| 标题 | 浅析水泥混凝土路面早期裂缝的防治与管理 |
| 范文 | 金开元 摘 要:为使路基有良好的密实度和提高其强度,减少路基的塑性变形和渗透系数,结合施工单位的现有碾压设备,在填筑路基时采取“分层填筑”和“薄层多压”的做法,每层厚度不超过30cm。为保证有均匀的强度,必须强调“分层填筑”,因不同层次有不同的压实度要求。 关键词:水泥 路面 裂缝 防治 随着改革开放的不断深入和社会主义市场经济的日益繁荣,公路运输事业得动了迅猛的发展。为更好地满足交通量大、超重车载的使用要求,缓解优质沥青供应矛盾,进一步发展干线公路水泥混凝土路面,近年来,岱山县公路工程建设十分繁忙,重点完成了公路工程施工任务:大衢码观线公路路面工程、倭长线公路路基路面工程、大衢中渔线公路路基路面工程、全县乡村康庄公路等水泥混凝土工程建设。本人也加入了其建设队伍,经过多年来的施工实践,在如何防治水泥混凝土路面断裂方面积累了一些心得,并和大家共同探讨。 一、水泥混凝土路面断板的原因分析 水泥混凝土是以水泥为胶结材料、以普通砂石为集料并以一定的比例加水搅拌成型的复合材料,其主要的技术性质包括新拌混合料的工作、硬化混凝土的强度、变形及耐久性。 造成面板开裂的因素是很多的,当混凝土面板的抗拉、抗折强度低于混凝土的收缩和翘曲应力时,裂缝就会产生,而随着时间、气温 变化、雨水渗入及行车作用,会最终导致全部路面的破坏,目前尚无理想的修补方法。对裂缝严重的面板只有铲掉重浇新板,在浇注前应在相邻板的接触面处钻孔埋设传力杆。面板裂缝轻微且不再发展的,可以采取修补。修补工作不但费工费料,外观难看,而且工艺繁杂,使用效果也不及原有的整体板。为此,施工过程中要严格管理,精心组织,最大限度地降低裂缝的产生。 二、水泥混凝土路面斷裂的有效防治 针对混凝土板断裂的原因,我们在混凝土路面施工时重点从以下几方面进行了严格的技术把关,以期达到提高混凝土抗弯拉强度和降低各种变形应力的影响。 (一)保证路基最佳密实度 路基的沉降会使其强度减弱,要使沉降一点不发生也是不可能的,即使是路基达到98%的密实度,那么还有2%的空隙率,有空隙就会有沉降。微量的沉降不会造成路基的破坏。因此,为保证路基足够的稳定性,就必须把沉降量减小到最小值,尤其要避免发生影响严重的不均匀沉降。靠自然沉落减小沉降的做法在高等级公路施工中是不合适,尤其是工期短的工程,更无可能。即使采用加载预压,也是不经济的。 为使路基有良好的密实度和提高其强度,减少路基的塑性变形和渗透系数,结合施工单位的现有碾压设备,在填筑路基时采取“分层填筑”和“薄层多压”的做法,每层厚度不超过30cm。为保证有均匀的强度,必须强调“分层填筑”,因不同层次有不同的压实度要求。如在去年的倭长线施工中,由于该路线经过沿海海涂,地基比较湿软,地基承载力比较低,在施工过程中,由于当时工期比较紧,没有全面考虑路基的沉降,压实力度不够,从而导致水泥混凝土面层的断裂,而出现了返工。所以说对每一层质量都应严格控制,做到层层把关。 (二)提高基层的强度与稳定性 混凝土路面的基层必须具有刚度大、整体性强和水稳性好。常用的基层结构有石灰粉煤灰稳定碎石、石灰土、工业废渣类等半刚性基层。 基层强度的均匀性及平整度对混凝土面板质量影响较大。基层施工时若拌和不匀、不同土质混杂使用,灰和土不过筛或粉碎不好而团块多、平整度差,新老路基结合部处理的不好等等都会造成基层强度的不均匀、基层平整度差,还会使混凝土面板厚度不一以及由此引起的面板内应力不等和增加混凝土板底的摩阻力,这在温度应力作用下,易使面板断裂。为此,在验收基层交工时,除按中华人民共和国交通部颁布的《公路工程质量检验评定标准》规定的项目外,还应增加检验基层弯沉值、拌和均匀度、含水量等有关项目,使基层能给混凝土面板提供均匀而稳定的支撑,且能防止唧泥和冻胀等不良影响,保证路面有较好的整体强度和平整度,达到延长混凝土路面的使用寿命的目的。 (三)施工温度对混凝土面板的影响 1.温度裂缝产生原因 混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或 变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化,如养护不周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6～1.0)104, 长期加荷时的极限位伸变形也只有(1.2～2.0)104。由于原材料不 均匀,水灰比不稳定及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低, 易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝土 的边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。 但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。 2. 温度应力的分析 根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段: (1)早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段有两个特征,一是水泥放出大量的水化热,二是混凝土弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化,这一时期在混凝土内形成残余应力。 (2)中期:自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止。这个时期中,温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起,这些应力与早期形成的残余应力相叠加,在此期间混凝土的弹性模量变化不大。 (3)晚期:混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起,这些应力与前两种的残余应力相迭加。 3.温度的控制和防止裂缝的措施 为了防止裂缝,减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。 1)控制温度的措施: (1)采用改善骨料级配,用干硬性混凝土掺混合料加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量; (2)拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度; (3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热; (4)在混凝土中埋设水管,通入冷水降温; (5)规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度; (6)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节要对其采取保温措施; 2)改善约束条件的措施: (1)合理地分缝分块; (2)避免基础过大起伏; (3)合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露; (四)添加外加剂 为保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂,笔者在实践中总结出其主要作用为: 1.