浅谈水泥混凝土路面开裂的原因及预防措施

马永杰

水泥混凝土路面是一种刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好的路面结构。但混凝土的一些质量问题也给工程带来影响,其中开裂就是一个问题,应引起管理和施工人员的充分重视,这将会对自己的经济带来一定的效益,也对整个工程的质量起着举足轻重的作用。

1 开裂产生的原因

1.1 原材料不合格

1)水泥的安定性差,强度不足。水泥中的游离氧化钙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;2)集料含泥量及有机质含量超标。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。

1.2 混凝土配合比不当

1)单位水泥用量偏大。混凝土中引起收缩的主要是水泥石部分,过多的水泥用量必然会导致较大的收缩;2)水灰比偏大。偏大的水灰比,增大了水泥水化初期骨料表面的水膜厚度,影响了混凝土的强度。

1.3 现场施工的原因

浇灌混凝土时,振捣或插入不当,过振、漏振或振捣棒抽撤过快,均会影响混凝土的密实性和均匀性,在密度小的区域混凝土面板下部多呈蜂窝和空洞状,形成了承受应力的薄弱部位或区域,从而诱导开裂的产生。

1.4 路基不均匀沉降的原因

压实度不足或压实不均匀路段,在路面长期使用过程中,由于水温条件的变化和行车荷载作用,路基产生不均匀沉降,致使沉降量不同的结合面产生错台,面板由于荷载作用导致开裂。

1.5 切割时间的原因

当水泥达到终凝时,水泥混凝土即将凝固成型,这时水泥混凝土体收缩变形也在不断进行,并产生了较大的拉应力,当混凝土路面面板与基层之间的摩擦力大于这个成型凝固产生的收缩拉应力时,在混凝土面板承受拉应力最薄弱的位置就会被拉断而产生开裂。这是因为没有及时准确地切缝,才导致开裂的。

1.6 养护原因

在水泥混凝土路面施工中,养护是一道十分重要的工序,对保证其强度和预防裂缝产生有着一定的影响。在养护中,由于养护方法不当、洒水量不够或时间较短,使混凝土表面水分不够或蒸发过快或养护时间不够,常常使混凝土表面产生收缩开裂。

1.7 气候温差原因

当施工环境的温差大、气候干燥时,如果不注意混凝土的浇灌时间及防护措施,其混凝土表面也极易出现开裂。

2 开裂的预防措施

2.1 设计方面

1)充分考虑混凝土路面的厚度、设计尺寸,应保证在设计使用年限内的正常使用;2)设计全面的排水系统,确保地表水、地下水不会对路基、路面造成侵蚀破坏。

2.2 施工中严把原材料关

原材料是构成混凝土路面的主体,如果由于施工中管理不严,购进材料质量低劣,那么这样的材料组成的混凝土路面面板的弯拉应力就达不到设计要求,很容易在施工期间产生不规则断裂。所以,必须要按照配合比设计要求进行原材料选择,以确保工程质量。

2.3 严把工程质量施工关

在施工中要经常检查骨料的级配和杂质,合理选择好混凝土的设计坍落度,如发现所购进的骨料级配与原试验级配不符时,必须及时调整施工配合比,同时还要检查含泥量,使其不能超标。而在施工中最应注意的是水灰比的控制,单位水泥用量要精确,误差值控制在1%以内,用水量误差不超过1%,外加剂控制在2%以内。因此,在施工中要严格把住混合料的配比关,特别是水灰比这一关。

2.4 控制基层质量

当基层表面凹凸不平,不仅会使面板与基层间的摩擦力增大,而且使面板下面的摩阻力形成不均匀的片状区,这样在不均匀片状区的边缘部位和摩阻力集中的区域就最容易形成开裂;另一方面,当基层标高低时,浇筑的混凝土面板就偏厚,而切缝深度又是按正常板厚实施的,这样在混凝土凝固过程中产生的拉压力的作用下,就会在面板相对比较薄的部分产生不规则裂缝,因此必须使基层的压实质量达到规定的压实值和弯沉值,保证路基有足够均匀的强度、稳定性。

2.5 在施工中必须振捣均匀密实

浇捣时,振捣棒要快插慢拔,根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间,避免过振、漏振,振捣速度应缓慢而均匀,连续不间断行进,再采用二次振捣,以排除混凝土内部的气泡和水分;也可以用振动板纵横交错地进行振捣,最后使混凝土均匀密实。

2.6 正确安装传力杆可以防止裂缝

在混凝土浇筑过程中,要始终保持施工作业的连续性,一旦出现间断作业,必须设置一道施工缝,并布置传力杆,传力杆的安装设置必须遵照规范要求,按设计进行,使传力杆与道路中心线及路面平行。如果传力杆安装偏斜,定位精确度不足时,则在传力过程中会将混凝土顶坏,从而形成裂缝。

2.7 在施工中尽量避免产生较大的温差效应

温差效应过大或突变,容易造成混凝土面板强度的形成不同步。当气温高时,上部强度的形成比下部要慢。在这样的情况下,面板强度的形成不同步,容易出现翘曲变形,一旦有不规则裂缝发生就会使强度较低部位拉断开裂,所以在施工中要注意尽量避免温差大天气或大风天气施工或者当混凝土浇筑完毕后立即采用遮阳洒水,喷洒养护剂等措施,使混凝土体的表面始终保持潮湿,确保昼夜温差不至太大,以预防混凝土路面开裂。

2.8 正确地在纵坡变化处、平曲线及构造物结合部设置胀缝

纵坡变化处、平曲线及构造物结合部都是应力应变集中的位置,在此处设置胀缝,是减少或释放应力应变的最佳方案,它可以大大降低在此处的断板率。

2.9 及时准确地切缝是预防裂缝的有力措施

切缝的时间一定要在产生最大收缩应力之前,在混凝土抗压强度达到1.1 MPa～1.4 MPa之间时,进行切缝才有效,切缝深度约为板厚的1/4～1/3,不宜切缝太浅或太深,这样可以有效地引导混凝土路面开裂在预定的切缝位置上断裂,避免了不规则裂纹的产生。

2.10 边界影响的控制

1)有中央分隔带、路缘石等结构物施工时,应在与混凝土路面接触处涂刷沥青,使双方自由伸缩;2)基层养生结束后,要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,预防因基层裂缝反射到混凝土路面上来。

2.11 加强混凝土的养护

在混凝土裂缝的防治工作中,对新浇筑混凝土的早期养护工作尤为重要。对新浇筑完的混凝土要及时覆盖养生,一定要按规定的天数和洒水次数进行混凝土养护,使混凝土表面始终保持湿润状态。当混凝土达到设计弯拉强度后,方可开放交通。

所以,在工程施工中,要针对工程实际情况,认真分析水泥混凝土路面开裂的原因,对症下药,抓好每一个环节,采取行之有效的质量控制措施,减少混凝土路面开裂的数量,进而提高行车的舒适性,延长水泥混凝土路面的使用年限。

随着当今我们对混凝土性质研究的不断深入,技术水平的不断提高,相信混凝土开裂的问题将会逐渐得以圆满地解决。

[1] JTG D40-2002,公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[2] JTG F30-2003,公路水泥混凝土路面施工技术规范[S].

[3] 张胜荣.水泥混凝土路面损坏原因及其解决办法的探讨[J].山西建筑,2008,34(36):279-280.