劉錫余
(廣東)
水泥混凝土路面結構是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題,硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫,正由于如此這些混凝土建筑和構件通常都是帶縫工作的,由于裂縫的存在和發(fā)展通常會使內部的鋼筋等材料產生腐蝕,降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性及抗?jié)B能力,影響外觀、使用壽命。水泥混凝土路面裂縫產生的原因很多,有變形引起的裂縫;有外載作用引起的裂縫;有養(yǎng)護環(huán)境不當和化學作用引起的裂縫等等。在實際工程中要區(qū)別對待,根據實際情況解決問題。
干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護結束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發(fā)會產生干縮。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發(fā)程度不同而導致變形不同的結果:混凝土受外部條件的影響,表面水分損失過快,變形較大,內部濕度變化較小變形較小,較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束,產生較大拉應力而產生裂縫。相對濕度越低,水泥漿體干縮越大,干縮裂縫越易產生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網狀淺細裂縫,寬度多在0.05~0.2mm之間,大體積混凝土中平面部位多見,較薄的梁板中多沿其短向分布。干縮裂縫通常會影響混凝土的抗?jié)B性,引起鋼筋的銹蝕,影響混凝土的耐久性,在水壓力的作用下會產生水力劈裂,影響混凝土的承載力等等。混凝土干縮主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。主要預防措施:一是選用收縮量較小的水泥,一般采用中低熱水泥和粉煤灰水泥,降低水泥的用量。二是混凝土的干縮受水灰比的影響較大,水灰比越大,干縮越大,因此在混凝土配合比設計中應盡量控制好水灰比的選用,同時摻加合適的減水劑。三是嚴格控制混凝土攪拌和施工中的配合比,混凝土的用水量絕對不能大于配合比設計所給定的用水量。四是加強混凝土的早期養(yǎng)護,并適當延長混凝土的養(yǎng)護時間。冬季施工時要適當延長混凝土保溫覆蓋時間,并涂刷養(yǎng)護劑養(yǎng)護。五是在混凝土結構中設置合適的收縮縫。
塑性收縮是指混凝土在凝結之前,表面因失水較快而產生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現(xiàn),裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一,互不連貫狀態(tài)。較短的裂縫一般長20~30cm,較長的裂縫可達2~3m,寬1~5mm。其產生的主要原因為:混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小,或者混凝土剛剛終凝而強度很小時,受高溫或較大風力的影響,混凝土表面失水過快,造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮,而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮,因此產生龜裂。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結時間、環(huán)境溫度、風速、相對濕度等等。
主要預防措施:一是選用干縮值較小早期強度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。二是嚴格控制水灰比,摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性,減少水泥及水的用量。三是澆筑混凝土之前,將基層和模板澆水均勻濕透。四是及時覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等,保持混凝土終凝前表面濕潤,或者在混凝土表面噴灑養(yǎng)護劑等進行養(yǎng)護。五是在高溫和大風天氣要設置遮陽和擋風設施,及時養(yǎng)護。
沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟,或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致;或者因為模板剛度不足,模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致。此類裂縫多為貫穿性裂縫,其走向與沉陷情況有關,一般沿與地面垂直或呈30°~45°角方向發(fā)展,較大的沉陷裂縫,往往有一定的錯位,裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩(wěn)定之后,沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。
主要預防措施:一是對松軟土、填土地基在上部結構施工前應進行必要的夯實和加固。二是保證模板有足夠的強度和剛度,且支撐牢固,并使地基受力均勻。三是防止混凝土澆灌過程中地基被水浸泡。四是模板拆除的時間不能太早,且要注意拆模的先后次序。
溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結構中?;炷翝仓?在硬化過程中,水泥水化產生大量的水化熱,(當水泥用量在350~550kg/m3,每立方米混凝土將釋放出17500~27500kJ的熱量,從而使混凝土內部溫度升達70℃左右甚至更高)。由于混凝土的體積較大,大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發(fā),導致內部溫度急劇上升,而混凝土表面散熱較快,這樣就形成內外的較大溫差,較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同,使混凝土表面產生一定的拉應力。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時,混凝土表面就會產生裂縫,這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當溫差變化較大,或者是混凝土受到寒潮的襲擊等,會導致混凝土表面溫度急劇下降而產生收縮,表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束,將產生很大的拉應力而產生裂縫,這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產生。
溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律,大面積結構裂縫??v橫交錯;梁板類長度尺寸較大的結構,裂縫多平行于短邊;貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行,裂縫沿著長邊分段出現(xiàn),中間較密。裂縫寬度大小不一,受溫度變化影響較為明顯,冬季較寬,夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫通常是中間粗兩端細,而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。
主要預防措施:一是盡量選用低熱或中熱水泥,如礦渣水泥、粉煤灰水泥等。二是減少水泥用量,將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下。三是降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。四是改善骨料級配,摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量,降低水化熱。五是改善混凝土的攪拌加工工藝,在傳統(tǒng)的“三冷技術”的基礎上采用“二次風冷”新工藝,降低混凝土的澆筑溫度。六是在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑,改善混凝土拌合物的流動性、保水性,降低水化熱,推遲熱峰的出現(xiàn)時間。七是高溫季節(jié)澆筑時可以采用搭設遮陽板等輔助措施控制混凝土的溫升,降低澆筑混凝土的溫度。
水泥砼路面結構裂縫是混凝土結構中普遍存在的一種現(xiàn)象,它的出現(xiàn)不僅會影響使用功能,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響承載能力。因此,要對水泥混凝土路面的裂縫問題進行認真研究、區(qū)別對待,采用合理的方法進行處理,并在施工中采取各種有效的預防措施來預防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展,確保路面質量。
[1]公路水泥混凝土路面施工技術規(guī)范[S].JTG D30-2003.
[2]公路水泥混凝土路面滑模施工技術規(guī)程[S].JTJ/T037.1.