水泥混凝土路面炎熱季節(jié)早期收縮裂縫的類型、成因、防止及控制

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水泥混凝土路面炎熱季節(jié)早期收縮裂縫的類型、成因、防止及控制
吳菊華江偉偉
通過分析混凝土開裂的類型及原因,總結(jié)出混凝土路面面板開裂是多方面因素造成的,而主要因素則在于材料、施工及結(jié)構(gòu)設(shè)計三方面。
水泥砼路面裂縫類型、成因及控制水泥混凝土路面裂縫的形式是多種多樣,其產(chǎn)生的原因也是多種多樣的。有施工不當引起的早期表層開裂,有基層脫空引起的面板全厚度斷裂,有在荷載和溫度應(yīng)力共同作用下的疲勞開裂,有活性集料反應(yīng)引起的網(wǎng)裂,也有板長過長的翹曲或過量收縮而產(chǎn)生的橫向裂縫等。裂縫的出現(xiàn)將對混凝土面板的持久強度和行車性能有很大的影響。
一、裂縫的類型及影響因素
混凝土面板的裂縫,可分為表面裂縫和貫穿全厚度裂縫。
1、表面裂縫�；炷撩姘宓谋砻媪芽p主要是混凝土澆筑后表面未及時覆蓋,在炎熱或大風天氣,表面游離水分蒸發(fā)過快,混凝土體積急劇收縮和化學、碳化反應(yīng)引起的塑性收縮裂縫、化學收縮裂縫和碳化收縮裂縫等。塑性收縮裂縫是混凝土失水引起的收縮裂縫,新拌和的混凝土顆粒之間的空間完全充滿水,混凝土表面經(jīng)過振蕩,從而形成表層沁水,當混合料表面水的蒸發(fā)速度比沁水速度快時,產(chǎn)生毛細管負壓力,隨著失水增加,毛細管負壓逐漸增大,產(chǎn)生收縮力,使?jié){體產(chǎn)生收縮。當收縮力大于基體的抗拉強度時,就會使表面產(chǎn)生開裂。影響混凝土塑性收縮的主要因素是風速、相對濕度、氣溫和混凝土本身的溫度。化學收縮裂縫主要是無水熟料與水起化學反應(yīng),使固相體積逐漸增加而水泥-水體系的總體積逐漸減少的緣故。具體地說是由水化前后反應(yīng)物和生成物的平均密度不同引起的。碳化收縮裂縫是大氣中的CO2在存在水的條件下與水泥水化產(chǎn)物作用生成CaCO3、硅膠、鋁膠和游離水而引起的收縮,產(chǎn)生收縮的原因在于這些游離水的蒸發(fā)。碳化作用必定產(chǎn)生游離水,這些游離水蒸發(fā)時產(chǎn)生毛細管張力,從而引起漿體收縮。但漿體在充分干燥和水飽和的情況下不易產(chǎn)生碳化作用,因此碳化作用和碳化收縮均發(fā)生在混凝土表面,對碳化收縮影響最大的是相對濕度。
2、貫穿裂縫。水泥混凝土路面貫穿面板全厚度的橫裂縫、縱裂縫、交叉裂縫、板角斷裂等。(1)橫向裂縫。垂直路方向出現(xiàn)的裂縫稱為橫向裂縫。主要是干縮裂縫和冷縮裂縫,路面切縫不及時造成的干縮、冷縮裂縫。干縮裂縫主要原因是水分在混凝土硬化后較長時間產(chǎn)生水分蒸發(fā)引起的。干縮裂縫最重要的影響因素是單位用水量。冷縮裂縫主要是水泥混凝土的熱脹冷縮造成的。這種裂縫大多是貫穿路面的。水泥混凝土路面施工時,采用切縫將路面分成塊,以防止路面的干縮和冷縮裂縫,但由于施工中切縫的時間難以控制準確,故造成混凝土路面出現(xiàn)橫向裂縫,從混凝土收縮因素考慮,最好是混凝土中水泥水化初始階段就切,但實際上因抗壓強度過低,根本無法切縫。所以,切縫不及時,就會導致水泥混凝土路面橫向裂縫產(chǎn)生。(2)縱向裂縫。順路方向出現(xiàn)的裂縫稱為縱向裂縫。水泥混凝土路面的傳荷順序為面層、基層、墊層、路基。盡管面板傳到路基頂面的荷載應(yīng)力值小,往往不會超過0.05Mpa,但路基作為支承層卻很重要。由于路基填料土質(zhì)不均勻,濕度不均、膨脹性土,凍土,碾壓不密實等原因,導致路基支承不均勻,在混凝土澆筑前,基底彈性模量在不符合規(guī)范要求情況下而盲目施工,在路基稍有沉陷時,在板塊自重和行車壓力作用下而產(chǎn)生縱向斷裂。 (3)交叉裂縫。兩條或兩條以上相互交錯的裂縫稱為交叉裂縫。