浅谈特殊气候条件下民航机场水泥混凝土道面面层施工

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  [摘  要]在民航机场实际的道面工程施工中,突遇影响施工质量的气候天气是不可避免的,在一些特殊气候条件下施工,如不做好防御措施,将严重影响工程质量。因此,分析特殊气候条件下民航机场水泥混凝土道面面层施工有关问题,提前预防和掌握气候资料,努力做好防范措施,是保证特殊气候条件下工程高质量、高效率和安全性的关键。本文现就民航机场水泥混凝土道面水泥混凝土性能要求、民航机场水泥混凝土道面面层低温施工、民航机场水泥混凝土道面面层高温施工、民航机场水泥混凝土道面面层风雨天施工、民航机场水泥混凝土道面面层施工质量控制标准和检验方法进行探讨。
  [关键词]特殊气候条件;民航机场;混凝土道面;面层;施工
  中图分类号:TP523 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)14-0120-02
  水泥混凝土道面是目前我国民航机场的主要道面类型,许多机场在长期的使用过程中,机场道面既承受机轮荷载,又要受到各种自然因素的作用,其使用性能将发生一定程度的衰减。混凝土道面的施工受自然因素的影响很大,在特殊气候条件下如出现现场降雨、强风天气、现场气温高于 40°C 或现场连续 5 昼夜气温低于-3°C 的情况之一则必须停工。其他特殊气候条件下施工时应采取必要的措施保证工程质量。因此,必须对特殊气候条件下水泥混凝土道面面层施工状况进行监测,以便为科学地实施施工和维护,延长道面使用寿命,提高我国机场道面的施工管理水平。
  一、民航机场水泥混凝土道面水泥混凝土性能要求
  水泥混凝土道面板在机轮荷载作用下会产生较大的弯拉应力,而且由于其长期裸露于自然环境之中,当大气温度、湿度及土基水温状况发生变化时,会产生伸缩应力和翘曲应力。要求道面混凝土具有较高的抗弯拉强度,而混凝土的弹性模量及膨胀系数宜尽可能低。道面混凝土应具有良好的耐磨性能。寒冷地区的混凝土板应具有较好的抗冻性能。
  (一)水泥混凝土的设计强度
  混凝土板在机轮荷载以及温度变化等因素作用下,将产生压应力和弯拉应力。混凝土板受到的压应力与混凝土抗压强度相比很小,而所受的弯拉应力与其抗弯拉强度的比值则较大,可能导致混凝土板的开裂破坏。在水泥混凝土道面设计中,混凝土强度以弯拉强度为设计标准。根据国内材料情况和施工工艺水平,按不同飞行区等级指标分别规定了混凝土设计强度最低值。即飞行区等级指标Ⅱ为A、B的机场,其道面混凝土设计弯拉强度不得低于4.5MPa;飞行区指标Ⅱ为C、D、E的机场,其道面混凝土设计弯拉强度不得低于5.0MPa。
  (二)混凝土弯拉弹性模量和泊松比
  混凝土弯拉弹性模量和泊松比是机场道面面层设计和厚度计算所必需的参数。影响混凝土弯拉弹性模量的因素很多,除混凝土弯拉强度(不一定是主要因素)外,还有粗集料的性质(材料性质和粒径大小)和含量、水泥的品种和用量、用水量、砂率等。不過,混凝土弯拉弹性模量的偏差对荷载应力和混凝土板厚影响不是很大。水泥混凝土泊松比值变动范围为0.1∽0.20,国内外水泥混凝土道(路)面设计均取其值为0.15。
  (三)混凝土的耐磨性
