浅析水泥混凝土路面裂缝与断板的防治与处理

张俊青

近年来,我区的水泥混凝土路面建设呈现一个高峰期。由于各方面的原因,大多数的水泥混凝土路面难以达到20年～30年的设计使用年限,并且出现一些较严重的病害,其中最常见的是混凝土裂缝及断板,裂缝产生的原因很多,有变形引起的裂缝:如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝;有外载作用引起的裂缝;有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。在实际工程中要分别对待,根据实际情况解决问题。所谓“混凝土断板”是指水泥混凝土路面在施工养生期或正常使用过程中在无切缝处产生裂缝,经发展使整块混凝土板块断裂形成两块或两块以上不规则的现象。断板是水泥混凝土路面的主要病害之一,特别是施工期间出现的断板,将直接影响到水泥混凝土路面的使用年限。究其原因,除了设计施工质量问题外,还有各种自然因素的影响。因此本文将从设计构造的角度,就如何提高水泥混凝土路面的使用性能,有效的控制路面的缺陷,结合自己的实践体会与具体做法提出一些探讨意见,供同仁参考讨论。

1 水泥混凝土常见裂缝及处理方法

1.1 纵向裂缝

1)采用含裂纹的断裂准则确定绑带法修补传力杆的位置、间距和修补材料断裂性能要求,根据经验进行修补结构设计,并进行了大面积的修补,取得成功。2)混凝土路面薄层修补具有很强的薄层效应和分形界面效应。随着修补层厚度的减薄,修补结构的收缩增大。3)界面粘结强度近似服从胶ibull分布。m反映强度的均匀性,m越大,强度分布越均匀。界面粘结强度的胶ibull分布参数m值较小,界面强度波动较大。试验得 m=3.089 0。4)采用断裂准则确定最大灌浆压力,控制最大灌浆压力可避免灌浆导致裂缝。

1.2 横向裂缝

1)混凝土路面切缝不及时,由于温缩和干缩发生断裂。混凝土连续浇筑长度越长,浇筑时气温越高,基层表面越粗糙越易断裂。2)切缝深度过浅,由于横断面没有明显削弱,应力没有释放,因而在临近缩缝处产生新的收缩缝。3)混凝土路面基础发生不均匀沉陷(如穿越河浜、沟槽,拓宽路段处),导致板底脱空而断裂。4)混凝土路面板厚度与强度不足,在行车荷载和温度应力下产生强度裂缝。5)水泥干缩性大;混凝土配合比不合理,水灰比大;材料计量不准确;养生不及时。6)混凝土施工时,振捣不均匀。

1.3 混凝土自身产生的裂缝

混凝土自身产生的裂缝主要分为塑性收缩裂缝和温度应力裂缝。

温度应力裂缝:水泥水化产生热量,导致混凝土内部与表面有温差,产生的温度应力引起的。温度应力裂缝是通过控制混凝土温度来防止,不是养护可以避免的。

塑性收缩裂缝:混凝土浇筑早期还处于塑性状态,混凝土因为失水导致体积收缩而产生的裂缝。塑性收缩裂缝一般产生在混凝土表面,完全可以通过良好的养护,防止水分损失来避免。

良好的混凝土养护是从最早可能的时间开始防止水分从混凝土表面损失。这里不存在从初凝还是终凝开始的问题,只有什么时候能够开始的问题。在工程实践中,人们也一直在摸索如何更早地开始养护,得到很多成功经验。比如,在初凝前,混凝土表面抹面完成:1)马上覆盖湿麻布;2)马上在混凝土表面上方喷雾,形成局部高湿度,降低蒸发速率;3)在混凝土表面喷洒养护膜(可降低表面蒸发率90%以上)。然后,待混凝土终凝后或有一定强度后,再进行洒水或表面保水养护。混凝土表面湿养护至少持续3 d,最长能达到7 d。

2 水泥混凝土路面常见断板及防治

2.1 水泥混凝土路面断板原因分析

从理论上分析,混凝土从产生裂缝发展到断板主要有三个因素:1)混凝土品质的因素;2)车辆荷载的重复作用;3)基层的不均匀沉降。从调查的情况看,混凝土的品质是引起断板的重要因素,由于施工时混凝土中水泥剂量不足,配合比不好,或者水泥剂量太大,拌和不均匀,振捣不密实等都会直接导致混凝土板体内部强度不一致,使混凝土存在薄弱面,这些薄弱面处就是产生裂缝直至断板的根源。因此,施工时严格按照规范、规程操作,严格控制材料质量和各道施工工序的生产是十分必要的。

