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        機場道面混凝土裂縫成因及防治措施探析

        2020-12-27 08:48:24呂志平武曉東楊森解放軍32378部隊北京100072
        安徽建筑 2020年9期
        關(guān)鍵詞:含泥量道面抗折

        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(nèi)四季分明,光照時間長,氣溫年和日變化大,降水稀少,蒸發(fā)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(xié)調(diào)問題較多。

        東南沿海某機場處于南亞地區(qū),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(chǎn)生成因分析

        機場道面設(shè)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(yīng)力傳給道面,另一方面道面還受到水平應(yīng)力、溫度應(yīng)力的作用。在外力的作用下,道面結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生拉應(yīng)力、壓應(yīng)力及剪應(yīng)力。如果道面結(jié)構(gòu)整體某一組成的強度不足或道面有開裂、龜裂等現(xiàn)象而不能抵抗這些應(yīng)力的作用時,道面便會出現(xiàn)斷裂、碎裂或者沉陷等損壞現(xiàn)象,道面的使用品質(zhì)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(chǎn)的普通硅酸鹽水泥,標號為P.O42.5普通硅酸鹽水泥。經(jīng)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(guī)范設(shè)計要求。碎石經(jīng)過事前、事中、事后控制檢測,壓碎值小于16%,級配、篩分符合設(shè)計要求,含泥量在1%左右;天然河砂的細度模數(shù)級配為2區(qū),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(guī)范要求。外加劑為北京安建科技公司生產(chǎn),委托送檢,檢測結(jié)果各項參數(shù)符合設(shè)計規(guī)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(yǎng)護組10人,噴灑養(yǎng)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(xiàn)場約1km,采用農(nóng)用車拉料,運輸距離約1.5km,混凝土經(jīng)過拌合至現(xiàn)場的時間約為20min,根據(jù)民航機場規(guī)范要求,道面混凝土初終凝時間應(yīng)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(fā)現(xiàn)個別倉位及板面有開裂和龜裂現(xiàn)象。根據(jù)原材、配合比、施工工藝、氣候條件、施工環(huán)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(nèi)部混凝土的溫度梯度。溫差引起溫度應(yīng)力,溫差越大,溫度應(yīng)力越大。內(nèi)部混凝土由于水化熱產(chǎn)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(yǎng)護而冷卻收縮,內(nèi)部的膨脹與外部的收縮產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力,超過了混凝土當時的極限抗拉強度,就產(chǎn)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(fā)大,使混凝土表面失水快,養(yǎng)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(fā)和收縮,引起裂縫出現(xiàn)。

        東南沿海某機場施工條件較好,無飛行影響。該地區(qū)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?shù)厣a(chǎn)的P.O52.5普通硅酸鹽水泥,經(jīng)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(xiàn)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(zhì)摻料從面層泛出白色物質(zhì),出現(xiàn)大面積龜裂,局部開裂現(xiàn)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(xiàn)象而發(fā)生泌水現(xiàn)象,引起混凝土表面強度不足,自然收縮應(yīng)力增大,導致面層出現(xiàn)龜裂、裂縫等現(xiàn)象。

        由于沿海地區(qū)環(huán)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(xiàn)斷檔現(xiàn)象,造成填充料在施工或攪拌中出現(xiàn)偏高或偏低現(xiàn)象?;炷琳駬v、提漿、整平完成后,表面水泥漿過厚,面層收縮應(yīng)力過大,造成表面的開裂、龜裂現(xiàn)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(xiàn)象。

        3 混凝土道面抗裂措施

        通過對南北不同地域和環(huán)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(fā)現(xiàn)其礦物質(zhì)摻合料中鋁酸三鈣(C3A)、硅酸三鈣(C3S)偏高時,應(yīng)及時更換水泥品牌或聯(lián)系廠家,重新調(diào)制配比,如水泥細度過細,應(yīng)調(diào)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(diào)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(zhì)的有力保證。在現(xiàn)階段各地區(qū)環(huán)保要求高,碎石供應(yīng)緊張情況下,應(yīng)深入到碎石生產(chǎn)廠家,規(guī)范其生產(chǎn),加強檢測抽查頻度,一旦發(fā)現(xiàn)指標超標,能及時發(fā)現(xiàn)進行整改;若含泥量過高時,通過水洗來達到規(guī)范要求。

        3.2 混凝土配合比

        東南沿海某機場道面試驗段發(fā)現(xiàn)裂縫后,重新調(diào)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)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(shù)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(jié)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(zhì)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(shù)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(jié)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(zhì)量計):0.028%;

        ④堿含量:1.89kg/m3。

        3.2.3 結(jié)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(shù)據(jù)同樣滿足了設(shè)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(xiàn)象,從而降低道面裂縫出現(xiàn)的幾率。

        如果經(jīng)費允許,可以在混凝土中加入品質(zhì)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(chǎn)生跟溫度變化有直接關(guān)系。北方夏季施工時應(yīng)盡量避免高溫作業(yè),采用夜間施工,可以防止表面水分蒸發(fā)過快造成的假凝現(xiàn)象?;鶎咏禍兀鎸颖?,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(chǎn)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(yǎng)護工作

        道面混凝土養(yǎng)護是防止裂縫的重要環(huán)節(jié),也是防止裂縫的最后一道工序。宜采用性能穩(wěn)定的噴灑養(yǎng)護劑養(yǎng)護。養(yǎng)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(xù)的不透水的高效養(yǎng)護薄膜,起到防止水分蒸發(fā),減少收縮和龜裂的作用。同時,加強灑水養(yǎng)護,尤其是后期養(yǎng)護,最好是定人定時灑水,并及時覆蓋。

        4 結(jié)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(huán)境下,認真分析自然氣候、材料供應(yīng)情況、施工條件和工藝等因素,結(jié)合試驗檢測結(jié)果,制定、調(diào)整相應(yīng)方案,但同時也應(yīng)考慮工程造價等因素。

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