  在机轮的摩擦、冲击下,道面混凝土表面会发生磨耗、甚至剥落。首先被磨损的是水泥砂浆,然后是显露出的粗集料。当引起集料松散时,还会对飞机的安全行驶构成严重危害。混凝土的耐磨性能与水泥的质量、水灰比、集料的硬度、混凝土的密实性等有关。为提高混凝土的耐磨性,应尽量选用强度等级较高的硅酸盐水泥、普通水泥或道路水泥。矿渣水泥因耐磨性能较差,不应使用。尽量降低水灰比,同时保证足够的水泥用量,在可能的情况下选择质地坚硬(耐磨性好)的集料,施工中应将混凝土混合料振捣密实,尽量提高道面的强度。强度高耐磨性就好,尽量选择硫铝酸盐水泥(C4AF)含量高的水泥并尽量降低水灰比,特别是表面水泥砂浆的水灰比,施工表面不得有泌水现象,必要时采取真空吸水手段把水灰比降至低限。
  (四)混凝土的耐冻性
  耐冻性能不良的混凝土在冻融交替作用下容易发生破坏。混凝土的水灰比大,则孔隙率大,可能存留的水分也多,对混凝土的耐冻性不利。减少集料中的含泥量、振捣时增加混凝土的致密度、掺加引气剂,均可提高混凝土的耐冻性。
  (五)混凝土的耐久性
  建议配制高性能混凝土,包括高强度、高抗渗、高抗冻、耐磨、耐碱集料反应和耐化学腐蚀等,施工中表面不得有泌水现象,防止露石。高强度、高抗渗是道面混凝土耐久性之本。
  (六)对水泥混凝土混合料组成材料的要求
  水泥混凝土混合料由水泥、细集料、粗集料、水与外加剂组成。
  1、水泥应选用收缩性小、耐磨性强、抗冻性好、含碱量低的水泥。水泥应选用旋窑生产的道路硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,其强度等级应为42.5MPa以上;不宜选用快硬早强R型水泥。水泥的各项技术指标应符合国家现行标准。水泥混凝土面层设计28d抗折强度为5.0MPa时,所选水泥实测28d抗折强度宜大于7.5MPa。2、粉煤灰。道路水泥、硅酸盐水泥和普通水泥中可掺用适量I、П级原状或磨细干粉煤灰,以提高水泥混凝土强度和耐久性能。各种混合水泥不得掺用粉煤灰,不得使用湿排或潮湿粉煤灰,禁止使用已结块的湿排干燥粉煤灰。3、细集料可采用天然河砂、山砂,经设计单位同意也可采用人工机制砂。应优先采用河砂。砂的粗细度应按细度模数μf分为:粗砂μf=3.7∽3.1,中砂μf=3.0∽2.3,细砂声μf=  2.2∽1.6。细集料宜采用细度模数为2.65∽3.20的天然中粗砂,质地应坚硬、耐久、洁净,4、粗集料应采用碎石或机轧砾石,质地应坚硬、耐久、耐磨、洁净,符合规定的级配,方孔筛最大粒径应不超过31.5mm。应尽量采用碎石,若当地无碎石,可采用机轧砾石,不得采用天然砾石。5、水。水泥混凝土拌和、冲洗集料及养护用水宜采用饮用水。6、外加剂。水泥混凝土中掺用外加剂的质量必须符合国家现行有关标准的规定,其品种及含量应根据施工条件和使用要求通过水泥混凝土混合料配合比试验选用。7、钢筋。钢筋的品种、规格、质量应符合设计要求,对每批进场的钢筋,应有出厂质量检验单,同时施工单位应自行进行检测,符合质量要求方可使用。钢筋应顺直,使用前应清除表面油污和锈蚀。8、水泥混凝土配合比。混凝土配合比,应按设计要求保证混凝土的设计强度、耐磨、耐久和混合料和易性的要求,在冰冻地区还应满足抗冻性的要求。混凝土配合比,应根据水灰比与强度关系曲线及经验数据进行计算和试配确定。配合比设计应按抗折强度控制。水泥混凝土道面面层强度应以28d龄期的抗折强度为标准。   (七)对唧泥的预防
  道面、道肩的道槽土方横坡在规范允许下尽量加大;下基层及垫层为级配碎石或混合石渣(石子与矿渣的混合料);道肩基础与道面基础不设台阶,必要时设盲沟将垫层碎石中存水引入排水沟中;上基层与道面之间用防水材料作隔离层;道面灌缝材料应选用与混凝土粘结牢固且使用寿命长的聚氨酯或硅酮类材料,发现灌缝料与道面有脱开现象时要及时更换;道面混凝土要配制高抗渗混凝土,避免雨水从道面中渗入基层。
  二、民航机场水泥混凝土道面面层低温施工
