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浅析东非地区某机场滑膜混凝土施工的质量控制

2021-07-30 16:03:57

作者:中交一公局集团有限公司海外事业部 曾贯中

[摘要]文章结合美国联邦航空管理局FAA规范,阐述了东非某机场项目滑膜路面混凝土施工的质量控制关键点,结合中国的先进施工经验与现场施工的实际情况,分析试验段出现的质量弊病,采取了一系列质量控制措施,保障了工程质量,为后续的机场混凝土路面滑膜摊铺的质量控制具有一定的借鉴意义。

东非某机场停机坪扩建项目有2.5万m3水泥路面混凝土,采用滑膜摊铺机摊铺,合同要求执行美国联邦航空管理局FAA咨询通告AC 150/5370-10G规范。项目地点属于热带高山性气候,海拔高,昼夜温差较大,加上一些其他因素,水泥混凝土滑膜施工试验段中出现了一些质量通病。项目结合美国联邦航空管理局FAA咨询通告AC150/5370-10G中Part 6的规范要求,分析原材料、混凝土配合比设计与施工工艺的各个质量控制要点,通过认真研究采取了一系列的措施,解决了质量通病,保障了施工顺利进行。

1 路面混凝土符合FAA咨询通告AC 150/5370-10G中机场规范要求的主要质量控制要点

1.1 原材料的情况与质量控制要点

原材料包括水泥、细集料、粗集料、拌和用水、减水剂、引气剂、保塑剂与聚丙烯单丝纤维,其中粗集料与细集料是质量控制的重点。

(1)水泥为国家水泥厂的 MUGHER OPC 42.5水泥,质量标准执行BS EN197,质量稳定。

(2)拌和用水为饮用水,符合ASTM C1602标准。

(3)外加剂是从中国进口的,符合美国规范A S T MC494标准。其中UNF-5奈系高效减水剂,减水率大于20%;
葡钠(BS)缓凝保塑剂,降低混凝土的坍落度损失,掺量0.04%时混凝土的初凝时间控制在6~8h;AE2引气剂主要成分是三萜皂甙,引气剂能够降低混凝土的离析、泌水,提高混凝土的均匀性、和易性与抵抗混凝土裂纹,能够提高混凝土的抗折强度,降低滑膜摊铺混凝土的塌边与溜肩现象;聚丙烯单丝纤维也叫抗裂纤维,能提高混凝土的抗裂强度与抗折强度,降低混凝土的干缩裂缝与温差裂缝。

(4)细集料的质量控制。

天然砂是从距离项目300km处购买的中砂,质量控制按照FAA的咨询通告AC 150/5370-10G Item P-501中的规定,试验结果符合要求(见表1)。

浅析东非地区某机场滑膜混凝土施工的质量控制

天然砂的级配试验结果符合ASTM C33的规范要求(见表2)。

浅析东非地区某机场滑膜混凝土施工的质量控制

(5)粗集料的质量控制。

在项目轧石场加工了5~10mm与13~25mm的玄武岩集料,质量控制按照FAA的咨询通告AC 150/5370-10G ItemP-501中的规定,试验结果符合要求(见表3)。

浅析东非地区某机场滑膜混凝土施工的质量控制

5~10mm与13~25mm两种集料按照40%与60%混合,符合美国规范ASTM C33的57号的级配要求(见表4)。

浅析东非地区某机场滑膜混凝土施工的质量控制

1.2 滑膜摊铺路面混凝土与混凝土配合比的主要质量控制要点

美国规范中,机场路面混凝土的配合比要求:设计抗折强度4.5MPa;设计坍落度30~60mm;水灰比0.38%~0.45%;单方水泥用量不小于400kg/m3;砂率40%~50%;含气量6%~7%;混凝土设计抗折强度4.5MPa。

1.3 混凝土路面平整度、耐久性与外观的主要质量控制要点

混凝土路面面板的平整度不大于6mm,混凝土表面不允许有裂缝与空洞;混凝土切缝顺直整齐,刻槽边缘不掉渣、不裂缝。

2 试验段施工中出现的质量问题

试验段滑膜施工了横向间隔5m的2段50m长,5m宽的混凝土路面面板;在两端混凝土面板之间施工了一段填仓路
面50m长,5m宽。

在混凝土试验段的施工过程中出现了混凝土离析、混凝土表面裂缝与断板的质量弊病、混凝土表面平整度差、混凝土切缝不齐、刻槽与切缝不在一条直线上、刻槽边缘掉渣等主要质量问题 。