產(chǎn)生交叉裂縫的主要原因:一是水泥混凝土強度不足,車輪荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力作用下產(chǎn)生交叉裂縫;二是路基和基層的強度與水穩(wěn)性差,一旦受到水的侵入,將會發(fā)生不均勻沉陷,在行車作用下混凝土板產(chǎn)生交叉裂縫;三是由于水泥的水化反應(yīng)和堿骨料反應(yīng)。水泥混凝土在拌和、運輸、振搗、凝結(jié)、硬化的過程中,始終存在著水泥的水化反應(yīng)。水泥水化反應(yīng)在混凝土發(fā)生升溫和降溫過程中產(chǎn)生體積的膨脹變形,如果用了安定性差的水泥,澆筑的混凝土路面就會產(chǎn)生大面積龜裂或交叉裂縫。
二、防止早期收縮裂縫的技術(shù)措施
對于塑裂由于產(chǎn)生在混凝土的塑性狀態(tài)，如有效地控制其發(fā)展則不會成為危害水泥混凝土路面的主要因素。在施工中安排專人對新澆筑的混凝土面板進行看護，及時發(fā)現(xiàn)、及時進行抹面處理即可解決。對于縮裂，應(yīng)該做為控制水泥混凝土路面的主要質(zhì)量通病進行治理，主要應(yīng)采取以下技術(shù)措施：
1、縮小施工現(xiàn)場溫度差、濕度差，抑止收縮
（1）合理地安排作業(yè)時間，盡量避免在中午氣溫高峰時間進行施工，盡可能地把施工時間安排在早上或傍晚。這樣水泥進行水解固化反應(yīng)時，不會因周圍環(huán)境的氣溫驟變而產(chǎn)生較大的影響。
（2）水箱加蓋、水管掩埋，保證施工用水的溫度。必要時還要對碎石適當灑水降溫，以降低拌和物與周圍環(huán)境的溫度差。
（3）縮短作業(yè)延遲時間，把在烈日和旱風下作業(yè)的時間縮短到最短，無法避免時可設(shè)遮陽棚。
（4）控制開始養(yǎng)生的時間及條件，保證混凝土養(yǎng)生齡期。應(yīng)在混凝土澆筑完成，收漿后即開始覆蓋灑水養(yǎng)生，同時要保證覆蓋物表面保持在濕潤狀態(tài)，一般養(yǎng)生齡期為7天。（5）因為大風對拌和物的水分蒸發(fā)量比高氣溫還要大，所以大風天氣應(yīng)停止水泥混凝土路面的施工。如不可避免，則要采取必要的防風措施。
（6）在施工水泥混凝土路面前，還要注意對基層的頂面進行整平及灑水潤濕。這樣可保證混凝土路面厚度均勻，受力和變形均勻，同時減少因基層干燥引起的混凝土路面過分失水。
2、嚴格控制施工配合比，保證混凝土的自身強度
（1）對集料的含泥量要進行嚴格的控制，特別是砂子中夾雜的泥團要篩出，涂裹粘土的碎石要清洗或剔除。
（2）加強對水泥質(zhì)量的復檢，特別是水泥的安定性。水泥中的游離氧化鈣（f-CaO）在凝結(jié)過程中水化很慢，水泥凝結(jié)硬化后還在繼續(xù)起水化作用，當f-CaO超過一定限量時，就會破壞已經(jīng)硬化的水泥石或使抗拉強度下降。
（3）控制好施工水灰比，嚴格按配合比投料。水泥混凝土的強度主要取決于其內(nèi)部起膠結(jié)作用的水泥石的質(zhì)量，水泥石的質(zhì)量取決于水泥的特性和水灰比。水灰比對強度的影響是很大的，但不是唯一的影響因素。因此，根據(jù)混凝土強度與水泥水化的固體產(chǎn)物在有效空間的關(guān)系，即強度增長與膠空比的關(guān)系，合理地確定施工水灰比，并嚴格按配合比投料，是確保水泥混凝土路面質(zhì)量的重要措施。
3、及時進行割縫，誘導裂縫在接縫位置展開
（1）及時及早鋸切橫縮縫，縫深必須嚴格達到設(shè)計要求深度，在縮裂發(fā)生前及早形成弱斷面。需要時，還可以考慮在橫縮縫位置的混凝土板底部加設(shè)誘導裂縫的木塊，使弱斷面效應(yīng)更加顯著。
（2）道路設(shè)窨井處，橫縮縫要騎窨井設(shè)置（橫縫連線平分井框），使窨井部位自然形成弱斷面與橫縮縫合而為一，否則在井框部位易形成不規(guī)則早期收縮裂縫。
