机场道面混凝土低温施工中蓄热养护的应用

吕志坚，李晓民，邓 扬，李文轩

(北京金港场道工程建设有限公司，北京 100073)

1 道面混凝土低温施工

混凝土有强度高、耐久性好、材料就地取材等优点，广泛应用于机场场道工程。而混凝土的强度增长需满足一定的温度要求，一般需要在10 ℃以上，当气温低于0 ℃时，混凝土中的水分会冻结，水泥的水化反应停止，水分冻结体积膨胀会使早期强度低的混凝土开裂，造成严重的质量隐患。

MH 5006—2015民用机场水泥混凝土面层施工技术规范[1]中规定，当施工现场连续5 d平均气温低于5 ℃或最低气温低于0 ℃时，应按低温期施工规定进行施工。水泥混凝土面层除少量收尾工程或修补工程等特殊情况外，不应在低温期施工。GJB 1112A—2004军用机场场道工程施工及验收规范规定，混凝土道面在室外昼夜平均气温连续5 d低于5 ℃时的施工属于低温施工，只宜用于少量收尾工程或战备急需工程。两本规范均提出机场道面混凝土低温期施工仅限于少量收尾工程或战备、修补等特殊情况，正常的大体量道面混凝土不应在低温期施工。究其原因，低温期施工对混凝土的材料温度、搅拌、运输、浇筑、做面、养护均有严格的保温防护要求，机场道面混凝土施工体量大、作业面积大，在合理的成本范围内难以达到要求，施工质量不能保证。

低温期对道面混凝土的影响主要有两个方面：混凝土的内外温差和冻胀破坏。混凝土水化反应过程中会释放热量，机场道面混凝土结构较厚，容易发生热量聚集，产生混凝土的内外温差，低温期会加剧混凝土的内外温差，形成更严重的温度应力，进而造成混凝土裂缝。气温低于0 ℃时，混凝土中的水分结冰，水化反应停止，而且水分结冰体积膨胀会使早期强度偏低的混凝土受冻胀而破坏。因此低温期道面混凝土施工，既要有针对混凝土表面的保温措施，又要能动态的对混凝土的温度进行管控，使得道面混凝土既不受冻也不会产生过大的内外温差。针对道面混凝土低温施工的养护过程，结合工程实际情况，在施工现场浇筑了试验板块，通过试验探索蓄热法养护在道面混凝土低温施工的实施效果。

2 机场道面混凝土低温施工实施蓄热法养护的试验探索

在华东地区某机场，结合现场施工实际情况，选择在冬季现场成型两块4.5 m×5 m×0.36 m的道面混凝土板作为试验板块，采取蓄热养护的方法进行养护，探索蓄热法养护在道面混凝土低温施工的应用效果。道面混凝土为施工单位现场搅拌站生产的自拌混凝土，设计抗折强度为5.0 MPa，抗压强度为C35，水灰比0.4，砂率30%，水泥采用P.Ⅱ型硅酸盐水泥，混凝土无抗冻要求。

2.1 试验的温度要求

蓄热法养护是采用保温材料，留存混凝土水化反应产生的热量，以达到保温养护的效果，不能在严寒条件下使用。混凝土的冰冻温度约为-2 ℃，当气温低于-5 ℃时，应停止道面混凝土的施工，避免道面混凝土因气温过低严重受冻[2]。根据当地气象统计资料，该地区冬季气温低，但是低于-5 ℃的天数并不多，仅为5 d，故本次试验仅针对最低气温基本在-5 ℃以上的条件开展。

2.2 养护方案

蓄热养护采用养护剂+塑料布+干燥土工布的保温措施，如遇雨雪天气最外层需加盖一层塑料布。道面混凝土做面拉毛结束后，及时喷洒养护剂，加快混凝土的凝结硬化。喷洒养护剂后尽快对道面混凝土进行覆盖，首先盖一层塑料布，然后在其上盖两层土工布，土工布为干燥的土工布。干燥土工布的层数，根据气温混凝土板温度监测情况及时调整。道面混凝土在达到临界抗冻强度前，不再另行洒水，主要靠塑料布封闭保存的水分完成道面混凝土早期水化反应，待混凝土强度达到临界抗冻强度后再继续蓄热养护2 d，之后改为覆盖保湿养护，必要时进行洒水湿润，总的养护时间延长至28 d。覆盖的塑料布和土工布都要求适当加宽，方便将道面侧面包裹严实。

