机场道面大尺寸板块混凝土施工技术

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  摘 要:本文结合空军某机场施工实践,论述了大尺寸板块水泥混凝土道面施工工艺、质量控制措施等施工技术。
  关键词:机场道面;大尺寸板块;施工技术。
  
  长期以来,军用机场一起沿用美国和前苏联的设计理念,道面板尺寸局限在3m×4m,4m×4m和4m×5m等规格。这种道面板由于板小、块多、接缝多,易掉边、掉角,表面性能差,在自然温度变化和飞机荷载的作用下,道面板常常出现碎裂、掉块、错台、拱起、脱空、唧泥和断板等问题。不仅造成道面的使用寿命缩短,维护频繁,浪费大量的人力、物力、财力;而且飞机滑跑时易产生共振或颤动,看不准仪表,影响飞行操作,对飞机造成较大的损坏,严重危及飞行安全。针对当前现状,总队在空军工程大学帮助下,提出用聚丙烯纤维增强混凝土和聚丙烯纤维增强膨胀混凝土来提高混凝土道面的耐久性,并研究了一系列新技术,研制了新型道面新材料,提供了施工新工艺,建成了国内外第一座大尺寸板的新机场。
  
  1、机场道面大尺寸板块混凝土简介
  
  空军某机场水泥混凝土道面施工摒弃了以往的小尺寸板块,跑道采用了5m×8m,滑行道采用了6m×10m,部分停机坪达到了6m×15m。经过几年的使用,没出现任何质量问题。
  在该机场的施工中,研究建立了满足大尺寸板块技术要求的一整套施工工艺,改进了施工工艺与施工程序,解决了大尺寸板块混凝土平整度难以保证,切缝时机不易掌握的难题,控制了混凝土的早期裂缝,保证了平整度,提高了道面质量。该机场与常用机场混凝土道面相比横缝减少40%以上,总接缝减少30%,缝宽由8mm减少到4mm,平整度控制在2mm以内。道面混凝土28d抗压强度达到了40MPa,抗折强度达到了6.3MPa,28d以上抗折强度达到了8.0MPa,耐磨性提高了3倍,弹性模量降低了20%,抗冲击性提高了2倍。道面寿命的延长和接缝数量的减少,掉边掉角现象发生的机率明显下降,减少了维修工作量,降低了使用成本。
  
  2、配合比设计
  
  2.1优选材料
  1)水泥 水泥是影响混凝土质量关键材料,根据机场材料技术要求,要求水泥厂生产的水泥达到如下要求:○1碱含量<0.6%,○2铝酸三钙≤5.O%,○3游离氧化钙≤1.0%,○4氧化镁≤5.0%,○5细度适中,○6烧失量<3.0%。工程中选用河南省豫鹤水泥有限公司生产的P.O42.5级水泥,其标准稠度为26.5%,细度为1.2,初凝时间为150min,终凝时间为215min,经国家水泥质量监督检验中心检验碱含量为0.54%,抗折强度为8.80Mpa。
  2)粉煤灰 粉煤灰的烧失量应尽量低,经过对筛选选用了郑州热电厂生产的I级粉煤灰作为本工程的掺和材料,其性能指标为:含水率0.03%;细度11.2%;烧失量4.81%;需水量比97%;SO3含量1.72%。
  3)碎石 选用河南新乡碎石5~20mm、20~40mm两种。碎石质地均匀坚固,两种碎石按70:30比例时级配良好,吸水率低,空隙率小。经南京工业大学检验,无潜在碱活性。各项物理指标分别为:含泥量0.4%、0.6%;容重1.62 g /cm3;视密度2.71g/cm3;针、片状含量5.0%、6.5%;压碎指标13.4%。
  4)砂 为当地河南鲁山产中粗砂,细度模数为2.96,视密度为2.65g/cm3,含泥量为0.5%。
  5)水 经河南省分析测试中心检测:PH值为6.5,氯化物(以CI-)64.5mg/L,硫酸根(以S042-计)65.4mg/L,硫化物(以S2-)<20mg/L。
  6)外加剂 ①纤维选用江苏丹阳合成纤维厂生产的“丹强丝”,其主要指标:线密度16.45Dtex,强性模量2384Mpa,抗拉强度326 Mpa,拉伸率46.3%,比重0.91g/cm3;②膨胀剂选用江苏海特曼公司生产的J17A型。其主要指标为:初凝110min,终凝150min,限制膨胀率(空气中28d)-0.001%,抗折强度比(28d)100%;(3)中航山西机场工程有限公司生产万欣牌RC—A型缓凝减水剂,其主要指标:减水率11%,泌水率86%,初凝30min,28d抗压强度116%,对钢筋无腐蚀作用。
  2.2优化配合比设计
  开工前结合总队多年机场砼的施工经验,试验重点选择了两种聚丙烯纤维(网状、单丝)和四种膨胀剂。采用正交试验,选用L16(43×26)正交表。因素及水平设计(见表1)。
  


