严酷地区道面混凝土裂纹分析与防治.pdf

1 早期裂纹原 因分析 影响混凝土早期开裂风 险的因素很多 ， 除了混凝土 自 生收缩 、 温度收缩 、 塑性收缩 和干燥收缩外 ， 还有早期 的弹 模、 抗拉强度、 极限拉应变、 徐变等； 除此又与水蒸发速率、 降温速率 、 结构约束程度有较大 的关系 。 针对机场 道面 施工中出现裂缝的情况 ， 对地区环境特点、 进场材料、 施工 工艺等方面进行调查分析， 结合多年来在西部地 区的施工 经验 ， 认为早期裂缝 的产生 ， 与水泥 的品种 、 用量 、 矿 物成 分 、 发热量 、 放热速度 、 水灰 比、 外加剂 、 骨料 的用量、 热膨 胀系数 、 混凝土的温升、 环境 温度、 湿度 、 日照、 风速 、 养护 条件 、 混凝土内部 的温度梯度 、 混凝土 的变形 量及 其受抑 的程度等有关 ， 归结起来 主要 是 由施工环境 、 材料 因素 和 施工工艺三方面因素造成的。 1 1 施 工环 境 环境因素包括有气 温、 湿度 、 风速 以及 阳光辐射强 度 等 。 沙漠 、 戈壁地 区， 阳光辐射强烈 ， 气候特别干燥且多风 ， 而这些地 区的道面施工时间仅有 7 9月份 ， 工期很短 。 白 天气温较高 ， 可达 4 0左右 ， 经过曝晒的道面板温度可达 5 0 6 0 ， 而晚上气温又 降至 l 5 以下 ， 昼夜 温差很大 ， 使混凝土经历急速的降温过程， 产生较大的温度应力， 容 易产生裂纹 。 在早晨气温较低 的情况下 ， 掀开覆盖层进行 弹线 、 切缝时又会使混凝土降温过快 ， 失水过快 ， 从而产 生 大量可见裂纹 、 裂缝 。 1 2材 料 因素 这些地区机场施 工使用 的水泥 大多为 P I I 4 2 5或 P O 4 2 5 等级散装 水泥 ， C S含量为 5 8 - 6 0 ， C S含量 为 1 4 - 2 0 ， C A含量约为 8 1 O ， C A F含量为 1 4 1 8 。 C S 、 C A含量较多， 混凝 土浇筑后凝结硬化快 ， 水化 放热量大而集中 ， 使得混凝 土本体 温差更 大 ， 极 易产生裂 缝。 水泥颗粒较细 ， 水 泥比表 面积普遍 大于 3 8 0 m k g ， 需 水量较大 ， 容易产生收缩裂纹 。 这些地区为保证道面混凝土 的抗冻性 ， 大多采用掺加 引气减水剂 的措施 。 众所周 知， 引气剂可 以显著提 高混凝 土的抗冻性能， 但引气剂的掺入， 带来了很多矛盾 ： 首先， 气泡引入会不可避免地造成混凝土强度损失 ， 为了弥补强 度损失， 必然加入减水剂 ， 减少用水量 ， 降低水灰 比， 势必 造成混凝土拌合物震 动出浆 困难 ， 增加 了做 面拉毛难度 ； 其次 ， 气泡的存在堵 塞 了毛细孔 ， 混凝 土不 泌水 ， 浆 体变 黏 ， 也给做面 、 拉毛增加 困难 ， 表 面平 均纹理深度 0 8 i n l n 的粗糙度要求很难实现 。 另外 ， 砂石 、 水泥本身温度过高也是产 生早期裂缝 的 原因之一。 沙漠戈壁地区几乎无降雨， 砂石受阳光曝晒， 温 度很高 ， 手感发烫 ， 拌入混凝土 中， 直接提升温度 。 所使 用 的散装水泥 ， 运送到现场温度均在 6 0 9 0 ， 泵送 人水泥 储存罐后温度又有所上升 ， 从而提高了混凝 土拌合物的温 度 ， 加上水泥水化热引起 的温升 ， 使得 刚铺筑 的混 凝土道 面板的温度比周围环境温度高出许多。 混凝土在降温过程 中， 尤其是在温度较低的夜 晚和早晨 ， 会产生热收缩。 