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        軍用機(jī)場跑道混凝土高溫大風(fēng)季節(jié)裂縫防控技術(shù)

        2017-09-25 10:09:24趙陽劉嬌
        商品混凝土 2017年9期
        關(guān)鍵詞:水泥裂縫混凝土

        趙陽,劉嬌

        (1. 天津冀東津璞基業(yè)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(jī)場跑道混凝土高溫大風(fēng)季節(jié)裂縫防控技術(shù)

        趙陽,劉嬌

        (1. 天津冀東津璞基業(yè)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(qū)5~7月份高溫大風(fēng)季節(jié),對高強(qiáng)度抗折混凝土軍用機(jī)場混凝土地面的裂縫控制進(jìn)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(chǎn)控制、施工配合達(dá)到了最終軍用機(jī)場路面無裂縫施工的目的,也找到了生產(chǎn)高強(qiáng)度地面混凝土施工的經(jīng)驗(yàn)。

        混凝土;配比設(shè)計(jì);裂縫

        1 工程概況

        施工單位為中國人民解放軍 A 部隊(duì)的配套建設(shè)工程(項(xiàng)目經(jīng)理部),該工程是空軍 B 部隊(duì)的機(jī)場跑道。混凝土要求 C50,混凝土抗折強(qiáng)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(shí)間為 2015年4月20日開始,天津地區(qū)正處于大風(fēng)季節(jié)。該混凝土施工難度在于強(qiáng)度高、厚度大、干硬性罐車運(yùn)輸困難,存在氣溫高、風(fēng)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(nèi)完成共計(jì)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(jī)場跑道不同于一般的路面工程,相對質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求更高,是一個(gè)有較強(qiáng)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(jìn)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(shí)左右,水泥水化反應(yīng)劇烈,出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)現(xiàn)象,引起失水收縮。尤其在變截面處易發(fā)生劇烈收縮,此時(shí)骨料與膠凝材料之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形。水分大量蒸發(fā)引起的混凝土塑性沉縮裂縫與沉凝土的流態(tài)有關(guān),一般流態(tài)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(shí)環(huán)境氣溫高,養(yǎng)護(hù)不足表面失水能導(dǎo)致混凝土?xí)霈F(xiàn)塑性沉縮裂縫。為了避免混凝土出現(xiàn)塑性裂縫,可在混凝土還處在塑性狀態(tài)時(shí),適時(shí)予以拍打,促其表面裂縫閉合,恢復(fù)整體性。

        2.2 干燥收縮裂縫

        混凝土澆筑完畢要經(jīng)過一定濕養(yǎng)護(hù)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(fā),體積發(fā)生收縮。混凝土的干燥收縮主要是由于水泥石的脫水而產(chǎn)生,其中最大收縮是發(fā)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(gè)月內(nèi)出現(xiàn),但齡期超過 20年后收縮仍不會中止。當(dāng)混凝土的收縮應(yīng)變超過結(jié)構(gòu)的軸心受拉峰值應(yīng)變時(shí),混凝土內(nèi)部和表面就會形成裂縫,隨著應(yīng)變的增加,裂縫也隨之發(fā)展。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)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(zhì)量的水泥,收縮變形值不等,如早強(qiáng)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(dá)到相同稠度所需的用水量少,收縮量也小。

        (3)養(yǎng)護(hù)條件。及時(shí)完善的養(yǎng)護(hù)能夠加速水泥的水化,減少收縮量;養(yǎng)護(hù)不完善,將加大干燥環(huán)境中的收縮。

        (4)使用期的環(huán)境條件。結(jié)構(gòu)所處的溫度高、濕度低,都會增大水分的蒸發(fā),使混凝土收縮量大。

        (5)構(gòu)件的形狀和尺寸?;炷林兴终舭l(fā)必須經(jīng)由結(jié)構(gòu)表面。故結(jié)構(gòu)的體積與表面積之比越小,水分蒸發(fā)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(yīng)變受到約束。溫度應(yīng)變起因于溫差。關(guān)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(huán)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(yīng)變要受到內(nèi)部約束,從而引起外部裂縫。當(dāng)溫度脹縮引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí),會引起混凝土裂縫。由于混凝土薄板的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)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(huán)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(chǎn)生的脹縮變形。如果在施工中設(shè)計(jì)了分格縫,則混凝土板面容易在分格縫處產(chǎn)生翹曲變形。

        3 配合比方案選取

        根據(jù)以上理論分析此次配比設(shè)計(jì)需要考慮以下幾個(gè)因素:

        (1)采取膠凝材料雙摻技術(shù)降低水化熱,控制溫度裂縫。

        (2)配合比設(shè)計(jì)考慮抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度兩個(gè)因素,首先按照抗壓強(qiáng)度的要求依據(jù) JTGF 30—2003《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行初步設(shè)計(jì)出基準(zhǔn)配比,然后再與按照抗壓強(qiáng)度的要求依據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》 進(jìn)行設(shè)計(jì)出 C50 配比,最后將兩種配比進(jìn)行比對最終選取同時(shí)符合兩個(gè)設(shè)計(jì)要求的配比進(jìn)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(xì)度模數(shù),避免砂子偏細(xì)導(dǎo)致開裂。