养生条件是控制混凝土板早期开裂的重要因素之一。当温度过高时,如养生时水分不足,容易引起混凝土早期开裂,导致断板的产生。在混凝土硬结初期,由于强度还很低,这时如果养生不当,混凝土内部产生收缩,从而使混凝土开裂产生断板,这是施工养生期产生断板的根本原因。如果这期间(一般是在施工3 d～5 d内)及时切缝,那么裂缝就会在切缝处断开,从而清除不规则裂缝。因此,从施工经验上看,掌握好切缝的最佳时间是控制混凝土断板的关键。

基层或土基的不均匀沉陷也是导致养护使用期间混凝土断板的主要原因。从调查中我们发现在桥头,通道涵及明涵两侧路面板接缝处下沉引起跳车的现象比较普遍,这与桥头部分土基施工有直接关系。由于路基与桥头(明涵两侧,通道两侧)相接触处的土方一般施工都比较晚,且行车干扰大,大吨位压实机械不易到位,这个部位的土基在压实度上很不易保证。另外,桥头部分路基土质一般都比较软,该处的土方沉降与桥台沉降量明显不同,因此,桥头跳车现象不可避免地出现。

从现象上分析,一方面由于施工压实不够,另一方面由于通道涵挡土墙排水不畅,使基层下沉严重导致断板跳车现象。

2.2 水泥混凝土路面断板的防治处理方法

2.2.1 施工期对混凝土断板的防治

混凝土质量是产生断板破坏的因素。要保证混凝土质量应把握好三个环节:第一,要使混凝土材料满足设计要求,砂、碎石、水泥、水都要检验合格。水泥要求有出厂检验合格证,满足设计时的标号。砂子要控制含泥量。拌和时一定要注意各种材料的配合比,必须机械拌和。第二,要在施工组织设计时考虑好设置拌合站的供应距离,一般不宜超过10 km。距离长的最好用搅拌车。第三,要注意振捣,特别是人工摊铺的路段振捣要求较严,要严格按照规范要求,振捣器在每一位置振捣的持续时间,应以混凝土泛出水泥浆为准,并不宜过振,用平板振捣器振捣时,不宜少于15 s,用插入式振捣器振捣时,不宜少于20 s,在施工养生期内主要是要保持路面处在潮湿状态,特别是夏季的白天,气温很高,应注意浇水,这样就可以减少开裂,最重要的是在强度形成时尽快切缝,最迟不超过5 d,否则就会引起断板。

2.2.2 在使用、养护期间的断板处理

在养护期间内发生断板的情况多种多样,产生的原因不同,处理方法也就不同。一般对行车影响不大的断板就不处理了,只有对行车影响较大的跳车断板、沉陷断板及严重的破碎板才进行处理,对于因混凝土品质不好产生的坏板处理比较简单,就是根据破坏情况整板凿除或部分切除,注意切除坏板时一定要呈方形,然后重新浇筑新混凝土。路面跳车板的处理也是这种办法。

上述方法是水泥混凝土路面板处理的最基本的方法,但是在养护施工过程中不能封闭交通,而且混凝土施工期较长(养生至少要7 d),行车干扰严重。特别是全封闭的二级公路或半幅一级公路这个问题十分突出。施工时交通安全是主要问题,对处理不太大的一块板就要在施工和养生期间设各种安全标志、示警标志、示警灯等,而且要昼夜守护,确保安全。

3 结语

裂缝和断板是公路建设中最易出现的公路病害,裂缝和断板是水泥混凝土路面普遍存在的一种现象,它的出现不仅会降低公路的抗渗能力,影响公路的使用功能,而且会引起钢筋的锈蚀,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影响公路的承载能力,因此严格按规程、规范要求施工,严把质量关,防患于未然,尽可能地减少混凝土裂缝和断板的出现;对混凝土裂缝和断板进行认真研究、区别对待,采用合理的方法进行处理,并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝和断板的出现和发展,保证公路安全、稳定地运行。

[1] 鲁晋华.预防水泥混凝土路面断板的措施[J].山西建筑,2008,34(4):300-301.