热收 1 46 缩受到基层摩阻力 的约束 ， 从而产生拉应力 ， 引起混凝土 的开裂 。 1 3施 工原 因 道面表面成型施工一般采用人工 摊铺 、 多棒振捣 、 条 夯整平、 滚杠提浆、 木抹找平、 铁抹压实、 表面拉毛( 拉槽) 等工艺 ， 施工环节多 ， 衔接时间长 ， 混凝土较长时 间处在晾 晒状态。 戈壁地 区晴天少雨 ， 阳光辐射 强烈 ， 空气湿度低 ， 经常有 4 - 5级 的干燥 热风 ， 加剧 了混凝土 面层 的水 分蒸 发 ， 混凝土表面水的蒸发速率大于泌水 的速率 ， 水分得不 到补充 ， 表面产生很大的湿度梯度和温度梯度。 据测算 ， 当 地的水分蒸发的速率 为每小 时 2 2 5 k g m ， 当水分蒸发 的速率超过每小时 1 k g m 时 ， 必须采取措施 防止塑性开 裂 。 为满足抗滑指标要求 ， 道面表面必须有一定厚度 的 砂浆层才能拉出满足设计要求 的纹理深度 ， 如果施工措施 没跟上 ， 混凝土表 面失水 变硬 ， 形 成橡皮 层 ， 做 面拉毛 困 难 ， 同时产生大量塑性收缩裂缝 。 另外 ， 混凝土混合料摊铺 时虚高掌握不好 ， 布料 不均 匀 ， 挖填稀稠不均 ， 振捣不密实 ， 养护不及时等都会产生收 缩裂纹 ， 切缝时机掌握不好甚至可能会产生断板 。 因此 ， 有必要针对严酷地区道面混凝土工作特点和使 用要求 ， 研究选用合适的原材料 ， 科学 的配合 比， 控制关键 的施工工艺技术和措施 ， 配制并铺 筑适 合当地气候特 点 、 强度储备高 、 使用功能好 、 寿命长的高性能混凝土道面 。 2裂纹防治技术 2 1 原材料选择 质量控 制 为保证这些严酷地 区混凝 土道面的设计使用功能 ， 一 般设计要求混凝 土抗折强度等级 5 0 MP a ， 配制抗折强度 5 5 - 6 MP a ； 施工采用于硬性混凝土拌合物 ， 和易性要求维 勃稠度 1 5 3 0 s ； 耐久性要求设计寿命 3 0 4 0年 ， 抗冻等级 F 2 0 0或 F 3 0 0 ； 粗糙度要求 表面平均纹理深 度 0 8 m r f l ， 平 整度要求三米直尺检验平均值不大于 3 n l i n 。 道面的设计 使用功能对材料质量提出了更高的要求 。 ( 1 ) 水泥 ： 一般选 用硅酸盐水 泥 、 普通 硅酸盐水泥 、 道 路硅酸盐水泥。 要减小水泥 的水化 热 ， 必须 降低熟 料 中的 C s和 C A含量 ， 相应提高 c s和 C A F的含量 。 尽量避 免使用早强型 ( R型 ) 水泥 ， 水泥颗粒不宜太细 ， 水泥 的比 表面积 3 5 0 m 左右 ， C ， A含量不宜大于 5 。 应优先选 用道路硅酸盐水泥 ， 道路水泥 的 C S 、 C ， A含 量相对较少 ， 水化放热量相对较小 ， 而对 后期强度有帮助 的 c s 、 C A F 含量较 多。 水泥 强度等级 宜选用 4 2 5或 5 2 5 ( 最好选 用 4 2 5等级 ， 因 5 2 5等级水 泥容 易产生假凝现象 ) ， 水 泥的 2 8 d抗折强度宜在 8 5 MP a 以上 ， 水泥抗折强度低直接影 响混凝土的配制抗折强度。 ( 2 ) 砂子 ： 应选用级配好 、 洁净 、 坚硬的 中、 粗 河砂 。 砂 中不得混有草根、 树 叶、 树枝 、 塑料 、 煤块 、 炉渣 等杂物 ， 泥 块含量必须小于 1 ， 有害杂质含量必须符合规范要求 ， 细度模数宜在 2 6 - 3 2之 间。 