水泥混凝土路面早期断裂的原因及防治方法

杨 光

1 水泥混凝土早期断板的原因

所谓早期断板是指施工过程中到竣工后通车使用不超过6个月时,板面发生断裂现象。其主要原因如下。

1.1 原材料影响

1)水泥的安定性差,强度不足。水泥中的游离氧化钙在凝结过程中水化很慢,水泥凝结硬化后还在继续起水化作用,当游离的氧化钙超过一定限量时,就会破坏已经硬化的水泥石或使抗拉强度下降。水泥强度不足也会影响混凝土的初期强度,使开裂断板的几率大大增加。水泥的水化热高,收缩大也易导致开裂。2)集料(砂、碎石等)含泥量及有机质含量过大。水泥混凝土中水泥石与骨料的界面粘结不良往往是产生初期开裂的薄弱部位。集料的含泥量和有机质超过规范要求,就会造成界面缺陷,容易开裂。

1.2 混凝土配合比影响

1)混凝土中的水泥用量和水灰比越大,收缩量则越大,单位水泥用量偏大,使水化热和收缩增加;水泥用量低,强度不足,都易导致水泥混凝土路面早期断裂。2)水泥完全水化的最低水灰比约为0.26～0.29,施工中采用较高的水灰比为了满足和易性的需要以利于施工。但偏大的水灰比增加水泥混凝土初期骨料表面的水膜厚度,降低强度,导致混凝土路面断裂。

1.3 路基及基层影响

1)路基填筑使用了不适宜的材料。由于施工中在路基填筑材料方面控制不严,使用了不适宜材料从而造成路基下沉或塌方,以致影响路面直到路面混凝土板破坏。2)软基处理不当。如停车场原地貌为河流、沟渠等常年积水的淤泥及淤泥质土,软土地段路基填筑设计要求回填80 cm厚石方,但是施工时未认真按要求处理或处理不完善给路基的稳定造成了隐患,形成路基的沉陷或滑移,最终影响路面混凝土板面破坏。3)基层影响。基层不平整使界面摩擦力增大,在过薄或过厚交界处使混凝土形成不均匀收缩导致开裂。基层干燥或用松散材料处理基层标高、不平整,使混凝土底部失水,降低强度导致开裂。

1.4 施工工艺影响

1)由于混凝土搅拌时间过短或过长、原材料计量不准确导致配合比改变、混凝土拌合料停留时间过长而导致拌合料离析,及振捣不密实形成强度不足或不均匀,导致混凝土早期强度开裂。2)切缝不及时,由于机具故障或操作人员切缝时间掌握不准确或切缝深度不足,造成混凝土内应力集中,在混凝土板的薄弱处形成不规则的贯穿裂缝。3)由于养生不及时或养护方法不当造成开裂。尤其是保温、保湿措施不到位、风速大造成混凝土内外温差大,使混凝土表面水分蒸发太快,从而形成干缩裂缝。

1.5 环境条件

1)混凝土板的裂缝是由混凝土板的收缩与翘曲引起的,环境条件不同,混凝土板上下部失水快慢不同,温度降低引起收缩,混凝土板上下温差产生翘曲等。2)混凝土在收缩翘曲过程中,受到基层的摩阻力、粘结力以及板周边的约束力。在强限制条件下,混凝土收缩变形会引起内部很大的弹性拉应力,徐变松弛后的拉应力增长超过混凝土抗拉强度时,混凝土路面就会开裂。