        (5)考慮混凝土采用罐車運(yùn)輸,出機(jī)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(shè)計(jì)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(chǎn)的 S95 礦粉。

        (2)石子選取5~31.5mm 的連續(xù)級配山碎石。

        (3)砂子選取遵化產(chǎn)Ⅱ區(qū)中砂,細(xì)度模數(shù)2.7,含泥2.7%。

        (4)外加劑選用金隅科技生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑摻量1.6%(推薦摻量2.0%)。為了達(dá)到干硬性混凝土的效果,考慮運(yùn)輸過程中坍落度的損失,適當(dāng)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(yùn)輸坍落度損失問題,混凝土出機(jī)維勃稠度以5~10s 進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        最終根據(jù) JTGF 30—2015《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》和 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》,設(shè)計(jì)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(jīng)過試配混凝土的狀態(tài)符合施工單位要求,試配指標(biāo)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(shí)間,觀察混凝土上表面成型后漿層的厚度和形態(tài),控制漿層不超過 4mm,因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn),如果一旦漿層過厚就會出現(xiàn)失水過快導(dǎo)致形成裂縫。本工程混凝土配比設(shè)計(jì)時(shí)采用砂子細(xì)度模數(shù)較粗且砂率選擇較小就是為了避免出現(xiàn)漿層過厚的情況。

        表2 混凝土性能

        4 混凝土生產(chǎn)及澆筑

        (1)生產(chǎn)和運(yùn)輸。本次混凝土運(yùn)輸采用罐車運(yùn)輸,站內(nèi)用5臺未粘灰的 20m3罐車進(jìn)行運(yùn)輸,每盤生產(chǎn)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(chǎn)干硬性混凝土公司單獨(dú)安排一套生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn),確保原材料穩(wěn)定,出廠混凝土坍落度穩(wěn)定,并且嚴(yán)禁司機(jī)沖車加水。

        (3)預(yù)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(jìn)行澆水預(yù)濕,避免由于基層過于干燥吸水導(dǎo)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(shí)利用挖掘機(jī)找平,然后采用軌道式裝置按照每間隔 70cm 固定一個(gè)振搗棒、并排9個(gè)振搗棒。在由挖掘機(jī)鋪平混凝土后啟動軌道式裝置,一邊前進(jìn)一邊由9個(gè)振搗棒同時(shí)對路面混凝土進(jìn)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(xiàn)象,搗棒間距設(shè)置合理確?;炷琳駬v到位。施工澆筑后的混凝土由于維勃稠度控制穩(wěn)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(tài),確保表面不會因?yàn)闈{層過厚而收縮開裂。

        (5)收面、養(yǎng)護(hù)。由于正值清明節(jié)前后,華北地區(qū)屬于多風(fēng)季節(jié)且空氣干燥,施工單位嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求且結(jié)合現(xiàn)場混凝土的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行混凝土收面工序操作,面層處理完畢后及時(shí)覆膜養(yǎng)護(hù)。由于地面施工的特殊性,在做好養(yǎng)護(hù)的同時(shí),在混凝土終凝前嚴(yán)禁重型工程車輛在施工區(qū)域快速通行或剔鑿?fù)诰蜃鳂I(yè),確保不對混凝土造成震動破壞。

        5 施工效果及驗(yàn)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(wěn)定、施工效果非常好,無裂縫,受到了施工隊(duì)伍的認(rèn)可。技術(shù)指標(biāo)符合要求混凝土 28 天抗折強(qiáng)度達(dá)到7.5MPa,28 天混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到 61MPa。

        6 結(jié)論

        (1)高強(qiáng)度等級干硬性地面配合比設(shè)計(jì)要綜合考慮高強(qiáng)度等級和抗折強(qiáng)度、維勃稠度等因素,要適合罐車運(yùn)輸?shù)植荒苡刑蟮牧鲃有?,另外在配比設(shè)計(jì)時(shí)考慮降低水化熱適量摻入礦粉。

        (2)地面施工尤其要關(guān)注澆筑過程控制混凝土的穩(wěn)定性,著重控制預(yù)濕基層,均勻適度振搗,適時(shí)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(shí)切縫釋放應(yīng)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(shù)探討[J].山西建筑,2010,36(24): 297-298.

        [2]劉雪松.大面積細(xì)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(yù)防[J].河南建材,2011(3): 143-144.

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

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

        [6]趙震毅.夏季機(jī)場道面水泥混凝土施工質(zhì)量控制措施[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2016(17).

        趙陽(1980—),男,天津人,工程師,工學(xué)學(xué)士學(xué)位,主要從事混凝土技術(shù)研究。

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

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