砂子级配 不 良则其黏 聚性 、 保水性都不好 ， 容易出现离 析和泌水 ， 做面 、 拉毛困难。 砂 子太粗导致混凝 土粗涩 ， 特别是 5 mm 以上 的小 豆石太 多 会导致混凝土面层砂眼多 ， 增加做 面难度 ； 砂子 太细则 细 颗粒含量太多 ， 导致混凝土黏稠干涩 ， 出浆 困难且收缩大。 含泥量最好控制在 2 以下 ， 含泥量太多必须水洗 ， 否则增 加混凝土黏性导致 出浆 困难 ， 且混凝土硬化后极 易出现 收 缩裂纹。 ( 3 ) 石子 ： 道面混凝土所用粗骨料应选用级配好、 粒形 好 、 压碎值小 、 针 片状少 、 粒径适 当、 含泥量和石 粉含量少 的碎石或碎 卵石 。 石子的最 大粒径应不大于 4 0 m m， 石子 级配一般 为 5 2 0 r f l n 、 2 0 4 0 i fi n两级 配。 石子应质地坚 硬均匀 ， 压碎指标 值不宜大于 1 2 ， 针片状颗粒 含量应小 于 1 5 ， 石子 的含泥量 必须小 于 1 ， 泥块含 量必须 小 于 0 5 。 石子 中不 得混有 草 根、 树 叶、 树枝 、 塑料 、 煤块 、 炉 渣 、 石 灰块 等杂 物 ， 其 有 害物质 含量 必须符 合规 范 的规 定 。 石子级配不好 ， 针片状颗 粒含量 多， 泥块 和含 泥量 大 ， 石粉含量多 ， 都 会造 成混凝 土流 动性差 ， 不易振 捣成 型 ， 不易出浆 ， 做 面拉 毛困难 ， 且 硬化后 极易 出现 收缩裂 纹 。 ( 4 ) 水 ： 符合 国家标准 的生活饮用水 ， 可拌 制混凝 土。 当使用非饮用水 时 ， 应进行水质检验 ， 水质指标符 合混凝 土拌和用水要求 ， 否则不能用。 ( 5 ) 外加剂 ： 选用减水 效果好 的高效减水剂 ， 如萘 系、 聚羧酸系 ， 达到减水增强效果 ； 同时选用气泡稳定 、 性能好 的引气剂 ， 达到引气抗 冻效果。 2 2 配合比设 计控 制技 术 ( 1 ) 水泥用量 ： 每立方米混凝 土水 泥用量一 般为3 1 0 3 3 0 k g_ 5 J ，可通过试 拌调整确定。 水 泥用量不宜太 多或太 少 ， 水泥用量太 多则细颗粒增多 ， 水化热增 大 ， 化学收缩 、 自生收缩大 ， 容易 出现塑性收缩裂纹 ， 水泥太少则 和易性 、 强度不易满足要求 ， 甚或影响耐久性。 ( 2 ) 水灰 比： 其大小根据 混凝土设计抗 折强度确定 。 掺加引气 减 水 剂 的道 面混 凝 土 ， 水 灰 比一般 宜 控 制 在 0 4 0 0 4 3 L 5 J ，配制抗折强度 可达到 5 6 6 0 MP a ， 完 全可 以满 足抗折强度等级 5 0 MP a的设计要求 ， 具体取值需根 据水泥 的需水量大小和水泥的抗折强度试拌确定。 水灰 比 太小 ， 需要较多的水 泥才 能满足流动性要求 ， 增加 了混凝 土产生塑性收缩 的几率 ； 水灰 比太大 ， 混凝土强度 不能保 证 。 ( 3 ) 砂率 ： 砂率 大小直接影响混凝土的流动性 、 黏聚性 和保水性 ， 影响混凝土振动成型密实 ， 尤其是离析 、 泌水在 塑性收缩开裂 中也起着重要 的作用 J 。 道面混凝土的砂率 一 般在 2 6 3 2 ， 需根据砂子 的粒型 、 洁净程度和粗细程 度试拌优选确定。 砂率太大则细颗粒增多导致混凝土黏稠 粗涩， 不易振动出浆， 做面和拉毛都困难； 砂率太小则容易 离析 、 泌水 ， 也不易振动密实， 更容易产生塑性收缩裂纹 。 ( 4 ) 大小石 比例 ： 大小石 比例 直接影响粗 骨料级配 。 粗骨料级配好， 空隙率和表面积均较小， 填充骨料空隙所 需 的水泥砂浆少 ， 在水泥砂浆一定 的情况下 ， 则混凝土 流 动性大大提高 ， 容易振捣密实 。 大石用量不宜太少 ， 也不宜 太多 ， 一般 占碎石 总用量 的 5 5 - 6 5 ， 大小 石 比例 可通过 优选法确定 ， 选择空隙率小 、 堆积密度最大的最佳 比例。 ( 5 ) 外加剂掺量 ： 优选 引气减水剂掺量 ， 反复试配达到 最佳效果 ， 要兼顾混凝土和易性 、 强度和抗冻性能。 混凝土 流动性控制维勃稠度 1 5 2 0 S比较 适宜 ， 混凝 土流动性太 大， 表面砂浆层太稀， 做面、 拉毛等待时间长， 容易产生收 缩裂纹 ； 混凝 土流动 性太小 ， 振动 出浆 困难 ， 影 响成型 密 实。 含气量控制在 3 5 内即可 ， 含气量太大影响抗折强 度 ， 太小影响抗冻性能。 试验研究和施工实践表 明， 搅拌机 出口含气量 4 - 5 ， 入仓含气量 3 4 ， 完全可 以满足 抗冻等级 F 3 0 0以上的设计要求 。 2 3施工工 艺控 制技 术 ( 1 ) 施工时机 ： 夏季施工时避开高温天气 ， 将浇筑时间 安排在晚 6点至早 6点施工 。 白天施工要设遮 阳棚 ， 降低 混凝土表面的温度 ， 防止太 阳曝 晒。 混凝 土浇筑温度一般 应低于 3 0为宜 ， 气 温大于 3 5、 风速大于 4级 时不宜 施工 ， 必要时应设 置挡风带 ， 避免干热风直接 吹混凝土表 面。 雷雨天气还应设 置防雨 棚 ， 防止雨淋而导致混凝土表 面温度骤降而产生裂缝 。 ( 2 ) 后台控制 ： 搅拌站要严格 按照配合 比报告单准确 称料 ， 尤其严格控制加水量。 炎热 天气 可根据气温和风速 适 当增加蒸发水 3 5 k g m 。 ， 在满足混凝土振捣密实 、 方便 做面与拉毛的情况下尽量少加蒸发水。 搅拌好 的混合料用 自卸车运送至前 台道仓 ， 运输车必须密封好 ， 防止漏浆 ， 运 输道路要平整好 ， 防止混凝土颠簸离析。 ( 3 ) 摊铺 和振捣 ： 浇筑前应对原道 面或基层洒水降温 ， 尽量降低混凝土拌合物接触的环境温度 。 混凝土入仓后尽 量采用小型挖掘机摊铺 ， 并 由人工配合辅 助布料 ， 挖填要 均匀 ， 控制好虚高 。 现场管理指挥人员要注意来料情况 ， 遇 到来料太干或太稀要及时处理 ， 均匀搭 配布料 。 振捣采用 自行式混凝土高频振捣机组( 多棒式) ， 并有4 - 5名工人配 合及时找平 ， 控制表面高度。 在浇灌 与抹 面之间如果有 明 显耽搁 ， 就临时在 表面加盖聚 乙烯等覆盖 物， 防止混凝土 失水。 ( 4 ) 整平 与提浆 ： 采用底部有 扒钉 的条夯振动压石整 平 ， 并有人工配合挖料、 补料。 挖填 布料要 均匀 ， 补料要用 熟料 ， 切忌用 生料。 提浆 时采用 2道滚杠 ， 第 1道滚杠提 浆 、 整平 、 压石子 ， 人工配合用耙 子刮浆找平 ， 第 2道滚杠 反复揉搓 ， 控制表层 提浆厚度 2 3 m n 。 浆层太 薄做面拉 毛困难 ， 浆层太厚容易收缩裂纹 。 整平 、 提浆后如果还不能 做面 ， 也必须在表 面加盖 聚乙烯塑料薄膜 ， 防止 混凝土失 水。 ( 5 ) 做面与拉毛 ： 做面时先用木抹或塑料抹揉浆找平 、 压石子 、 补砂眼 ， 再 用长直 尺刮 平 ， 然后 盖塑料 布保 持水 分。 