2 水泥混凝土路面早期断板的防治

2.1 原材料控制

1)对于安全性差及强度不足的水泥禁止使用;不同厂家、不同种类、不同批产的水泥严禁混合使用。尽可能采用早期强度高、水化热低的水泥。

2)尽量降低集料的含泥量,级配应符合配合比要求。

2.2 混凝土配合比控制

1)按试验混凝土配合比准确配料,单位水泥用量要精确,误差值控制在1%以内。

2)集料的含水量要及时试验取量,控制适宜的用水量,保持水灰比的准确,为减少用水量,改善和易性可使用合适的外掺剂,用水量误差不超过1%,外加剂控制在2%以内。

3)严格控制水灰比,可掺适量减水剂。

2.3 面层施工控制

1)严格控制运输、摊铺和振捣整平。尽量减少运输距离,控制出机速度,减少混合料等待时间,要控制入模前的坍落度和和易性,对离析的混合料要二次拌和。摊铺前要严格控制运输车辆的出料高度在1.5 m以内,随倒随铺以免混合料产生离析。水泥混凝土必须振捣均匀密实,如果水泥混凝土振捣不均匀,造成水泥混凝土的密实度不均匀,密实度大与密度小的水泥混凝土产生了不同应力,在密度小的区域内混凝土面板下部多形成蜂窝和空洞,造成了承受应力的薄弱部位,从而容易产生早期断板。2)正确安装传力杆可以防止断板。传力杆的安装必须遵照规范要求,按设计进行,使传力杆与道路中线及路面平行,如果传力杆安装偏斜则在传力过程中会将混凝土顶破,从而形成裂缝断板。3)混凝土路面的早期养生。采用覆盖养生,保证混凝土面板表面湿润。养生要及时,养生不及时,极易产生开裂,并且对混凝土强度影响很大,早期强度损失大,后期难以补救。4)掌握准确的切缝时间。切缝是混凝土路面横缝的主要施工方法。切缝关键是要掌握好适宜时机,过早易发生啃边,残缺不齐;过晚会出现不规则断裂。切缝时间根据混凝土试块强度增长情况而定,一般在混凝土强度达到100%前后即可切割,但由于现场气温和水泥品种对混凝土强度和缩裂会产生很大影响,因此必要时可采取长距离(一般3块～4块板)提前切缝,以避免混凝土板的不规则断裂。一般应采用多台切缝机同时作业,以保证切缝及时。切缝深度为混凝土板厚的1/4～1/3,不宜切缝太浅(少于 1/4)或太深(多于1/3),剩余断面部分能吸收由于高温产生的内应力。

2.4 路基、基层的控制

1)路基施工质量控制。清表要彻底,不适宜的材料应全部清除且按规范要求搞好基底压实。软基处理要慎重,并采用合理的施工方案和施工工艺,严格按照设计要求进行软土地基处理。路基填筑过程中,要严格按规范要求选好填料,控制填铺厚度和粒径,控制压实含水量与最佳含水量之差在规定的范围内,每层填筑要整平后压实,形成横向路拱,做好临时排水使路基干燥。

2)路面基层质量控制。基层应该有很大的稳定性和均匀性。a.基层应尽可能采用水泥稳定基层,严格控制细料,以增加基层的水稳性;b.严格控制基层的厚度,保证强度的均匀;c.采用厂拌法拌基层料,确保拌和均匀和配料准确;d.按照设计要求,保证基层的密实度。

2.5 边界影响的控制

1)要及时将后浇筑的面板切缝。

2)有中央分隔带、路缘石等结构物施工时,应在与混凝土面板接触处涂刷沥青,使双方自由伸缩。

3)基层养生结束后,及时浇筑水泥混凝土路面,以防止基层因暴露时间长而产生干缩裂缝。若基层出现裂缝,应采取封闭裂缝处理,预防因基层裂缝反射到面板上来。

2.6 环境影响的控制

1)在施工中要避免产生较大的温差效应。温差效应过大或突变容易造成混凝土板面强度形成的不同步。气温较高时,上部强度的形成比下部要快;当气温较低时,上部强度的形成比下部要慢,就会诱发强度较低部位拉断开裂,形成不规则断裂。2)混凝土板凝固阶段的温度特性:在水化热、气温和日光辐射的作用下,板温随浇筑时间不同在不同时刻出现峰值和谷值,预测施工开始时的气温,预测终凝时的板温,预测板温等于预测气温加上板温与气温的差,终凝时间一般不超过12 h,将实测开始浇筑混凝土的温度与第12小时的预测板温连线,求第10小时的板温为锯缝控制温度,从而求出合理锯缝时机,一般上午浇筑的板当天锯缝,下午浇筑的板次日清晨锯缝。

3 结语

混凝土路面早期断板的原因如上所述,施工生产中只有逐一落实控制,才能有效地预防断板的出现。同时,还要及时采取措施,封填微裂缝,如灌注环氧树脂,并加强养护工作,对排水系统中发现的问题及时处理,避免造成较大的病害。

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