裴 明

1 水泥混凝土路面裂縫成因分析

1.1 表層裂縫成因

在水泥混凝土路面上,表層裂縫的主要表現(xiàn)形式為龜裂。即混凝土路面表面上呈現(xiàn)碎小的六角形花紋狀裂縫,裂縫很淺。其產(chǎn)生既有設(shè)計(jì)上的原因,也有施工方面的原因。

設(shè)計(jì)方面的原因主要是指混凝土配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)。如水泥用量過大或砂率過大;外加劑使用不當(dāng)或者摻量過大,混凝土在重力作用下產(chǎn)生離析而導(dǎo)致這類裂縫產(chǎn)生。就混凝土本身的性質(zhì)而言,在混凝土水灰比不變的情況下,水泥漿和砂漿含量較多時(shí),其極限拉伸值也較大,因此,如果采用過大的石料粒徑,也容易產(chǎn)生裂縫。

施工方面的原因主要是混凝土澆筑后沒有及時(shí)覆蓋所造成的。混凝土澆筑后,尤其是在炎熱的天氣或大風(fēng)天氣里,如果不及時(shí)覆蓋,混凝土表面的游離水分蒸發(fā)過快,產(chǎn)生急劇的體積收縮,而此時(shí)混凝土早期強(qiáng)度很低,其值不能抵抗這種收縮應(yīng)力而導(dǎo)致開裂。

1.2 貫穿裂縫成因

1.2.1 縱向貫穿裂縫成因

縱向貫穿裂縫是指水泥混凝土路面發(fā)生平行于道路縱軸線方向的貫穿板厚的裂縫。其產(chǎn)生的原因是在路面施工后,由于地基沉降不均勻而導(dǎo)致出現(xiàn)不均勻裂縫,產(chǎn)生斷板現(xiàn)象。如基層碾壓不實(shí),未達(dá)到密實(shí)標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)生斷板現(xiàn)象。基層材料攪拌不均,導(dǎo)致基層不均勻沉降,也即由于路基發(fā)生局部的不均勻沉陷,如溝槽下沉、路基拓寬部分沉陷、路基未充分壓實(shí)等原因?qū)е侣访姘迕摽?產(chǎn)生裂縫。

1.2.2 橫向貫穿裂縫成因

橫向貫穿裂縫是指水泥混凝土路面發(fā)生垂直于道路縱軸線方向的貫穿板厚的裂縫。其產(chǎn)生的原因:1)由混凝土本身的性質(zhì)——混凝土抗拉強(qiáng)度太低造成的;2)由于施工不當(dāng)——切縫不符合要求所造成的。

混凝土抗拉強(qiáng)度很低,一般只有混凝土抗壓強(qiáng)度的1/17～1/18。混凝土的抗裂性就是指混凝土抵抗干縮變形和溫度變形的能力,這些變形所引起的拉應(yīng)力,如超過了混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí),就發(fā)生裂縫。也就是說,這些變形量超過了混凝土的極限拉伸應(yīng)變值時(shí),混凝土就產(chǎn)生裂縫,過大時(shí)則引起貫穿裂縫。

由于溫度和濕度的變化,混凝土?xí)a(chǎn)生體積膨脹和收縮現(xiàn)象,這種變形如受到限制,將會(huì)使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,就有可能產(chǎn)生裂縫。因而水泥混凝土路面上每隔一段距離要設(shè)置脹縫或縮縫,而切縫質(zhì)量的好壞直接影響著水泥混凝土路面的質(zhì)量。如切縫時(shí)間掌握不當(dāng),切割不及時(shí);切縫深度不符合要求,切縫過淺;切縫未切到頭等因素均可引起混凝土路面發(fā)生橫向貫穿裂縫。

引起混凝土裂縫的成因復(fù)雜而繁多,甚至多種因素相互影響,但每條裂縫的產(chǎn)生,總有一種或幾種主要原因。結(jié)構(gòu)混凝土出現(xiàn)裂縫,就其產(chǎn)生原因,大致可分為如下幾種,分別解析。

2 控制和預(yù)防裂縫的措施

2.1 防止收縮裂縫的技術(shù)措施

2.1.1 縮小施工現(xiàn)場溫度差、濕度差,抑制收縮

1)合理地安排作業(yè)時(shí)間,盡量避免在中午氣溫高峰時(shí)間進(jìn)行施工,盡可能地把施工時(shí)間安排在早上或傍晚。這樣水泥進(jìn)行水解固化反應(yīng)時(shí),不會(huì)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(shí)還要對碎石適當(dāng)灑水降溫,以降低拌合物與周圍環(huán)境的溫度差。3)縮短作業(yè)延遲時(shí)間,把在烈日和旱風(fēng)下作業(yè)的時(shí)間縮短到最短,無法避免時(shí)可設(shè)遮陽棚。4)控制開始養(yǎng)生的時(shí)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(shí)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 d。5)因?yàn)榇箫L(fēng)對拌合物的水分蒸發(fā)量比高氣溫還要大,所以大風(fēng)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(fēng)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(jìn)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(shí)減少因基層干燥引起的混凝土路面過分失水。