混凝土中存在大量毛细孔道,水蒸发后毛细管中产生毛细 管张力,使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力,但会使混凝土强度降低。 2.水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。 3.水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂 的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充。 4.减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形。 5.提高水泥浆与骨料的粘结力,提高的混凝土抗裂性能。 6.混凝土在收缩时受到约束产生拉应力,当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度,大幅提高混凝土的抗裂性能。 7.掺加外加剂可使混凝土密实性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,减少碳化收缩。 8.掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当,在有效防止水泥迅 速水化放热基 础上,避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。 9.掺外加剂混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,减少水分蒸发,减少干燥收缩。 许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能,我们在工程实践中应多进行这方面的实验对比和研究,比单纯的靠改善外部条件,可能会更加简捷、经济。 (五)严格掌握混凝土的配合比和水灰比 混凝土的配合比和水灰比对强度起至关重要的作用。一般都能做到依据水灰比与强度关系曲线进行计算和选配合理的配合比,但关键是在实际施工中要按采用的配合比严格执行,坚决杜绝上料不过秤。 在两条胀缝间尽量选用同一厂家生产的同一品种水泥。特别是胀缝处最好使用同一批号的水泥,避免因水泥不同影响面板混凝土强度的均匀性。 每天每个作业面至少做两组试件,以抽检其配合比和强度。夏季多雨天气还要随时检查其砂石材料的含水量,调整混凝土的用水量。 (六)认真做好混凝土路面的接缝 接缝随其性能不同构造各异。接缝的质量直接关系到混凝 土路面的使用效果。 1.胀缝 胀缝施工工艺复杂,要求高,不合格的胀缝会加剧对面板的破坏,因此胀缝施工时必须认真操作。胀缝应与路面中心线垂直,当遇到斜交桥涵处,应设置不小于3块板长(约15米)的渐变段,以逐渐调整缝的方向,并在渐变段内配置钢筋网和传力钢筋。 胀缝的传力杆在水平和垂直两个方向的位置都要正确,固定后的传力杆必须平行于板面及路面中线。其固定方法应按《水泥混凝土路面施工规范》第4.6.1条规定的 顶头木模固定法及小支架法施工。传力杆的活动端要能活动自由,面板胀缩时才不会顶坏或拉破。制备传力杆时,两端要锯断,不应剪切断,以保持完整的圆截面,达到端部光滑,不带刺角。活动端应用稳定性较好的石油沥青,加热到110℃后,把杆的一端放入热沥青中浸泡2分钟以上,附在杆端的热沥青膜不宜过厚,再在滑石粉中滚一下以防粘连。安装时要求将传力杆活动端放入套管内,外面再用塑料布包裹并缠在杆上,以防混凝土灰浆进入套管中。 2.纵缝 简单的是做成平竖直缝,两幅面板处的纵缝,用螺纹钢筋制成的拉杆连接,拉杆位置在1/2板厚处。纵缝侧面用石油沥青均 匀涂刷2至3遍,但应避免将热沥青涂刷在螺纹钢筋的拉杆上。 3.缩缝 为抵抗混凝土的冷缩应力而设置的缩缝,均应使用切缝法。有时也配合使用压缝法,即在每隔25米先压一道缝,然后再 每隔5米一道切缝,以防混凝土面板过早开裂。例如有一次浇筑的一批面板中断裂了一块,三天后钻芯取样看到基层平整无破损,面板达到设计厚度且均匀,试件养生28天后试压,计算其强度符合设计要求。据工地反映系切缝不及时所致。 压缝施工若工藝不细,极易造成压缝处平整度差,缝边混凝土易破碎,所以一般不提倡使用。《施工规范》明确规定在机场 和高速公路上必须采用切缝法。 4.施工缝 其位置应与胀、缩缝的设计位置相吻合,其设置方法和要求与胀缝相同。施工缝应尽可能减少,在目前缺少机械化施工的条件下,大多是以人工作业居多,每个作业面一般日进度为150～ 200米,因而这种施工缝实际上都成了胀缝形式。 5填缝 填缝是一道仔细的工序,它的质量好坏直接影响到路面的使用和行车的效果。近年来随着修建混凝土路面的增多,其重要性逐渐被人认识。 填缝要及时,在混凝土养护期后立即进行。填缝时应将缝隙吹干净,缝隙内要干燥,以促进缝料与缝壁面结合紧密不渗水。 (七)重视混凝土的早期养护 实践证明,混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温度、湿度条件,以达到下述两个方面的效果,一方面使混凝土免受不利温度、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。 从理论上分析,新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失,从而推迟或防碍水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应切实重视起来。在实际施工中,我们配备专人养护,配备了养生剂等。禁止一切车辆通行,从而达到了效果。 三、结束语 建造一条高质量的混凝土路,从设计到施工之间影响质量的因素很多,以上对混凝土裂缝的预防进行了理论上和实践上的初步探讨,在实践中的应用效果是比较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。 参考文献: 1.交通部水泥混凝土路面推广组编.水泥混凝土路面研究.北京:人民交通出版社,1995 2.JTJ053-94《公路工程水泥砼试验规程》.北京: 人民交通出版社,1994 3.胡长顺.高等级公路路基路面施工技术.北京:人民交通出版社,1999 4.GBJ97-87《水泥砼路面施工及验收规范》.北京:中国标准出版社,1987 5.JTJ073-96《公路养护技术规范》.北京:人民交通出版社,1996 |
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