機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，北京 100072）

1 前言

南疆某機場處于中亞腹部，屬溫帶大陸性干旱氣候，境內四季分明，光照時間長，氣溫年和日變化大，降水稀少，蒸發旺盛。夏季炎熱，但酷暑期短。冬季無嚴寒，但低溫期長。冬夏溫差較大，春夏多大風、沙暴天氣。施工條件：不停航施工，受飛行運行的干擾，均在航后施工，施工難度大，協調問題較多。

東南沿海某機場處于南亞地區，屬熱帶海洋性季風氣候，全年無霜，熱量充沛，雨量充足，夏季受臺風影響明顯，臺風來時風大雨急。施工條件：新建機場，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生成因分析

機場道面設計要求具有足夠的強度和剛度，因為飛機的機體和機輪不僅把豎向壓應力傳給道面，另一方面道面還受到水平應力、溫度應力的作用。在外力的作用下，道面結構會產生拉應力、壓應力及剪應力。如果道面結構整體某一組成的強度不足或道面有開裂、龜裂等現象而不能抵抗這些應力的作用時，道面便會出現斷裂、碎裂或者沉陷等損壞現象，道面的使用品質也會迅速惡化。

南疆某機場道面施工，水泥采用新疆知名品牌“天山水泥廠”生產的普通硅酸鹽水泥，標號為P.O42.5普通硅酸鹽水泥。經檢測，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%；其它各項指標均符合規范設計要求。碎石經過事前、事中、事后控制檢測，壓碎值小于16%，級配、篩分符合設計要求，含泥量在1%左右；天然河砂的細度模數級配為2區，中粗砂級配良好。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，不符合規范要求。外加劑為北京安建科技公司生產，委托送檢，檢測結果各項參數符合設計規范要求。

道面施工隊伍約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，養護組10人，噴灑養護劑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。拌合站使用強制式臥軸拌合，攪拌時間控制為90s。拌合站至現場約1km，采用農用車拉料，運輸距離約1.5km，混凝土經過拌合至現場的時間約為20min，根據民航機場規范要求，道面混凝土初終凝時間應控制在1.5h～10h之間，未超出控制時間范圍。

在工程施工過程和竣工驗收時發現個別倉位及板面有開裂和龜裂現象。根據原材、配合比、施工工藝、氣候條件、施工環境分析，主要有以下兩個原因。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部混凝土的溫度梯度。溫差引起溫度應力，溫差越大，溫度應力越大。內部混凝土由于水化熱產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護而冷卻收縮，內部的膨脹與外部的收縮產生很大的拉應力，超過了混凝土當時的極限抗拉強度，就產生了裂縫。二是混凝土道面施工中，骨料含泥量偏大，光照長，水份蒸發大，使混凝土表面失水快，養護不到位，失去塑性。三是南疆的沙塵暴天氣影響，風力一旦超過4級，會加速混凝土表面水分蒸發和收縮，引起裂縫出現。

東南沿海某機場施工條件較好，無飛行影響。該地區屬于亞熱帶季風性溫潤氣候，四季分明，春秋多雨，夏熱秋旱，嚴冬期短，暑熱期長。施工進度緊，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地生產的P.O52.5普通硅酸鹽水泥，經檢測，鋁酸三鈣（C3A）、硅酸三鈣（C3S）偏高，水泥過細，造成水化熱過大，自然收縮增大，具體表現為道面混凝土終凝時間快，早期強度增長過快，造成面層的溫度高，自然收縮增大，水泥中礦物質摻料從面層泛出白色物質，出現大面積龜裂，局部開裂現象。

施工初期，混凝土中沒有摻加外加劑，混合料的和易性、流動性和保塑性得不到改善，導致混凝土實驗室試件和道面中的游離水通過毛細現象而發生泌水現象，引起混凝土表面強度不足，自然收縮應力增大，導致面層出現龜裂、裂縫等現象。

