機場水泥混凝土道面低溫施工質量控制及試驗研究

田 偉,孫 贊

(中南航空港建設公司,湖南 衡陽 42100)

1 混凝土道面低溫施工

混凝土由于具有強度高、可就地取材、使用壽命長等特點,廣泛應用于我國軍民用機場建設。其強度增長具備二個主要條件：水化作用和一定的溫度條件。這里所指的溫度條件,一般為10℃以上。氣溫低于0℃時,混凝土中的水份將會凍結,水泥與水不能進行水化,混凝土的強度不僅會停止增長,而且會因為水份凍結,使初具強度的混凝土遭受凍脹而被破壞。GJB1112A-2004《軍用機場場道工程施工及驗收規范》規定：“混凝土道面在室外晝夜平均氣溫連續五天低于5℃時的施工,屬于低溫施工,只宜用于少量收尾工程或戰備急需工程。” MH5006-2015《民用機場飛行區水泥混凝土道面面層施工技術規范》規定：“當施工現場連續5d平均氣溫低于5℃或最低氣溫低于0℃時,應按低溫期施工規定進行施工。水泥混凝土面層除少量收尾工程或修補工程等特殊情況外,不應在低溫期施工。” 因為日平均氣溫低于5℃時,我國相當一部分地區將會出現0℃以下溫度,為防止混凝土遭受凍害,對新澆筑混凝土應按照低溫施工規定進行施工。

2 中部某軍用機場水泥混凝土道面施工概況

筆者于近年參與中部某軍用機場建設,由于該機場工程項目的緊急需要,工期短,工程量大(混凝土道面15萬立方米),要求于當年8月開工,次年5月驗收并交付使用,水泥混凝土道面無法避免冬季低溫施工。根據當地機場氣象部門近三十年的氣象統計資料, 11月至3月歷史上曾出現0℃以下天氣共26天,在這時期進行混凝土道面施工,混凝土將可能遭受凍害,必須按低溫施工規定進行施工。尤其12月至2月,0℃以下氣溫天氣較為集中,達24.8天,平均每月在8天以上。因此,這三個月應特別重視低溫對混凝土質量的影響。實際施工當年冬天出現0℃以下氣溫天氣,在12月上旬開始,至3月上旬結束。

3 水泥混凝土道面低溫施工質量控制及試驗研究

按照規范要求并結合以往施工經驗,混凝土道面低溫施工,主要采取蓄熱法養護,使混凝土道面在遭受冰凍前,盡早達到受凍臨界強度。據有關資料介紹,混凝土經過養護,達到受凍臨界強度后遭受凍結,能夠抵抗混凝土冰凍時體積膨脹的破壞；開凍后后期強度損失在5%以內。因此,在低溫施工時采取適當措施,提高混凝土強度,彌補冰凍對混凝土的強度損失是必要的。根據氣象統計資料,當地冬季氣溫低,但-5℃以下氣溫天氣不多(僅2天)。混凝土凍點約為-2℃,當氣溫在-5℃以下時,應停止混凝土道面施工,防止混凝土嚴重受凍。

3.1 做好施工準備工作

從機場或當地氣象部門掌握當地歷年氣象情況,進行分析研究,弄清各月平均氣溫、 0℃以下氣溫天數等氣象數據,確定低溫施工時期。制定混凝土低溫施工措施及計劃。對工程技術人員進行低溫施工教育。事先準備足夠的防寒材料及用具,混凝土拌合站搭設暖棚,將集料用保暖材料加以覆蓋。

3.2 及時監測氣象變化

及時掌握氣象變化,以便隨時采取應對措施。每日與機場或當地氣象部門聯系,了解當日、次日等氣象情況,并予公布。做好每日氣溫、氣象變化情況記錄及施工記錄。

3.3 進行混凝土早期強度試驗

分別以齡期1天、2天、3天進行強度試驗,得出各齡期強度,從而確定低溫施工混凝土道面達到受凍臨界強度所需天數。試驗結果如下：

表1 低溫施工混凝土強度試驗結果

試件從澆筑倉中取混合料,在室外與現場相同條件下養護,水灰比約為0.43。混凝土設計抗壓強度等級為C35。從以上試驗結果看,混凝土試件保溫保濕養護2天,可達到受凍臨界強度。考慮12月上旬系當地初冬,12月中旬以后的天氣將更冷,溫度將更低,故確定現場混凝土道面板,保溫保濕養護3天后,轉入保濕養護。

3.4 進行摻外加劑混凝土強度試驗

做摻外加劑(FDN-1型早強高效減水劑)混凝土強度試驗,同時做現場強度對比試驗,養護條件與現場相同。根據試驗結果,未摻外加劑混凝土的抗壓強度,齡期2天均可達到規范規定的受凍臨界強度要求；而摻外加劑1%混凝土齡期3天才能達到要求；摻外加劑1.5%混凝土32小時可達到要求。故摻外加劑混凝土強度1.5%摻量優于1%摻量。