2.1.2 嚴(yán)格控制施工配合比,保證混凝土的自身強(qiáng)度

1)對集料的含泥量要進(jìn)行嚴(yán)格的控制,特別是砂子中夾雜的泥團(tuán)要篩出,涂裹黏土的碎石要清洗或剔除。2)加強(qiáng)對水泥質(zhì)量的復(fù)檢,特別是水泥的安定性。3)控制好施工水灰比,嚴(yán)格按配合比投料。根據(jù)混凝土強(qiáng)度與水泥水化的固體產(chǎn)物在有效空間的關(guān)系,即強(qiáng)度增長與膠空比的關(guān)系,合理地確定施工水灰比,并嚴(yán)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。

2.1.3 及時(shí)進(jìn)行割縫,誘導(dǎo)裂縫在接縫位置展開

1)及時(shí)及早鋸切橫縮縫,縫深必須嚴(yán)格達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度,在縮裂發(fā)生前及早形成弱斷面。需要時(shí),還可以考慮在橫縮縫位置的混凝土板底部加設(shè)誘導(dǎo)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(shí),宜先隔3塊～4塊板跳鋸一條橫縫,最后補(bǔ)齊。不得已時(shí)還可以考慮以壓縫代替鋸縫。

2.1.4 提高基層施工質(zhì)量

水泥混凝土路面基層應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、較高密實(shí)度和較好的水穩(wěn)性。因此,在路基施工中,應(yīng)嚴(yán)格按施工 操作規(guī)程進(jìn)行,做到分層填筑、分層碾壓、分層測試。每層的壓實(shí)厚度、壓實(shí)度、平整度及路拱都要滿足設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求。

2.2 使用減水防裂劑的作用

1)混凝土中存在大量毛細(xì)孔道,水蒸發(fā)后毛細(xì)管中產(chǎn)生毛細(xì)管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細(xì)孔徑可降低毛細(xì)管表面張力,但會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低。這個(gè)表面張力理論早在20世紀(jì)60年代就已被國際上所確認(rèn)。2)水灰比是影響混凝土收縮的重要因素,使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。3)水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素,摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15%的水泥用量,其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充。4)減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度,減少混凝土泌水,減少沉縮變形。5)提高水泥漿與骨料的粘結(jié)力,提高混凝土的抗裂性能。6)混凝土在收縮時(shí)受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)裂縫就會(huì)產(chǎn)生。減水防裂劑可有效地提高混凝土抗拉強(qiáng)度,大幅提高混凝土的抗裂性能。7)摻加外加劑可使混凝土密實(shí)性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,減少碳化收縮。8)摻減水防裂劑后混凝土緩凝時(shí)間適當(dāng),在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上,避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。9)摻外加劑混凝土和易性好,表面易抹平,形成微膜,減少水分蒸發(fā),減少干燥收縮。許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能,我們在工程實(shí)踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實(shí)驗(yàn)對比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會(huì)更加簡捷、經(jīng)濟(jì)。

2.3 混凝土的早期養(yǎng)護(hù)

混凝土的早期養(yǎng)護(hù),主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達(dá)到兩個(gè)方面的效果:一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮。另一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行,以期達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關(guān)聯(lián)的,混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。

從理論上分析,新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發(fā)等原因常引起水分損失,從而推遲或妨礙水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期,在施工中應(yīng)切實(shí)重視起來。

3 結(jié)語

由于設(shè)計(jì)、施工、使用過程中存在的某些不足,又由于混凝土內(nèi)在原因及溫度變形、濕度變化、地基不均勻沉陷變形的影響,在水泥混凝土路面上難免發(fā)生各種類型的裂縫。但只要嚴(yán)格執(zhí)行施工操作規(guī)程和技術(shù)要求,在施工中切實(shí)抓好基層強(qiáng)度、混凝土的配合比設(shè)計(jì)、施工工藝、切縫時(shí)間和深度、混凝土的養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié),通過改善混凝土的質(zhì)量和路面結(jié)構(gòu)并采取有效的澆筑后的防治措施,水泥混凝土路面的裂縫現(xiàn)象是可以避免的。

[1] 朱海英.水泥混凝土路面板的破壞原因及預(yù)防措施[J].山西建筑,2008,34(9):291-292.