戈壁地区道面混凝土早期裂缝防治

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【摘 要】 针对沙漠戈壁地区环境气候特点，分析了机场水泥混凝土道面施工过程中极易出现早期裂缝的原因，提出了相应的材料控制和工艺措施，在实践中取得了显著的效果。

【关键词】 水泥混凝土道面 早期裂缝 防治技术

1 引言

笔者从事机场水泥混凝土道面施工十五年来，先后参与建设了和田、乌鲁木齐、昌吉、阿勒泰、阿克苏、库车、库尔勒、吐鲁番、伊宁和西宁等机场。这些机场都处于戈壁沙漠边缘，道面混凝土施工季节都在6～9月，气候干燥，阳光充足，昼夜温差大，在该天气条件下铺筑水泥混凝土道面极易出现早期裂缝。裂缝的产生严重影响了工程的质量和进度，并且对于服役工作环境较严酷的道面板而言，裂缝的存在会影响道面的耐久性和安全使用[1，2]。本文主要针对这些地区机场道面混凝土施工特点，从施工环境、材料因素、施工工艺等各方面进行分析，探讨沙漠戈壁地区道面混凝土施工裂缝的成因及防治措施。

2 早期裂缝原因

影响混凝土早期开裂风险的因素很多，除了自收缩和干燥收缩外，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[3]。针对机场施工中出现裂缝的情况，对环境特点、进场材料、施工工艺等方面进行调查分析，认为沙漠戈壁地区机场道面早期裂缝的产生，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。

2.1 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。沙漠戈壁干旱地区，阳光辐射强烈，气候特别干燥且多风，而这些地区道面施工时间为7、8月份，工期很短。白天气温较高，可达40℃左右，经过曝晒的道面板温度可达50～60℃，而晚上气温又降至15℃左右，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，在早晨气温较低的情况下，掀开覆盖层切缝弹线、切割时又会使混凝土降温过快，从而产生大量可见裂缝。

2.2 材料因素

这些地区机场施工使用的水泥大多为P·Ⅱ42.5或P·O42.5等级散装水泥，C3S含量为58～60%，C2S含量为14～20%，C3A含量约为8～10%，C4AF含量为14～18%。C3S、C3A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380m2/kg，需水量较大，容易产生收缩裂纹。

另外，砂石、水泥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60～90℃，泵送入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，使刚铺筑的道面板混凝土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。

2.3 施工原因

道面表面成型施工一般采用拉毛工艺，为满足抗滑指标，面层必须有一定厚度的砂浆才能拉出满足设计要求的纹理深度。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，且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，由于混凝土表面失水变硬，形成橡皮层，做面拉毛很困难，同时产生大量塑性收缩裂缝。另外，混凝土铺筑时虚高掌握不好，布料不均匀、挖填稀稠不均、振捣不密实、养护不及时同样会产生收缩裂缝，切缝时机掌握不好甚至可能会产生断板。

3 早期裂缝防治

混凝土是一种非匀质的复杂多相复合材料，在其微观结构相组成之间主要的结合力是范德华力，因此其抗拉强度远低于抗压强度。当混凝土内部产生的拉应力超过其抗拉强度时，就会产生裂缝。在实际施工中，影响开裂的因素是复杂的，多方面的，控制裂缝也应从整体论出发，根据当地、当时的环境气候，原材料供应情况，可能采取的方案措施等来综合防治混凝土的早期裂缝。针对沙漠戈壁地区机场道面混凝土的施工特点，应采取以下措施来防治混凝土的早期裂缝。

3.1 材料控制

（1）选用合适品种的水泥，改变水泥的矿物组成，降低水泥的细度。选用开裂敏感性小的水泥（低C3S、C3A含量，低碱含量，低比表面积）。水泥的水化热与水泥的矿物组成和性质密切相关，要减小水泥的水化热，必须降低熟料中的C3S和C3A含量，相应提高C2S和C4AF的含量。尽量避免使用早强型（R型）水泥，尽可能使用道路硅酸盐水泥。降低水泥的细度，水泥的比表面积350m2/kg左右，可有效降低水泥的水化放热量，减小温差。

（2）掺用外加剂和掺合料，减少单位水泥用量。水泥的用量越大，产生的水化热越多，因此在不改变其他性能的条件下，尽可能减少水泥用量，掺用粉煤灰取代部分水泥，粉煤灰的掺量一般为20%—30%[1]。掺加引气减水剂可降低水灰比，提高强度，减少水泥用量，降低水化热。在新拌混凝土中掺加合成纤维也是可行的，纤维的阻裂作用可有效消除早期塑性收缩裂缝的产生。

（3）降低水泥的进场温度。在现场增加水泥储存罐，使水泥降温后再使用，对降低拌合物温度，控制裂缝的产生起到积极作用。

（4）选用优质骨料。选取级配好，杂质少的砂石材料。严格控制砂子的含泥量不超过2%，石子的含泥量不超过1%，可有效减少收缩开裂现象。

3.2 施工措施

（1）合理选择施工时机。施工工期尽量避开炎热干燥的夏季，选择9、10月份施工。夏季施工时避开高温天气，将浇筑时间安排在晚8点至早8点施工。白天施工要设遮阳棚，防止太阳曝晒。气温大于35？C，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）选择合理的施工工艺。对于沙漠戈壁干燥地区，道面抗滑粗糙度应采用刻槽工艺，而不宜采用拉毛工艺。另外，混凝土铺筑时掌握好虚高，挖填布料均匀、增加抹面次数也可以减少混凝土表面的开裂程度。在混凝土初凝后对其进行抹面，可以把原来处于状态下出现的一些表面裂缝抹掉；并可以封堵毛细孔，减小水分的蒸发速率；抹面还可以使混凝土表面更加密实，提高其表面强度，防止混凝土的表面起粉。

（3）采取适当的降温、保湿措施。浇筑前应对原道面或基层洒水降温，尽量降低混凝土拌和物接触的环境温度。拉毛后应及时覆盖塑料布保水。覆盖塑料布可以完全阻止新拌混凝土内部的水分蒸发，使整个混凝土板处于同一湿度条件下养护，消除了湿度梯度的影响。养生时采用喷洒养护剂的保水养护措施，避免混凝土早期由于干燥收缩而导致的开裂。

（4）选择合适的切缝时机。混凝土铺筑时，布料要均匀，振捣要密实，防止混凝土收缩而产生裂缝。连续浇筑一次不宜超过100m。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。由于昼夜温差大，切缝时机一定要根据当地气温情况、混凝土强度增长情况来掌握，防止收缩拉应力过大引起断板。

4 结语

在沙漠戈壁地区的机场道面混凝土施工中，混凝土的早期开裂是一个比较普遍的现象，而影响混凝土早期开裂的原因也是复杂的。混凝土道面铺筑时，应综合考虑环境条件、材料选择、配合比设计和施工技术等多方面因素。选用合适品种的水泥，尽可能减少水泥用量，选用优质骨料，选择合理的施工时机与施工工艺，采取适当的降温保湿措施，选择合适的切缝时机等，可以有效防治早期裂缝的出现，提高道面铺筑质量，确保其设计使用功能，延长道面使用寿命。

参考文献：

[1]王硕太，马国靖，朱志远 等.高性能道面混凝土配合比设计[J].公路交通科技，2007.24（4）：25-28.

[2]P. Kuma Mehta， Paulo J.M. Monteiro著.覃维祖，王栋民，丁建彤译.混凝土微观结构、性能与材料[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3]黄士元.高性能混凝土发展的回顾与思考[J].混凝土，2003（7）：3～9.