高原机场混凝土道面早期裂缝形成机理与温控防裂施工工艺

一、引言

随着我国航空事业的蓬勃发展，高原地区新建机场数量不断增加。高原机场具有海拔高、气压低、昼夜温差大、太阳辐射强等特殊的气候环境特点，这些因素使得混凝土道面在施工过程中极易产生早期裂缝。混凝土道面早期裂缝的出现，不仅会降低道面的平整度和美观性，还会削弱道面的承载能力，加速道面的损坏，严重威胁机场的飞行安全和正常运营。因此，深入研究高原机场混凝土道面早期裂缝形成机理，并探索有效的温控防裂施工工艺，具有重要的理论意义和工程实用价值。

二、高原机场混凝土道面早期裂缝形成机理

2.1 温度应力作用

在高原地区，昼夜温差可达 15-25^∘C 甚至更大。混凝土在浇筑后，水泥水化会释放大量的热量，使得混凝土内部温度迅速升高，而表面由于散热较快，温度相对较低，从而在混凝土内部形成较大的温度梯度。当混凝土内部温度达到峰值后，又会逐渐冷却降温，此时混凝土会产生收缩变形。由于混凝土内部与表面的温度变化不同步，收缩变形也不一致，这就导致混凝土内部产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。此外，高原地区太阳辐射强烈，白天混凝土表面温度急剧升高，夜间又迅速降低，这种反复的温度变化也会在混凝土表面产生温度应力，加速裂缝的产生和发展。

2.2 湿度变化影响

高原地区气候干燥，空气相对湿度较低，一般在 30%-50% 之间。混凝土在浇筑后，表面水分会迅速蒸发，导致混凝土表面失水干缩。而混凝土内部的水分由于迁移速度较慢，无法及时补充表面损失的水分，从而使混凝土表面产生收缩应力。当收缩应力超过混凝土的抗拉强度时，就会出现干缩裂缝。同时，混凝土在养护过程中，如果养护措施不当，如养护时间不足、养护用水不足等，也会加剧混凝土的干缩，增加裂缝产生的可能性。

2.3 混凝土材料性能

混凝土的配合比设计对其性能有着重要影响。水泥品种和用量、骨料的级配和特性、外加剂的种类和掺量等因素都会影响混凝土的收缩和抗裂性能。例如，水泥用量过大，会导致混凝土水化热过高，增加温度裂缝产生的风险；骨料级配不良，会使混凝土的孔隙率增大，降低混凝土的密实度和抗裂性能；外加剂使用不当，可能会影响混凝土的凝结时间和强度发展，进而影响混凝土的抗裂性能。此外，高原地区骨料的物理力学性能也可能与平原地区存在差异，如骨料的含泥量较高、强度较低等，这些因素也会对混凝土道面的质量产生不利影响。

2.4 施工工艺因素

施工过程中的各种因素也会导致混凝土道面早期裂缝的产生。例如，混凝土浇筑过程中振捣不密实，会使混凝土内部存在孔隙和空洞，降低混凝土的强度和抗裂性能；浇筑速度过快，会导致混凝土内部产生较大的压力，使混凝土表面出现泌水和浮浆现象，影响混凝土的表面质量；混凝土抹面次数过多或过少，都会影响混凝土表面的密实度和抗裂性能。此外，模板的刚度不足、支撑不牢固等问题，也可能导致混凝土在浇筑过程中发生变形，从而产生裂缝。

