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(chǎn)控制、施工配合達(dá)到了最終軍用機場路面無裂縫施工的目的，也找到了生產(chǎn)高強度地面混凝土施工的經(jīng)驗。

混凝土；配比設(shè)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(shè)工程（項目經(jīng)理部），該工程是空軍 B 部隊的機場跑道?；炷烈?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(qū)正處于大風(fēng)季節(jié)。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(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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(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，同時環(huán)境氣溫高，養(yǎng)護不足表面失水能導(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，適時予以拍打，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?；炷恋母稍锸湛s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，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。因為結(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??；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)護條件。及時完善的養(yǎng)護能夠加速水泥的水化，減少收縮量；養(yǎng)護不完善，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。混凝土中水分蒸發(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度時，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)計需要考慮以下幾個因素：

（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(jù) JTGF 30—2003《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》進行初步設(shè)計出基準(zhǔn)配比，然后再與按照抗壓強度的要求依據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》 進行設(shè)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(shè)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(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(shè)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(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）考慮運輸坍落度損失問題，混凝土出機維勃稠度以5～10s 進行設(shè)計。

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)計規(guī)程》，設(shè)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(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，因為根據(jù)經(jīng)驗，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)計時采用砂子細(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)和運輸。本次混凝土運輸采用罐車運輸，站內(nèi)用5臺未粘灰的 20m3罐車進行運輸，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安排一套生產(chǎn)線進行生產(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(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)，確保表面不會因為漿層過厚而收縮開裂。

（5）收面、養(yǎng)護。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)時間進行混凝土收面工序操作，面層處理完畢后及時覆膜養(yǎng)護。由于地面施工的特殊性，在做好養(yǎng)護的同時，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，受到了施工隊伍的認(rèn)可。技術(shù)指標(biāo)符合要求混凝土 28 天抗折強度達(dá)到7.5MPa，28 天混凝土抗壓強度達(dá)到 61MPa。

6 結(jié)論

（1）高強度等級干硬性地面配合比設(shè)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?shù)植荒苡刑蟮牧鲃有?，另外在配比設(shè)計時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(yīng)力，確保有效控制裂縫。

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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）