待水泥浆初凝变稠时揭开塑料布做面， 用铁抹 2 3道 找平 ， 压实 ， 压光 ， 增加抹面次数可 以把原来处 于裸露状态 下出现的一些表面裂缝抹掉， 并可以封堵毛细孔 ， 减小水 分蒸发 ， 多次抹面还可以使混凝 土表面更加密实 。 切忌依 靠风吹或晾晒使表 面变稠再做面 ， 如此会形成橡 胶皮层 ， 1 4 7 无法拉毛。 拉毛( 拉槽 ) 用的塑料毛刷管直径 4 5 m m， 问 距 1 6 1 8 mi l l ， 可 以达到表面平均纹理深度 0 6 0 8 m m 的 要求。 拉毛时必须掌握好时机， 反复试拉 ， 直到满足粗糙度 要求为止。 ( 6 ) 养护措施： 拉毛后应及时采取养护措施 ， 最好采用 养护剂加无纺布再洒水的双保险措施。 拉毛后应及时喷洒 养护剂 ， 若太 阳曝晒、 刮风 时更 应如此。 养护 时机非 常关 键 ， 混凝土表面手指轻按不黏手 时覆 盖无纺布 ， 手指重按 无痕迹时洒水养生 。 覆盖无纺布 的时机要掌握好 ， 覆盖过 早无纺布沾浆污染表面 ， 覆盖过晚混凝土易干缩裂纹 ， 洒 水过早混凝土表面易起皮。 覆盖无纺布 时应轻拿轻放 ， 严 禁拖拽损伤混凝土表面。 养护龄期必须 符合 规范要求 ， 否 则会产生干缩裂纹。 ( 7 ) 切缝时机 ： 道面板连续浇筑一次不宜超过 1 0 0 m， 及时切缝的 目的就是要缩小混凝土道面板的长度 ， 减小其 收缩变形 。 应 根据天气和气温 ， 灵活 掌握 切缝时机。 切 缝 过早容易出现毛边 ， 切缝过晚容易拉断板 。 实践表明， 当混 凝土的抗压强度在 6 O 1 0 0 MP a 时切割较 为适宜 ， 此时 石子不被拉 出。 混凝 土达 到此强度 ， 一般为 8 1 0 h 。 若气 温高 ， 刮大风 ， 切缝时间还应提前。 切缝的深度一般为道 面 板厚度的 1 3到 l 4 。 如果切的过浅 ， 则不能有效引导裂缝 在切缝 的位置处断裂 ， 造成无规则裂缝 。 3 结 语 机场水泥混凝 土道面大面积露天铺筑 ， 受季 节因素 、 气候特点影响比较大 ， 尤其是北方严酷地 区， 气候条件 更 为复杂 ， 施工工期短 ， 局 限性更大 。 必须严 格选用原材料 ， 配合 比设计科学合 理 ， 控制关键施 工技术 ， 才 能铺 筑适合 当地气候特点、 强度储备高、 使用功能好 、 寿命长的高性能 混凝土道面。 近年来我部在甘肃 、 新疆和 内蒙古等地 区的 多个军用、 民用机场的水泥混凝土道面建筑工程 中， 采用 上述技术措施铺筑 了掺引气减水剂的高性能道面混凝土。 混凝 土配 合 比设 计 与现场 铺 筑时 ， 水 灰 比控 制在0 4 2 - p 0 4 4 ， 水泥 用量 控 制在 3 1 0 - 3 3 0 k g ， 掺 引 气减 水 剂 1 5 2 0 ， 所拌制的混凝土拌合物表 观柔 和 ， 黏 聚性 、 保水性 、 匀质性好 ； 混凝土从搅拌站后台运送至前台道仓 时混合料 不分层离析， 不泌水 ， 容易摊铺 ， 用多棒式振捣器很容易振 捣密实 ， 用条夯振捣整平后再用滚杠提浆很方便 ， 做面 、 拉 毛很容易 ， 平均纹理深度 0 6 0 8 m m 的要求很容易实现 ， 表观质量均匀 ， 平整度好。 竣工后实测道面表面粗糙度 、 平 整度等项 目， 检验合格率均达到 1 0 0 ， 完全满足道 面表 面 使用功能要求 。 实测现场道面混凝土预留试件的抗折强度 达到 5 8 - 6 5 MP a ， 预留试件 的抗冻性 、 抗渗性 、 耐磨性都 大大优于普通道面混凝土。 