3 试验段质量问题的分析

3.1 路面出现裂缝的分析

(1)原材料中天然砂偏细,集料中粉尘含量较多,增加了收缩裂缝的风险。

(2)美国规范关于水泥路面混凝土配合比的设计要求中,水泥用量较大。

美国规范中路面混凝土设计抗折强度4 . 5 M P a(650PSI),路面混凝土的试配强度是用抗折强度换算成抗压强度换算出水灰比。按照美国规范ACI CODE水泥混凝土的抗折强度Fs =7.5,其中Fs 是抗折强度(单位:PSI),Fc 是混凝土标准圆柱体的抗压强度(单位:PSI)。计算得到立方体抗压强度64.6MPa,相当于中国的设计抗折强度6.0MPa。按照美国的试配强度要求,实际配合比的抗折强度7.5MPa左右,水泥用量500kg/m3,水泥用量太大,增加了混凝土干缩与收缩裂缝的风险。

(3)混凝土横向裂缝与断板的质量分析。

规范要求,日温差大于15℃时设置湿切缝。项目施工地点处于东非高原,每日早晚温差大于15℃,水泥混凝土终凝前期抗拉强度偏低,温度剧烈变化时引起收缩裂缝。如果设置湿切缝太晚,不规则的微小收缩裂缝在切缝之前已经形成,会进一步发展;当混凝土横向切缝深度不足时,混凝土收缩不能在切缝处断裂,而是在切缝附近拉裂,引起不规则裂缝。伴随着时间的推移收缩加强,有时会引起断板。

(4)含气量的损失导致混凝土的离析与裂缝。

自卸车运输混凝土在路上颠簸,混凝土含气量变小。路面混凝土运输距离、运输时间长短、气温变化、天气炎热与
混凝土摊铺机的振捣直接影响路面混凝土的含气量。混凝土含气量变小,和易性变差,甚至引起混凝土离析。当混凝土和易性变差或混凝土离析时,混凝土中粗集料多的部分与细集料多的部分收缩不一致引起微小裂缝。细集料多的部位,外加剂的成分集中,外加剂的量相对增加,化学反应比其他部位加强,含气量相对增加,引起大量气泡,产生收缩裂缝。

3.2 混凝土面板平整度差的分析

(1)滑膜摊铺机的滑膜板、自动搓平梁与自动抹平板对路面混凝土起到压实、消除路面表面气泡与路面表面空洞的作用。自动搓平梁在固定高程的轨道处左右滑动,挤压搓平路面。当砂浆的含量不足时,自动搓平梁后边的泥浆卷不足,造成搓平梁下出现空隙,使得路面平整度变差。

(2)路面混凝土滑膜摊铺时,每间隔5m摊铺一条面板。由于混凝土的塑性,混凝土摊铺时混凝土面板两侧会出现溜肩现象。如果不采取有效的校正溜肩的措施,纵向接缝处水泥混凝土不足,造成纵向接缝处平整度变差。

3.3 刻槽不顺直、刻槽边缘裂缝掉渣的外观质量差的分析路面混凝土施工时,混凝土面板两侧塑性溜肩。两侧加木挡板校正混凝土溜肩时,木档板遇水轻微变形,木挡板与木档板之间接头处轻度错位,导致纵向施工缝不在一条直线上,刻槽机刻槽时只能走直线。沿着混凝土纵向施工缝刻槽时,槽的位置与施工缝位置偏移,导致部分刻槽边缘掉渣,使得刻槽宽度增加,外观质量差,浪费灌封胶。

4 应对上述质量问题采取的改进校正措施

4.1 针对裂缝的改正措施

(1)工程质量事故大多数与原材料相关,加强原材料的质量检测,原材料不合格不能进场,严把砂石料的质量关。为了防止裂缝,摊铺的路面混凝土初凝时需要盖苫布,控制收缩裂缝。混凝土配合比设计中已经考虑了添加聚丙烯单丝纤维与引气剂降低混凝土的裂缝,如果现场有时出现裂缝,适当微调聚丙烯单丝纤维或引气剂的掺量,降低混凝土路面裂缝的风险。

(2)结合当地实际情况,在保障质量的前提下,降低水泥用量,降低混凝土裂缝风险。

混凝土配合比设计中,降低水泥用量,降低混凝土水化热产生的裂缝。本项目FA A规范中要求混凝土现场抗折强度大于4.5MPa,与监理工程师商定最终试配抗压强度45MPa。混凝土配合比的水泥用量415k g/m3,水灰比为0.4,现场实际抗折强度5.5MPa,现场实际抗压强度45MPa,符合美国FAA规范中的施工要求,降低了水泥用量,降低了混凝土裂缝的风险。

