土運輸采用罐車運輸，站內用5臺未粘灰的 20m3罐車進行運輸，每盤生產混凝土 1m3便于將半干硬性的混凝土放入罐車中。

（2）此次生產干硬性混凝土公司單獨安排一套生產線進行生產，確保原材料穩定，出廠混凝土坍落度穩定，并且嚴禁司機沖車加水。

（3）預濕基層。在施工開始前要求施工方利用灑水車對即將施工的地面進行澆水預濕，避免由于基層過于干燥吸水導致混凝土失水過快造成開裂。

（4）找平、振搗。由于是干硬性混凝土施工，所以在鋪裝時利用挖掘機找平，然后采用軌道式裝置按照每間隔 70cm 固定一個振搗棒、并排9個振搗棒。在由挖掘機鋪平混凝土后啟動軌道式裝置，一邊前進一邊由9個振搗棒同時對路面混凝土進行均勻振搗，這種振搗方式避免了人為振搗造成的過振或者漏振現象，搗棒間距設置合理確保混凝土振搗到位。施工澆筑后的混凝土由于維勃稠度控制穩定，振搗合理，地面混凝土比較均勻表面浮漿層適中，收面后清出可碰石子，這種效果正是理想狀態，確保表面不會因為漿層過厚而收縮開裂。

（5）收面、養護。由于正值清明節前后，華北地區屬于多風季節且空氣干燥，施工單位嚴格按照施工規范要求且結合現場混凝土的凝結時間進行混凝土收面工序操作，面層處理完畢后及時覆膜養護。由于地面施工的特殊性，在做好養護的同時，在混凝土終凝前嚴禁重型工程車輛在施工區域快速通行或剔鑿挖掘作業，確保不對混凝土造成震動破壞。

5 施工效果及驗收

該空軍跑道地面工程自4月20日開始施工至5月中旬完畢，到場混凝土坍落度穩定、施工效果非常好，無裂縫，受到了施工隊伍的認可。技術指標符合要求混凝土 28 天抗折強度達到7.5MPa，28 天混凝土抗壓強度達到 61MPa。

6 結論

（1）高強度等級干硬性地面配合比設計要綜合考慮高強度等級和抗折強度、維勃稠度等因素，要適合罐車運輸但又不能有太大的流動性，另外在配比設計時考慮降低水化熱適量摻入礦粉。

（2）地面施工尤其要關注澆筑過程控制混凝土的穩定性，著重控制預濕基層，均勻適度振搗，適時收面覆蓋。

（3）澆筑完畢后避免外界振動對地面混凝土在硬化初期遭到破壞；及時切縫釋放應力，確保有效控制裂縫。

[1]邱永欽．混凝土路面裂縫控制處理技術探討[J]．山西建筑，2010,36(24): 297-298．

[2]劉雪松．大面積細石混凝土地面裂縫控制措施[J]．河南建材，2011(3): 143-144．

[3]許娟．混凝土裂縫的分析與預防[J]．河南建材，2011(3): 143-144．

[4]周利民．水泥混凝土機場道面收縮裂縫的質量控制[J]．施工技術，2006(s1): 214-216．

[5]劉效國．談機場水泥混凝土道面施工質量控制技術[J]．城市建設理論研究（電子版），2016,6(2)．

[6]趙震毅．夏季機場道面水泥混凝土施工質量控制措施[J]．建筑工程技術與設計，2016(17)．

趙陽（1980—），男，天津人，工程師，工學學士學位，主要從事混凝土技術研究。

［通訊地址］天津市武清區楊鐵貨場院內天津冀東津璞基業混凝土有限公司（301700）