两块混凝土板共计10 m长，设置五处温度监测点，每处测温点埋设两个测温探头，测温探头埋设在混凝土板的中部，分别分布在板中部及模板附近的位置。在混凝土达到临界抗冻强度前每6 h测温一次，转为覆盖保湿养护后每12 h测温一次。混凝土温差的控制要求：道面混凝土板中部与外表面的温差、混凝土外表面与室外最低气温的温差均不得大于20 ℃。

拆模时间要求在混凝土达到临界抗冻强度后拆模，且不得早于96 h，拆模时混凝土板中部与外表面的温差、混凝土外表面与室外最低气温的温差均不得大于20 ℃，拆模后侧面混凝土要及时覆盖养护。

2.3 计算混凝土达到临界抗冻强度的时间

试验前采用现场施工用混凝土，成型立方体标准试块在标准条件下养护，测试1 d,2 d,3 d,7 d,28 d的强度值，强度值见表1。

表1 现场道面混凝土实测强度表

依据表1数据，经回归分析拟合成以下曲线方程：

f=43.017e1 650/M

(1)

其中，f为混凝土立方体抗压强度，MPa；M为混凝土的成熟度，℃·h。

根据现场实测的混凝土养护温度资料，按照式(2)计算混凝土已达到的等效龄期：

M=∑(T+15)×Δt

(2)

其中，T为在时间段Δt内混凝土的平均温度。

将成熟度M代入式(1)可计算出现场混凝土强度f。道面混凝土温度记录及成熟度见表2，经计算在80 h时现场混凝土强度可达到临界抗冻强度(设计抗压强度的50%)。

2.4 试验过程

于12月15日中午在施工现场完成两块道面混凝土的浇筑作业，做面拉毛完成后及时喷洒养护剂，加快道面混凝土的凝结硬化。养护剂喷洒结束后及时覆盖一层塑料布，两层干燥的土工布，塑料布、土工布均适当加宽充分包裹侧面模板，蓄热养护期间每6 h记录一次混凝土温度，温度记录见表2。经计算，混凝土在第3天达到临界抗冻强度，在此基础上延长2 d的蓄热养护，即在第5天结束蓄热养护，调整为覆盖保湿养护，直至第28天。道面混凝土板块侧面模板在96 h后拆模，拆模后及时覆盖。蓄热养护结束前用同条件试块验证强度是否达到临界抗冻强度，待养护期结束后用同条件试块验证道面混凝土强度。

表2 蓄热法养护期间温度记录

3 试验结果分析

试验结果表明，在最低温度-5 ℃以上的低温期，采用蓄热法养护道面混凝土取得了良好的效果，混凝土表面温度较气温提高了2 ℃～7 ℃，有效的防止了道面混凝土受冻。蓄热养护结束前，同条件试块强度为22.5 MPa，达到设计强度的64%。养护期平均温度为2.4 ℃，养护期结束后，同条件试块抗折强度5.8 MPa(达到设计强度的116%)，抗压强度40.5 MPa(达到设计强度的115%)，均符合设计要求[3-5]。

4 相关措施应用

场道工程道面混凝土施工过程中，应尽量降低混凝土拌合物的单位体积用水量，添加高效减水剂，降低水灰比(质量比)，适当延长拌和时间；施工过程中，适当延长振捣时间，使混凝土振捣密实，提高混凝土的强度，有利于混凝土尽快达到其受冻的临界强度，降低因冻胀对混凝土结构的影响。在施工前，应清理干净基础表面的冰雪等，如基础受冻，应将基础解冻后重新修整压实，模板、钢筋上如有积雪、冰块等应先清理干净。严禁使用混入冰雪的碎石、砂等原材料搅拌混凝土。混凝土混合料的运输、摊铺、振捣、做面、拉毛等各道工序应衔接紧密，使混凝土拌合物尽快成型开始增长强度。道面混凝土的养护期应延长到28 d，同时需适当延长拆模、浇筑填仓、切缝扩缝以及倒角的时间，尽量降低低温条件对混凝土的影响。

5 结语

通过现场试验，验证了在最低温度-5 ℃以上的低温期，采用蓄热法养护道面混凝土可以取得较好的保温养护效果，为机场道面混凝土低温施工提供了有益的借鉴。