　�。�3）鋸縫設(shè)備配置不足時，宜先隔3—4塊板跳鋸一條橫縫，最后補齊。不得已時還可以考慮以壓縫代替鋸縫。
三、裂縫的控制
1、原材料的使用控制。(1)水泥。高速、一級和重交通二級公路混凝土路面推薦采用旋窯生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠的水泥,不得使用立窯生產(chǎn)的水泥。優(yōu)先使用道路硅酸鹽水泥,宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥;中等以下交通量的路面,也可采用礦渣硅酸鹽水泥;正常施工條件宜使用普通型水泥,不宜使用R型水泥;水泥的礦物組成、物理性能等路用品質(zhì)要求應(yīng)符合標準中規(guī)定要求。(2)細骨料選用中粗砂。砂的質(zhì)量要求應(yīng)符合普通混凝土用砂石標準中的規(guī)定,特別注意云母和泥土的含量。同時含砂率對混凝土的工作性能、抗壓強度以及彈性模量均有不同程度的影響,因此應(yīng)控制其最佳含砂率。(3)粗骨料的石料強度、壓碎指標、針片狀和軟弱顆粒含量、含水率、吸水率、堅固性、磨耗率和磨光值等應(yīng)符合標準中的規(guī)定,嚴格注意其含泥量及有害成分的含量。(4)外加劑的選用與摻量。采用高效能減水劑是配制高強度混凝土的重要方法,所選用的減水劑必須滿足水泥混凝土外加劑技術(shù)標準規(guī)定,以便達到小水膠比,低用水量,大坍落度的高性能混凝土預期效果。(5)混凝土強度配比應(yīng)切合實際,注意原材料自然性能的不利因素,控制最佳含量配比,尤其控制好水灰比,以減少混凝土內(nèi)部的溫度收縮、干燥收縮的應(yīng)力,減少早期裂縫的產(chǎn)生。
2、控制路基、基層的施工質(zhì)量。保證路基按規(guī)范要求施工,基層要有規(guī)定要求的強度和適宜的剛度,表面平整、密實無坑洼。
3、嚴格控制施工工藝。施工時,要按規(guī)范的技術(shù)要求和施工工藝生產(chǎn)。鋪筑試驗段,做好總結(jié)用以指導生產(chǎn)�；炷涟韬蜁r,要準確把握最佳攪拌時間,攪拌充分但不過分;根據(jù)不同的標號、運距、氣候,其坍落度也不盡相同。現(xiàn)場設(shè)置檢查坍落度的設(shè)備,嚴把質(zhì)量關(guān);振搗方式要正確,防止混凝土過振、欠振或漏振;如果水泥和集料溫度過高,要進行降溫處理,保持混凝土拌合物攤鋪溫度不超過35℃,防止溫差開裂;嚴格掌握切縫時間,一般當混凝土達到設(shè)計強度25%—30%時進行切縫,切縫深度宜為板厚1/5—1/3;采用真空吸水工藝時,防止漏吸;按設(shè)計圖紙和技術(shù)規(guī)范要求準確安裝傳力桿等。
4、做好養(yǎng)護工作。水泥混凝土路面的養(yǎng)生是施工作業(yè)中的最后一道工序,養(yǎng)護的優(yōu)劣,決定著人們施工目的能否實現(xiàn)。水泥混凝土路面宜采用噴灑養(yǎng)生劑同時保濕覆蓋的方式養(yǎng)生,或用覆蓋塑料薄膜養(yǎng)生。在雨天或養(yǎng)生用水充足的情況下,也可采用覆蓋保濕膜、土工氈、土工布、麻袋、草袋、草簾等灑水濕養(yǎng)生方式。不宜使用圍水養(yǎng)生方式。晝夜溫差>10℃以上的地區(qū)或日平均溫度不大于5℃施工混凝土路面應(yīng)采取保溫保濕養(yǎng)生措施。
5、設(shè)計方面控制。設(shè)計單位要精確驗算,合理設(shè)計。在理論分析的基礎(chǔ)上,要更多地結(jié)合工程使用的經(jīng)驗,優(yōu)化水泥混凝土路面設(shè)計。根據(jù)水泥混凝土剛性路面的結(jié)構(gòu)承重特點,合理確定設(shè)計板厚及板面尺寸,同時要合理確定路面設(shè)計總結(jié)構(gòu)厚度和邊筋、角隅筋、拉桿、傳力桿等的設(shè)計尺寸及位置。
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