  A、B、C为三种不同型号的镁质膨胀剂,D为钙矾石类膨胀剂;膨胀剂掺量是指占胶凝材料总质量的百分数;水胶比为0.38时掺减水剂,水胶比为0.45时不掺减水剂;纤维掺量是指每立方混凝土用量。
  根据正交表安排的16种配比,配制混凝土。分别测定工作性、抗压强度(3d、28d)、抗折强度(3d、28d)、抗折弹性模量和收缩变形。通过大量试验和综合考虑多种因素,最终在机场跑道采用配合比为水泥:粉煤灰:膨胀剂:砂:大石:小石:水:纤维310:39: 25:678:789:526:176:0.9。
  
  3、施工工艺
  
  3.1模板地立
  道面高程是用模板来控制的,因而在模板支立前要对强度、刚度以及直线性进行仔细的检查和检验,对于强度、刚度不足、变形严重的要坚决给予剔除,对轻微翘曲的模板调直后方可使用。施工中模板的支立要劳固,最好采用可调式支架,以利于发现跑模苗头时能方便及时予以调整。
  3.2混合料拌合
  混合料采用全自动双机双轴搅拌机进行搅拌,以实现自动计量、输送、提升、搅拌、卸料等功能,同时应配有工控微机控制管理系统,杜绝人为误差的存在。搅拌时应严格控制搅拌时间(不少于60s),以保证混合料充分拌和。
  3.3混合料摊铺
  混合料的摊铺质量直接影响到成品的平整度,因而在施工过程中要加强对虚铺厚度和铺料均匀性的控制。施工中采用自行式布料机,一般坚守宁高勿低的原则,若出现混合料不足时,应在自行式布料机前及时进行补料,以保证布料轴前有足够的混合料。
  3.4混合料振捣
  混凝土振捣质量的优劣直接影响道面板的内在质量。为确保施工质量,机场混凝土道面施工时采用自行式高频排式振捣器为主,以平板振动器和插入式振动器为辅的施工方法。克服了传统施工振捣不均、少振、漏振、过振的现象。
  自行式高频排式振捣器棒与棒之间横向间距为45cm,棒与棒上下相互交错排列成20°夹角,上排与下排棒端头高度设置有一定的差值,一般控制在12~15cm,使用时下排棒距基层表面约控制在8 cm左右,以解决上下层振捣不均的排气困难问题。
  精平布料后便可开动排式振捣机准备施振,振捣前先对位,调整棒头高度,起步振捣时间应略长,然后以不大于1.0m/min的速度匀速进行,全厚全宽进行振捣,以不冒气泡,表面停止下沉为准。
  对于无法采用自行式高频排式振捣器振捣的部位,采用传统的施工方法进行施工。对每一振动部位,必须振动至混凝土停止下沉,不再冒气泡。表面呈现平坦泛浆,并将模板边角填满充实。
  3.5整平、做面
  整平与提浆质量对混凝土道面板的平整度有直接影响。施工前首先要对自行式整平提浆机的滚筒、振动梁的直线性进行认真的检校,对不符合要求的要及时予以更换和调整。在振捣结束后,自行式整平提浆机立即进行整平提浆,前后整平不少于3次,在此过程中应不断检查混凝土道面的平整度,发现低洼处及时用原浆填补,多余砂浆应予刮除,使整个板的平整度达到规范要求。通过不断的提浆,确保表面浮浆均匀分布在3mm左右为宜,才能保证表面处理均匀。接着先用木抹揉面,塑料抹压光,将小石子、砂压入板面,消除砂眼及各种不平整的痕迹,待表面泌水完毕后(以水泥浆不粘手为宜),用铺抹收光。便可进行下一道工序。
  3.6混合料表面处理
  机场道面采用拉毛表面处理工艺,该工序是道面板施工中的又一重要环节,其施工质量的优劣不仅反应道面外观质量的高低,而且影响着道面板的使用功能的发挥和安全运行,根据该机场施工经验,在道面表处理时应加强以下几个方面的管理:
  准确把握拉毛时机。混凝土表面经过充分提浆、揉浆、收浆及压光之后,原则上既保证满足设计纹理,又不至水泥浆流淌,表面不泛砂为准,一般以不粘手为最佳时机。
  注意纹理直线性控制。毛刷紧贴铝合金尺,匀速前进,以保证线条直顺直。
  用力要适中。拉毛过程中要始终保持用力适当,以保证线条粗细和深浅均匀,用力过重会过多带走表面层浆或造成泛砂,用力过轻会达不到纹理深度要求。
  注重纹理之间接茬处理。为防止纹理之间漏刷和重刷,拉毛前用钢尺做好前后间距的标记,以保证每次刷位移动的距离相等。在临近每块板的横缝时,还应用钢尺量出两边相等的距离,防止拉毛纹理与假缝相交。
  3.7切缝、灌缝
  1)采用二次跳格切缝的方法,防止混凝土连续浇筑引起的收缩裂缝。根据天气温度情况,一般在做面4~5h后,每隔两道即20m间距采用SOFTCUT380型软式切缝机一道横缝,深度在3mm以上,然后在混凝土强度达到7~9MPa时按规范要求用HQJ-15型自动切缝机进行二次切缝,深度为板厚的1/5~1/3。
  2)灌缝采用聚氨脂或聚硫类灌缝料,灌缝深度为30mm左右。
  3.8 养生
  1)采用养护剂喷模加无纺布养护,做面完毕后立即喷模进行早期养护,4~5h后加盖无纺布进行养生。
  2)覆盖养护时间不少于14d。
  
