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1、天津濱海國際機場第二跑道機場道面冬季施工工藝研究專題天津濱海國際機場第二跑道機場道面冬季施工工藝研究，研究背景天津濱海國際機場第二跑道工程是2008年國家重大建設項目之一，具有重大，深遠的戰略意義.我國政府承諾，天津機場第二跑道工程于2009年5月1日交付空客公司試 飛使用.這意味著該工程80萬平方米的道面混凝土施工必 須在2008年10月到2009年4月期間內完成，工期要求十 分緊張.因此，超大面積的混凝土道面冬季施工是不可避 免的,如何克服天津濱海地區冬季寒冷氣候條件，順利完 成機場道面冬季施工，從而保證第二跑道工程的如期竣工， 是必須解決的技術難題.二,天津濱海地區冬季施工期氣候與施工特2、點天津屬我國北方沿海地區,冬季存在較長的寒冷季節， 由于本期工程中水泥混凝土道面大部分需在冬期完成，因 此必須在掌握天津濱海地區氣候特點的基礎上，研究冬季 態養護，超過臨界成熟度后才可使混凝土處于負溫條件F. 從現場環境下混凝土的成熟度隨時間變化的曲線，可以看 出，現場環境條件下,道面混凝土在1415h之間達到臨 界成熟度333.圖3混凝土成熟度隨時間變化曲線因此根據成熟度隨時間變化情況，現場環境下要保證 混凝土處于正溫條件下養護至少15h,才能使混凝土達到 （第 3 期）20110研究受凍臨界成熟度.由工程當天的昆凝土溫度隨時間變化的 曲線圖（如圖4所示），可以看到，按照綜合蓄熱法養護混 凝3、土在2224h之間才達到OC,在此之前道面混凝土一直 處于正溫條件養護狀態,即按照當天施工的養護方法，混 凝土在達到受凍臨界強度后89h,混凝土溫度才下降到 負溫狀態,道面混凝土滿足受凍臨界強度要求，現場施工 方法與養護條件合理.1800160014001200芝 1000撻 80（）贈 6.004002.000.00.2.00混凝土溫度髓時問變化51015202530時間(h)圖4混凝土溫度隨時問變化曲線八，結論七，天津機場第二跑道冬季施工工藝控制根據以上研究，可以最終確定天津濱海機場第二跑道冬季施工工藝的控制流程.首先通過現場計算混凝土拌合 物的溫度以及施工中產生的溫度損失，確定澆筑混凝土4、的 硬化初始溫度.在此基礎上選定合理的養護方式，并計算 養護硬化時間，預測混凝土溫度變化情況，從而推算混凝 土在其達到負溫條件下凍結時，己具有的成熟度與強度. 若其超過受凍臨界強度值，則可斷定所施工的混凝土道面 不會發生受凍損壞，反之，則需優化相應冬季施工措施 （如提高混凝士出機溫度，優化養護方法等），使混凝土在 負溫條件前，達到受凍臨界強度，以提高昆凝土服役期的 強度與抗凍性能，使其滿足機場道面混凝土冬季施工的技 術要求（如圖5所示）.圖5天津機場第二跑道冬季施工工藝控制綜上所述,根據天津機場混凝土冬季施工養護方法研 究，冬季施工混凝土的熱工性能研究，混凝土受凍臨界強 度與成熟度的控制以及冬5、季施工期正溫養護時間的確定等 研究，可以最終確定合理的天津濱海機場第二跑道冬季施 工工藝控制流程.據此，可以指導施工單位在施工當日參 照此冬季施工工藝控制流程，根據施工當日的天氣條件， 原材料溫度,配合比，運距，當E1澆筑量等參數，將現場 ?昆凝土出機溫度控制在合理范圍內，并進一步確定施工當 口最合理的養護方式與施工工藝，從而從技術角度保證天 津濱海機場第二跑道機場道面冬季施工的質量穩定.。枷場違蔥施工工藝與控制方法.我國規范規定，根據當地多年氣溫資料，室外日平均氣溫連續5天低于5C時,即進入冬季施工階段，水泥混凝 土工程應相應采取冬季施工措施.天津濱海地區的冬季施 工起訖日期大約在11月156、日至下一年的3月21日左右, 大概有將近5個月的冬季施工期.表1為天津濱海地區冬 季期間的主導風向.表1四種風向的強度表類別東北風東南風西南風西北風夏季 01646冬季 年強度值 從風向來看，天津地區在冬季期間的主導風向為西南?任惠平(中國民航機場建設集團公司)風，風速平均在3-4級左右，對冬季施工道面混凝土的養 護和保溫極為不利.因此天津機場第二跑道冬季施工的實質是在自然低溫， 負溫環境中進行適宜的養護等措施，保證道面混凝土得以 硬化并增強.根據民用機場飛行區水泥混凝土道面面層 施工技術規范(MH5006-2002)的規定，攪拌好的混凝 土混合料鋪筑到模板中時的溫度應不低于1OC.根據氣溫 7、情況可摻人適量的早強劑或加氣劑，提高混凝土的早期強 度及抗凍性.三，天津機場混凝土冬季施工養護方法確定混凝土冬季施工階段的養護方法是冬季施工中尤為重 要的施工工藝.由規范并根據技術，經濟，能源等因素，般應考慮從氣溫條件和結構體型條件來確定天津濱海機 場道面混凝土的冬季施工養護方法.1. 氣溫條件當預計養護初期平均氣溫Tin高于一時,應優先,.12C選用綜合蓄熱法.以表2作為參考.天津濱海地區冬季期間平均氣溫T.高于一 12C.表2按氣溫選擇冬季施工方法表平均氣溫混凝土適宜的冬季施工養護T. 