  低温季节施工 当施工现场连续 5 昼夜平均气温低于 5°C,夜间最低氣温在 - 3°- 5°C 之间,即为混凝土路面的低温季节施工。低温下因水泥水化速度降低而强度增长缓慢,结冰还会使新铺筑的路面受到破坏,因此,低温条件下施工混凝土道面时,必须有相应的工艺措施。
  (一)水泥混凝土道面除少量收尾工程等特殊情况外,不宜采用低温施工。当昼夜平均气温连续5d低到5℃及以下时,混凝土混合料应按低温规定进行施工;当昼夜平均气温低于0℃时,不得施工。(二)低温施工时,应事先准备足够的防寒用材料及用具,混凝土搅拌站应搭设暖棚或其他挡风设备,砂、石材料必要时用保暖材料加以覆盖。不得在有冻害或有积雪的基层上铺筑混凝土混合料,也不应把冰冻的砂、石料用在混凝土混合料中。混凝土应保证不受冻害,并有一定的硬化条件,适当减小混凝土混合料的水灰比(应保持要求的用灰量,减少用水量),混合料中不得掺用缓凝剂。(三)搅拌好的混凝土混合料铺筑到模板中时的温度应不低于10℃。当气温为2℃或以下,或混合料铺筑温度低于10℃时,应视情况事先将水加热或将水和砂、石料都加热。材料加热时,水应不超过60℃,砂、石料应不超过40℃,拌制的混凝土混合料应不超过35℃。水泥不得加热。(四)根据气温情况可掺入适量的早强剂或加气剂,提高混凝土的早期强度及抗冻性。(五)混凝土混合料的搅拌时间应较常规施工增加50%。(六)为减少热量损失,混凝土混合料的搅拌、运输和铺筑等工序应紧密衔接,尽量缩短其间隔时间。运料过程中应对混合料予以覆盖保温。(七)混凝土混合料铺筑后应尽快振实、做面。表面有泌水现象时,应及时清除,完成做面工序时的混凝土温度不得低于5℃。(八)混凝土做面完毕,当用手指轻压表面无痕迹时,立即用塑料布、无纺布、麻袋等保温材料覆盖养护。覆盖厚度应根据气温和混凝土温度而定,保证混凝土在早期硬化期的最低温度不低于5℃,同时应保证当混凝土强度未达到设计强度50%以前,混凝土道面不受冻害。(九)混凝土保温养护期应不少于28d。养护期间内,如遇天气骤然降温,应视情况及时增加覆盖层的厚度。(十)最早拆模时间,企口模板为96h,平缝为72h。拆模后应立即将混凝土侧壁严密覆盖,保温养护。(十一)低温施工时,应按下列规定进行测温:1、水和砂、石料投入搅拌机前与混合料出料时的温度测定,每台班应不少于3次。2、混凝土板养护过程中,最初两昼夜应每隔6h测湿一次,以后每昼夜不少于两次。3、道面测温孔每一板块不得少于一个,交错布置于道面模板附近和中部。孔深不得少于l0cm,孔口应用棉花或木塞填住,孔内灌煤油,测温时温度计应与外界冷空气隔离,温度计在孔内停留时间不少于3min。各项测温和保温情况的资料、试件代表地段及其强度等均应详细记录,作为工程验收时的依据。
  三、民航机场水泥混凝土道面面层高温施工
  施工现场气温高于 30°C、拌和物温度为 30~35°C、空气湿度低 于 80%时,最好不进行混凝土路面的施工,否则即为高温季节施工。 在高温施工条件下,混凝土拌和物水分蒸发快,水泥水化作用加速, 混凝土易出现干缩开裂。若必须施工则应考虑温度和湿度条件,采取 有效的工艺措施,确保混凝土道面质量。当摊铺现场气温达30℃及以上的施工,属于高温施工。
  (一)高温施工时应尽量缩短混凝土混合料运输、铺筑、振捣、做面等各道工序的间隔时间。作业完毕应及时覆盖,洒水养护。(二)搅拌站应有遮阳棚。模板和基层表面在铺筑混合料前应洒水湿润,必要时,应对砂、石料采取洒水降温措施。(三)气温过高时,宜避开中午施工,尽量安排在早晨、傍晚或夜间施工。高温施工时摊铺的混凝土混合料的温度不得超过35℃。(四)混凝土混合料搅拌时可按适量比例增加单位用水量,运输混凝土混合料的车辆应予以覆盖,做面作业宜在遮阳作业棚内进行。