  4、质量控制措施
  
  4.1平整度和邻板差的控制措施
  道面的平整度和邻板差是反映道面满足飞机使用功能的重要参数,从使用角度来说两者都属于平整度的范畴,下文中统称平整度。道面平整度定义为道面表面诱使滑跑飞机出现振动的高程变化。道面不平整所引起的飞机振动,会对飞机磨损、燃油消耗、行驶舒适、道面损坏和飞行安全等多方面产生直接影响。因此,平整度是度量道面使用质量的一个重要指标。混凝土添加纤维和膨胀剂,也增加了施工难度,平整度就更加难以控制。因此平整度的控制是施工中的一个关键技术难题。
  4.1.1研制改进施工机具
  总队研制出了ZD-6500型水泥混凝土道面自行排式振捣器及ZHTE6600G型水泥混凝土道面摊铺提浆整平机,与以往的机具相比主要作了如下改进:①加大了摊铺、振捣、整平及作面机具的尺寸,以适应大尺寸板的需要;②加大振捣、整平机具的激振力以适应纤维混凝土的振捣;③加大整平机具的刚度,严格控制变形量,减少平整度的误差积累,以满足平整度的要求。
  4.1.2 研制改进模板及拆装工艺(见图1)
  


  ①课题组研制了B2001型组合钢模板,采用槽钢加工,支撑固定装置为三维可调式模板支架;②改进模板安装工艺;③准确掌握了模板拆除时机,改进模板拆除工艺。
  4.1.3强化过程控制
  ①测量时严格控制误差,混凝土道面施工中采取“三次检测法”,消除误差积累,确保施工质量,第一次检测是在混合料入仓前进行检测,发现模板支撑误差及时校正,第二次检测是在摊铺振捣后进行检测,消除作业中产生的误差,第三次检测是在拉毛之前用直尺检测,消除平整度的误差。②采取四次抹面(两遍木模两遍钢模):根据混凝土收缩的四个阶段(塑性沉降阶段、泌水收缩阶段、自收缩阶段和次要收缩阶段)采取四次抹面法,消除沉降差、实现平整度和高度的控制。
  
  5、结语
  
  采用外掺粉煤灰、减水剂、膨胀剂、聚丙烯纤维等材料优化配合比设计,可以改善混凝土的内在质量,提高基强度和耐久性;同时通过对施工工艺和施工机具进行改进,提高道面混凝土施工技术水平,可以将水泥混凝土道面板尺寸提高到6m×10m。
  
  参考文献:
  [1]交通部公路科学研究所.JTJF30—2003,《公路水泥混凝土路面施工技术规范》[S].北京:人民交通出版社.
  [2]GJB1112—2002,《军用机场场道工程施工及验收规范》[S].2002.
  [3]马清浩 《混凝土外加剂及建筑防水材料应用指南》[M].北京:中国建材工业出版社.1998.
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