5（第一類方法）蓄熱法12一 5C（第二類方法）綜合蓄熱法（第三類方法）T<12C負溫養護法，廣義綜8、合蓄熱法結構體型條件以機場道面結構體型的關鍵參數，表面系數M作為參考的依據（見表3）.（g3 期）20110研究結構表面系數值按下式計算：按天津機場第二跑道道面施工時,混凝土每倉寬5m,冬季施工當天施工長度100m,厚度0.4m,兩端混凝土側 面面積也計算在內，計算如下：A= 100X5+0.4X 100X2+5X2X0.4=584mV: 100x5x0.4:200mM:2.92<5表3按結構表面系數選擇冬季施工方法表結構表面系數混凝土適宜的冬季施工丁藝M<5（第一類方法）蓄熱法515負溫養護法，廣義綜合蓄熱法根據天津濱海地區冬季氣溫條件和機場道面結構體型 條件來選擇混凝土的冬季施9、工養護方法，當結構表面系數 小于5,適宜采用蓄熱法養護施工,但考慮到天津當地冬 季施工期溫度相對較低，平均氣溫T.高于一 12C,因此 天津機場冬季施工養護選擇第二類方法綜合蓄熱法，比較 適宜.四，冬季施工混凝土的熱工性能研究當混凝土采用綜合蓄熱法進行養護時,由于環境氣溫 相對較低,混凝土從澆筑完畢之時開始，其溫度逐漸降低， 先將降至oc,最終與環境氣溫相平衡.混凝土冷卻的速 度主要取決于混凝土澆筑完畢時的溫度，環境氣溫，構件 的表面系數，圍護層的傳熱系數和水泥的放熱量等因素. 按照混凝土工程冬期施工規程JGJ10497規定，當混 凝土拌合物各組成材料的溫度為己知時，可根據熱平衡原 理，計算混10、凝土拌合物的理論溫度.當有關工藝參數確定 以后，可以得到？昆凝土從澆筑完畢之時起逐日或逐時的溫 度變化.據此可以得出混凝土溫度降至0C的大致時間. 選擇天津濱海機場冬季施工期內平均氣溫較低的一天 為例(12月28日)，最低氣溫一 8C,西北風3級，可以 計算出混凝土溫度變化情況(見表4).表4混凝土溫度隨時間變化情況時問(h)024681012溫度時間(h) 溫度(oC)3.82.81.9I.2O.6O.1 0.4由此可繪出混凝土道面在澆筑后整個冷卻過程中的時 間一溫度曲線，從中可得到冷卻到()C的時間(如圖1所示).1800 1600140012001000800贈6004002.000.011、0200混凝土溫度隨時問變化0510152025時間(h)圖1混凝土溫度隨時間變化情況由此可見，通過蓄熱養護法,混凝土澆筑后冷卻到0C的時間在2224h左右.據此即可制定相應的養護和保 溫措施，在0笆以前使混凝土達到或超過抗凍強度，從而 保證混凝土在冬季施工期的抗凍能力.五，混凝土受凍臨界強度與成熟度的控制在低溫條件下，抗凍臨界強度是指新澆筑的混凝土在 受凍后再恢復到正常養護時，可以繼續發展并達到設計指 標95%以上所需的受凍前混凝土初始強度.這是因為達到 臨界強度的混凝土，其結構內部己經有相當一部分拌合水 固定到形成的水化產物中，減少了可凍自由水，毛細孔中 的水一般是難以結冰的.混凝土在達到12、臨界強度時，己具 有一定的力學性能,從而具備一定的抗凍能力.仍以天津濱海機場冬季施工期內12月2813當天現場 測試數據為例，從混凝土澆筑后測溫數據可以看到，實測 溫度與計算溫度較為接近，相差不大，說明溫度計算時的 施工工藝參數選取較為符合實際現場情況.因現場施工工 藝選擇蓄熱法養護法，成熟度按(T+15)t計算，根據 時間間隔與平均溫度，計算出現場條件和標準養護條件下 (20C)的即時成熟度(時積和).從現場即時成熟度的數 值來看，較之標養條件下的成熟度，現場條件下成熟度增長緩慢(見表5).o枷埸遼譴專題表5混凝土澆筑后測溫及成熟度計算從澆筑起算養護實測養護間隔的時間平均溫度fr+i5)t即13、時成熟度 (T+15)t即時成熟度Z時間(h)溫度(C)t(h)T(C)(現場)(現場)(標養)(標養)0160000145602520182215024 0.42 0.2029.61483. 18405460確定受凍臨界強度對混凝土的養護條件與措施十分重要,對混凝土早期的抗凍能力影響很大，因此確定受凍臨界強度或臨界成熟度對混凝土現場施工尤為關鍵.取成熟度值 代入回歸公式，即得出強度與成熟度對應表（見表6）.表6強度與成熟度對應值抗折強度0（MPa）成熟度 公路水泥混凝土路面施工技術規范JTGF30-2003 中規定，混凝土路面或者橋面受凍前，其彎拉強度應達到 此冬季施工臨界受凍強度（彎拉強度）應選取 l.OMPa,根據強度與成熟度對應值，此時的臨界成熟度為 333,即混凝土強度至少要達到l.OMPa或成熟度達到333 強度與成熟度對應關系圖2混凝土強度與成熟度對應關系時，才能受凍.因此現場養護條件和施工工藝的選擇應使 混凝土達到臨界強度（或臨界成熟度）后,才可使混凝土 處于負溫條件下（如圖2所示）.六，冬季施工期正溫養護時間的確定圖3為現場環境下混凝土的成熟度隨時間變化的曲線. 因冬季混凝土臨界受凍強度（彎拉強度）為I .OMPa,根據 回歸關系，臨界成熟度為333,即混凝土強度至少要達到 l.OMPa或成熟度達到333之前應使混凝土處于正溫條件狀