由于沿海地區環保要求，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，有樹根等有機物，針片狀、風化石導致碎石級配不合理，級配出現斷檔現象，造成填充料在施工或攪拌中出現偏高或偏低現象。混凝土振搗、提漿、整平完成后，表面水泥漿過厚，面層收縮應力過大，造成表面的開裂、龜裂現象。部分碎石含泥量、石粉超標，混凝土失去塑性，造成道面開裂、龜裂現象。

3 混凝土道面抗裂措施

通過對南北不同地域和環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方面。

3.1 原材料選擇

水泥品牌的選擇主要通過試驗檢測，發現其礦物質摻合料中鋁酸三鈣（C3A）、硅酸三鈣（C3S）偏高時，應及時更換水泥品牌或聯系廠家，重新調制配比，如水泥細度過細，應調整細度，使其表面積達到范圍要求，以防止水泥早期強度增長過快。東南沿海某機場就是將初期采用的普通硅酸鹽P.O52.5水泥調整為P.O42.5水泥，減少了因水泥水化熱過高原因造成的裂縫。

混凝土中碎石的級配、粒徑形狀以及含泥量、石粉含量也是裂縫防治重點。固定良好的碎石塘口是石料品質的有力保證。在現階段各地區環保要求高，碎石供應緊張情況下，應深入到碎石生產廠家，規范其生產，加強檢測抽查頻度，一旦發現指標超標，能及時發現進行整改；若含泥量過高時，通過水洗來達到規范要求。

3.2 混凝土配合比

東南沿海某機場道面試驗段發現裂縫后，重新調整了混凝土配合比，采用PO42.5硅酸鹽水泥，并采用摻加道面專用外加劑，改善混凝土內部結構和機理，降低水灰比等措施，降低混凝土的膨脹值，以達到減少裂縫的目的。試驗結果如下。

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，細度模數2.7，含泥量1.4%，泥塊含量0.1%；

④外加劑：無；

⑤試配抗折強度：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 試驗結果

①7d抗折強度5.2MPa，28d抗折強度6.1MPa；

②維勃稠度：20S；

③水溶性氯離子含量（以水泥質量計）：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，細度模數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 試驗結果

①7d抗折強度5.0MPa，28d抗折強度5.8MPa；

②維勃稠度：18S；

③水溶性氯離子含量（以水泥質量計）：0.028%;

④堿含量：1.89kg/m3。

3.2.3 結論

第二次試配與第一次比較，水泥降低標號，碎石采用兩級配，并加入添加劑，得到的試驗數據同樣滿足了設計要求的抗折強度，同時減少了用水量，降低了混凝土早期強度和泌水現象，從而降低道面裂縫出現的幾率。

如果經費允許，可以在混凝土中加入品質較好的高強聚酯纖維，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 施工時機的選擇

道面裂縫產生跟溫度變化有直接關系。北方夏季施工時應盡量避免高溫作業，采用夜間施工，可以防止表面水分蒸發過快造成的假凝現象。基層降溫，面層保溫，減少溫差帶來的收縮裂縫。

沙塵暴、臺風等惡劣天氣下施工也是道面裂縫產生的直接因素，一是盡量避免大風天氣施工，二是做好覆蓋。

3.4 養護工作

道面混凝土養護是防止裂縫的重要環節，也是防止裂縫的最后一道工序。宜采用性能穩定的噴灑養護劑養護。養護劑具有很好的成膜性和滲透性，當噴涂在初凝階段的混凝土道面時，可以形成連續的不透水的高效養護薄膜，起到防止水分蒸發，減少收縮和龜裂的作用。同時，加強灑水養護，尤其是后期養護，最好是定人定時灑水，并及時覆蓋。

4 結語

道面混凝土裂縫防治的辦法措施很多，制定適合特定某個機場道面的防裂方案，才能真正達到減少道面裂縫的目標。重點在于要針對不同特征環境下，認真分析自然氣候、材料供應情況、施工條件和工藝等因素，結合試驗檢測結果，制定、調整相應方案，但同時也應考慮工程造價等因素。