三、高原机场混凝土道面温控防裂施工工艺

3.1 原材料选择与控制

在水泥选择方面，应优先选用水化热较低或干缩性较小的中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥或低碱水泥，减少水泥水化热的产生或降低干缩性。同时，要严格控制水泥的质量，确保其各项指标符合国家标准。对于骨料，应选用级配良好、质地坚硬、含泥量低的粗细骨料。粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用天然中砂，其细度模数应控制在 2.3-3.0 之间。此外，还可以通过使用优质的外加剂，如减水剂、缓凝剂、引气剂、纤维等，改善混凝土的工作性能和抗裂性能。减水剂可以减少混凝土的用水量，降低混凝土的水胶比，提高混凝土的强度和抗渗性；缓凝剂可以延长混凝土的凝结时间，避免混凝土在高温下过早凝结，减少温度裂缝的产生；引气剂可以在混凝土中引入微小气泡，改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性和抗裂性；纤维材料可以提高混凝土的断裂能，减少脆性破坏，抑制塑性收缩裂缝（早期干缩）和温度应力裂缝。

3.2 混凝土配合比优化设计

在混凝土配合比设计时，应根据高原地区的气候条件、工程要求和原材料特性，合理确定水胶比、砂率和胶凝材料用量。在保证混凝土强度和耐久性的前提下，尽量降低水胶比，减少混凝土的收缩。砂率应根据粗骨料的粒径、级配和混凝土的工作性能进行合理调整，一般控制在 35%45% 之间。胶凝材料用量应在满足混凝土强度和耐久性的基础上，尽量减少水泥用量，适当增加掺合料的用量，如粉煤灰、矿渣粉等。掺合料不仅可以降低混凝土的水化热，还可以改善混凝土的工作性能和耐久性。通过优化混凝土配合比，可以有效提高混凝土的抗裂性能。

3.3 混凝土浇筑过程控制

在混凝土浇筑前，应做好充分的准备工作，包括检查模板的安装质量、钢筋的绑扎情况、预埋件的位置等，确保各项指标符合设计要求。混凝土浇筑应选择在气温较为适宜的时段进行，尽量避免在高温时段或昼夜温差较大的时段浇筑混凝土。在浇筑过程中，应控制好浇筑速度和高度，避免混凝土产生离析现象。同时，要采用合理的振捣方式，确保混凝土振捣密实，避免过振或漏振。振捣时间以混凝土表面不再显著下沉、不再出现气泡、表面泛浆为宜。此外，在混凝土浇筑完成后，应及时进行抹面处理，抹面次数一般为 2-3 次，以保证混凝土表面的平整度和密实度。

3.4 混凝土养护与温度控制

混凝土养护是防止早期裂缝产生的关键环节。在高原地区，应加强混凝土的保湿养护措施，可采用覆盖塑料薄膜、土工布等方式，减少混凝土表面水分的蒸发。同时，要及时洒水养护，保持混凝土表面湿润，养护时间不少于 14 天。此外，还应采取有效的温度控制措施，降低混凝土内部与表面的温差。可以通过在混凝土内部埋设测温元件，实时监测混凝土内部温度变化，并根据温度监测结果，采取相应的降温措施，如通水冷却、覆盖保温材料等。在混凝土浇筑后的前 3 天，混凝土内部与表面的温差应控制在 20^∘C 以内，3 天后可适当放宽至 25^∘C 以内。

四、工程案例分析

4.1 案例概况

某高原机场新建跑道采用混凝土道面，跑道长度为 5000 米，宽度为50 米。该机场海拔高度为 4280 米，年平均气温为 1.3^∘C ，昼夜温差大，年降水量较少，主要集中夏季（6-9 月）空气相对湿度较低。在混凝土道面施工过程中，采用了上述温控防裂施工工艺。

五、结论

本论文通过对高原机场混凝土道面早期裂缝形成机理的分析，揭示了温度应力、湿度变化、混凝土材料性能和施工工艺等因素对裂缝形成的影响。在此基础上，提出了从原材料选择、混凝土配合比设计、浇筑过程控制到养护管理等一系列温控防裂施工工艺，并通过工程案例验证了该施工工艺的有效性。研究结果表明，合理选择原材料、优化混凝土配合比、严格控制施工过程和加强养护管理，能够有效降低混凝土内部温度应力和收缩应力，提高混凝土的抗裂性能，防止高原机场混凝土道面早期裂缝的产生。

参考文献：

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