  四、民航机场水泥混凝土道面面层风雨天施工
  (一)混凝土道面应尽量避免在大风天(风速4-6m/s)以及干热风天中施工。风速大于6m/s 时必须停止施工。铺筑混凝土混合料时,在迎风面应采取挡风措施,防止并及时清除被大风刮到混凝土混合料上的尘土和杂物。尽量缩短各工序作业的时间间隔。作业完成后及早覆盖、洒水养护。(二)雨季来临前,应及时与当地气象部门联系,定期获得天气变化资 料,掌握月、旬降雨趋势,尤其是近期预报的降雨时间、降雨量,了解 和掌握施工作业段的汇水情况,以便安排施工。应拟定雨季施工方案 和相应的措施。(三)雨天施工应符合下列规定:1、应配备足够数量的材料轻便、结构牢固的防雨棚和塑料布。2、混凝土道面不得在雨天中施工。混凝土道面施工过程中如遇降雨,铺筑作业应予停  止。对已铺筑的混凝土混合料,应及时盖上塑料布或防雨棚,并防止相邻板的雨水流人,冲走砂浆。3、雨停后,混凝土混合料尚未凝结时,应抓紧时间继续作业。表面被雨水冲走的部分砂浆,应及时利用原浆填补,不得另调砂浆或在其上撒干水泥。如冲刷面积较大,应予挖除部分混合料,用新混合料重铺。如混合料已终凝,而振捣、做面作业尚未完成,对已终凝的混合料应予全部清除,重新铺筑新混合料。铺筑时应清除基槽中的积水。4、运送混凝土混合料的运输车辆,应有防雨遮盖物。各种电气设备应配有防雨设施。5、应测定砂、石的含水量,并及时调整混合料的用水量和混凝土的配合比。
  五、民航机场水泥混凝土道面面层施工质量检查与竣工验收
  民航机场混凝土道面施工质量应符合设计和施工规范要求。为此应加强施工前的原材料质量检验,施工过程中应对每一道工序进行严格的质量检查和控制。对已完成的混凝土道面进行外观检查,测量其几何尺寸,并根据设计文件进行校核。此外,还要查阅施工记录,包括原材料试验和时间强度资料、配合比及隐蔽构造等,检查结果作为评定工程质量的依据。水泥混凝土道面面层施工质量控制标准、检验频率与检验方法,应符合中华人民共和国行业标准《民用机场水泥混凝土道面面层施工技术规范》(MH5006—2015)相关标准规范的规定。
  (一) 施工工程中的质量控制。在混凝土道面施工过程中,应检查混凝土拌和物的配合比是否符合设计要求,对拌和、摊铺、振捣的质量等进行检查,并做好记录。(二) 竣工验收。混凝土道面施工完毕,施工单位应根据设计文件、交工资料和施工单位提出的交工验收报告,按中华人民共和国行业标准《民用机场水泥混凝土道面面层施工技术规范》(MH5006—2015)相关标准规范的规定竣工验收的办法验收。验收时应提交设计文件和交工资料、交工验收报告、混凝土强度试验报告、材料检查及材料试验记录、基层检查记录、工程重大问题处理文件、施工总结报告、工程监理总结报告等。民航机场水泥混凝土道面的工程质量验收检查内容和允许偏差应符合中华人民共和国行业标准《民用机场水泥混凝土道面面层施工技术规范》(MH5006—2015)相关标准规范的规定,道面外观应无露石、蜂窝、 麻面、裂缝、啃边、掉角、翘起和轮迹等现象。
  参考文献
  [1]公路工程施工技术(M),出版社:科技文献出版社,作者:王琦,2015-02第1版
  [2]中华人民共和国行业标准,《民用机场水泥混凝土道面面层施工技术规范》(MH5006—2015)中国民用航空局发布,2015-12-01施行
  [3]许金余、邓子辰.机场刚性道面动力分析.西北工业大学出版社.2002
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