部分机场 已使用 6年以上， 到 目前为止， 没有发生龟裂裂纹 、 冻胀脱皮 、 开裂 断板、 表 面 磨损等破坏现象 ， 保证了道面的设计使用功能 ， 预期 可有 效延长道面使用寿命。 参考文献 ： 1 刘庆涛， 王硕太， 孔祥海， 等 机场道面混凝土耐久性研究r J 混凝土， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 1 3 1 5 1- 2 ME H T A P K， MO N T E I R O P J M 混凝土微观结构、 性能与材 料 M 覃维祖 ， 王栋 民， 丁建彤， 译 北京 ： 中国电力出版社， 2 0 0 8 3 黄土元 高性能混凝土发展的回顾与思考 J 混凝土， 2 0 0 3 ( 7 ) ： 3 9 4 G J B l l 1 2 A一 2 0 0 4 ， 军用机场场道工程施工及验收规范E s E 5 王硕太， 马国靖， 朱志远 ， 等 高性能道面混凝土配合比设计r J 公路交通科技 ， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 4 ) ： 2 5 2 8 I- 6 王硕太， 周朱仄 ， 张景生， 等 道面水泥混凝土耐久性设计参数 试验研究I- J 建筑技术 ， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 1 1 1 1 1 1 1 3 ， 1 1 2 2 第一作者 ： 联系地址： 联 系 电话 ： 李勇( 1 9 7 8 一) ， 男， 工程师 ， 主要从事机场建筑工程施 工与管理工作。 北京市丰台区南苑机场 9 5 9 9 6部队( 1 0 0 0 7 6 ) l 3 3 81 1 9 56 8 8 、 ； 山东高密市全面推行预拌砂浆 近 日， 山东省高密市住建局建工处组织全市 8 0余家施工企业及监理企业项 目负责人 和技术负责人 ， 在市人 民医院 综合楼项 目和扬凤郡项 目， 召开了全市推广使用预拌砂浆现场观摩会 ， 拉开 了高密市全面推行预拌砂浆 ， 在建工程全部 禁止现场搅拌砂浆的序幕。 据了解 ， 预拌砂浆是一种新 型建筑 材料 ， 与传统 的建 筑砂浆相 比具 有质量稳定 、 使 用方便 、 绿 色环保等诸 多优点 。 “ 推广使用预拌砂浆是建设 资源节约型和环境友好型社会 的重要途径 ， 是减少建筑施工现场扬尘污染的有效举措 。 ” 据住 建局相关负责人介绍， 为加强高密市预拌砂浆生产和使用管理 ， 提高建筑工程质量管理水平， 根据 山东省关于做好全省 建筑工程预拌砂浆应用工作的通知 和 关于全面推广预拌砂浆工作的通知 ， 高密市制订出台了关于印发 预拌砂浆生 产和使用管理暂行办法 的通知。 通知 对预拌砂浆生产企业的资质管理和预拌砂浆使用要求、 生产管理要求、 质量检 验要求 、 质量监督管理要求等进行了明确规定 。 “ 从4月 1日起， 高密市建筑面积 5 0 0 0 m 以上的单体建筑， 均已使用预拌砂浆， 禁止现场搅拌。 ” 据介绍， 从2 0 1 6年 1 月 1日起高密市所有受检的建设工程 ， 均应使用预拌砂浆 ， 全面实现“ 禁 止现场使用水泥搅拌砂浆 ” 。住建局质量监督 站将对预拌砂浆生产企业及产品和建筑工程使用预拌砂浆质量和使用情况重点督查， 加大监管力度。对未按规定选用 预拌砂浆的建设单位和未使用预拌砂浆的施工单位， 责令停止施工， 并依据相关法律法规对相关责任单位进行处罚。 1 48-