摻用外加劑混凝土道面,在混凝土澆筑成型初期,由于其強度尚未達到受凍臨界強度,仍必須采取蓄熱法養護。摻外加劑需增加一定費用,綜合考慮,混凝土道面低溫施工未摻用外加劑。

3.5 采用局部封閉作業及蓄熱法養護

在低溫條件下,混凝土凝結慢,做面拉毛需要10h左右。為減少混凝土本身熱量損失,現場設置作業棚,周圍用編織塑料布封閉,澆筑及做面在作業棚內進行。同時嚴防雨雪侵入正在施工的道面表面。

混凝土道面做面拉毛后,盡快噴灑養護劑,使混凝土加快凝結。噴灑養護劑時,混凝土表面應無點跡出現。

養護劑噴灑后,可以盡快對混凝土道面進行覆蓋。首先蓋一層塑料布,然后在其上蓋二層土工布；遇較低氣溫,增蓋數層土工布。不另灑水,主要以塑料布將混凝土蒸發的水份,保存在道面表面與塑料布之間,以供混凝土養護所需用水。土工布最下面一層宜采用稍干的。覆蓋的塑料布及土工布應適當加寬,以便將道面側邊覆蓋嚴實。

3.6 混凝土道面板測溫

為了解混凝土道面覆蓋后的溫度情況,每日進行測溫檢查,并做出記錄。

表2 混凝土道面低溫施工部分現場測溫記錄

注：測溫位置在道面表面及覆蓋材料下面,距道面邊緣約20cm處。

從以上混凝土道面測溫情況看：當氣溫在0℃至-3℃之間,混凝土道面板均為正溫度,在3℃至7℃之間,較氣溫提高4.5℃至8℃,說明保溫效果明顯。先覆蓋塑料布,然后覆蓋較干燥的土工布,這樣對道面保溫保濕效果好。未鋪塑料布,直接覆蓋土工布,混凝土道面的保濕效果稍差,混凝土板面還會粘脫土工布纖維。

3.7 施工質量控制措施

盡量減少混凝土用水量,降低混凝土水灰比,適當延長拌和及震搗時間,提高混凝土強度,使其盡早達到受凍臨界強度,并彌補混凝土低溫施工遭凍后的強度損失。施工中禁止將冰雪混入砂、石材料中；道面模板、鋼筋上的冰雪要清除干凈,以減少混凝土的熱量損失。混凝土混合料運輸、攤鋪、振搗、做面等作業,要緊密銜接,盡量縮短其間隔時間。對混凝土道面的基礎冰凍溶解后,要重新修整、振實。找平層過濕的應予晾曬或更換。

拌合站采取暖棚、集料覆蓋,現場采取圍擋等措施,提高混凝土混合料的攪拌出機溫度及澆灌入模溫度。經檢測以上溫度,能夠達到規范要求(混凝土混合料出機溫度不應低于10℃,入模溫度不應低于5℃)。

混凝土道面養護期延長至28天,前3天采取蓄熱覆蓋保溫保濕養護；以后是覆蓋保濕養護,必要時進行灑水。適當延長拆模、補倉、切縫時間。

4 混凝土強度檢驗

根據現場取樣制作混凝土抗折及抗壓強度試件,按現場混凝土道面相同條件養護,養護期間的平均氣溫為4.9℃,其28天強度分別為：抗折強度6.3MPa,達到設計強度(5MPa)的126%；抗壓強度45.8MPa,達到設計強度的123.8%。均超過設計要求強度值。

5 幾點體會

(1)由于緊急戰備工程的需要,或少量收尾工程,混凝土道面施工處于低溫季節,必須嚴格按規范要求,采取各項低溫施工措施,以確保工程質量。但低溫施工,需要增加機具、材料及經費開支；增加現場管理工作量；稍有疏忽,混凝土道面會出現質量缺陷。除特殊緊急戰備工程,或少量收尾工程,一般應妥善安排施工計劃,盡量避免在低溫季節施工。

(2)當氣溫處于低溫狀態,最低氣溫在0℃至-4℃之間的時候,混凝土道面的低溫養護,宜優先采用蓄熱法,其蓄熱養護期限應現場試驗確定。該方法簡單易行,可以保證工程質量。

(3)低氣溫混凝土道面施工,應采取提高混凝土強度措施。因為在低溫環境下,混凝土強度增長緩慢,為提高混凝土早期及后期強度,可降低混凝土水灰比,增加水泥用量或使用早強型水泥,必要時摻加混凝土外加劑等技術措施。

(4)應做好混凝土成型初期的保溫防寒工作,防止雨雪侵襲,使混凝土在正溫度條件下成型。應備夠作業棚(應能遮擋雨雪寒風侵入,必要時應予增溫)、運輸車輛覆蓋材料。應嚴格按保溫養護期及保濕養護期規定養護。