(3)混凝土横向裂缝与断板弊病采取的应对措施。

混凝土摊铺后判断路面混凝土的终凝时间(一般在混凝土浇筑后8~10h),混凝土终凝后马上进行横向湿切缝施工。一般横向切缝深度要求大于10cm,保障路面收缩时,收缩裂缝在横向切缝处开裂。

(4)含气量的损失导致混凝土离析与裂缝采取的措施。

美国规范中,设计路面混凝土配合比的含气量控制在6%~7%,现场混凝土振捣后含气量控制在3%~5%。当拌和站出盘的路面混凝土含气量4%~5%时,到达现场的含气量3%~4%,滑膜摊铺机振捣后含气量只有2%~3%,混凝土现场施工容易溜肩坍边,所以现场含气量必须控制在4%~6%。根据混凝土运距、天气情况与施工现场情况适当微调混凝土配合比中引气剂的掺量,保障混凝土到达现场的含气量符合要求。当运距较长,混凝土受到颠簸与气候炎热的影响,混凝土含气量损失过快,造成混凝土离析。混凝土摊铺后,由于离析个别部分砂浆含量大,外加剂相对增加,造成收缩不均匀产生裂缝,这时需要微调混凝土配合比的引气剂用量,拌和站出料的含气量增加,保障混凝土现场施工的含气量4%~6%。

4.2 混凝土路面面板平整度差采取的措施

(1)保障配合比稳定的砂率,保障路面表面砂浆厚度,提高平整度。

观察自动搓平梁后边的泥浆卷饱满情况。如果泥浆卷不足,说明砂率小,需要适当微调混凝土配合比增加砂率,保障自动搓平梁后边的泥浆卷饱满,保障路面平整度;当自动搓平梁后边的泥浆卷过多时,说明混凝土的砂率过大,适当微调混凝土配合比降低砂率。混凝土的砂率过大,影响混凝土的强度,容易加大混凝土的收缩,增加混凝土裂缝的风险。总之,路面混凝土的砂率通过观察滑膜摊铺机的自动搓平梁后面泥浆卷的情况进行微调,保障混凝土施工配合比稳定,保障面板平整度(见图1)。

浅析东非地区某机场滑膜混凝土施工的质量控制

(2)校正纵向施工缝处混凝土溜肩保障横向平整度的质量措施。

路面混凝土滑膜摊铺时,混凝土面板两侧用木板阻挡两侧,两侧木板的顶端与混凝土面板的中心高程在一条直线上。用铝水平尺找平,混凝土面板两侧溜肩处添加混凝土抹平,保障纵向施工缝处平整度符合要求(见图2)。

浅析东非地区某机场滑膜混凝土施工的质量控制

4.3 路面混凝土刻槽质量差的措施

通过总结现场施工经验,混凝土面板施工后,在填槽混凝土面板施工之前,在混凝土面板的两侧边缘处沿着纵向方向,距离两侧混凝土的面板边缘2~3cm弹一条直线,用切割机沿着纵向直线把混凝土的面板两侧边缘2~3cm以外的混凝土切除。在填槽混凝土面板施工后,保障路面混凝土纵向施工缝在一条直线上,刻槽的中心线在纵向施工缝上,进而保障了刻槽质量(见图3)。

浅析东非地区某机场滑膜混凝土施工的质量控制

5 结束语

原材料的质量控制程序虽然简单,但却非常重要,研究学习技术规范是质量控制的基础。及时施工湿切缝降低了混凝土裂缝与断板。机场路面混凝土关键工序的质量控制,由滑膜摊铺两侧加木档板防止混凝土溜肩影响平整度的同时,调整好混凝土砂率提高混凝土平整度,正确微调路面混凝土配合比及外加剂的掺量,降低质量风险。施工中,边施工边总结,改变施工工艺使得刻槽的中心线在纵向施工缝上。通过以上机场路面的质量控制经验,圆满完成了该机场路面混凝土的施工,获得了监理业主的好评。

[参考文献]
[1] FAA.AC 150/5370-10G[S].
[2] FHWA.Concrete Pavement Design Manual[S].
[3] FHWA.Portland Cement Concrete Material Manual[S].
[4] 美国混凝土协会. Building Code Requirements for
Reinforced Concrete (ACI 318)[S].

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