我國北方砼路面早期裂縫產(chǎn)生原因分析與防控

許建伍　李湘云　孟憲偉

摘要:早期裂縫是水泥砼路面長期存在的質(zhì)量通病之一。本文從道路的基層、面層、以及施工工藝等方面,對我國北方地區(qū)水泥砼路面早期裂縫產(chǎn)生的原因進行了系統(tǒng)分析,并就此提出了預防措施。

關(guān)鍵詞:砼路面 裂縫原因 防控措施

1 產(chǎn)生早期裂縫的原因分析

1.1 基層的影響 水泥砼面層鋪筑在基層之上,與基層共同承受車輛荷載的反復作用。如果基層材料的質(zhì)量不符合要求,施工質(zhì)量控制不嚴,使基層壓實度與強度達不到要求,以及基層頂面的高程、橫坡、平整度等不符合要求而造成砼面板厚度不一等因素,均能導致砼面層裂縫的產(chǎn)生與擴張。除此而外,當剛剛澆筑的砼在初期強度還沒有形成、或正在形成時,處于松散狀態(tài)的砼的質(zhì)量是依靠基礎(chǔ)來承擔的,一旦基礎(chǔ)較弱或不均質(zhì),砼即會發(fā)生不均勻沉陷,造成砼板拉裂,導致早期裂縫的出現(xiàn)。

1.2 砼面層的影響

1.2.1 水泥質(zhì)量的影響 水泥的化學成分及質(zhì)量的穩(wěn)定性對砼的質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。水泥內(nèi)礦物質(zhì)的含量對砼的收縮量有較大的影響,這些礦物質(zhì)成分對收縮量影響的次序為:3CaO·AlO3 >4CaO·Al2O3·Fe2O3 >2CaO·SiO2。另外,若選用的水泥標號偏低,則砼早期強度較低,路面易產(chǎn)生裂縫;而不同廠牌、不同批號的水泥混用,將導致拌制的砼抗折強度不穩(wěn)定、波動性較大、硬化時間及收縮量不一致,使砼路面產(chǎn)生早期裂縫。

1.2.2 粗、細骨料的影響 骨料顆粒的級配不合理,導致骨料間孔隙偏大,進而增大水泥砂漿集中處的收縮量,引起裂縫。骨料中的有害物質(zhì)(如云母、有機物、硫化物等)含量超標,導致砼強度降低,亦是引起砼路面裂縫的原因。

1.2.3 砼配合比的影響 在配合比設(shè)計與試配時,沒有進行全面的綜合設(shè)計,或施工配合比控制不嚴,而在配合比設(shè)計中,對砼可能產(chǎn)生裂縫影響的最重要的因素就是w/c:如果單純采取加大水泥用量的方法來提高砼的強度,即w/c減小,則造成砼的收縮量偏大,易產(chǎn)生裂縫;而如果單純減小水泥用量,使w/c增大,則砼凝結(jié)硬化后,由于水分的蒸發(fā),造成砼內(nèi)部的孔隙增多,也易產(chǎn)生裂縫。

1.3 施工溫度的影響 高溫季節(jié)施工是造成早期裂縫的另一個重要因素。在陽光的暴曬和干熱風的影響下,骨料的溫度可高達60～70℃,拌制出來的砼的溫度相當高,甚至可超過40℃左右。水泥的水化熱比較大,砼凝結(jié)硬化過快,致使和易性降低、施工操作困難,易造成蜂窩、麻面,降低密實度;水分蒸發(fā)快,表面易干燥,養(yǎng)護不易充分,造成強度降低,增加了出現(xiàn)干縮裂縫的可能性。此外,晝夜溫差大也是產(chǎn)生裂縫的主要原因。當白天澆筑的砼路面還沒有達到覆蓋養(yǎng)生強度時,強烈的日照直射在砼表面,砼吸收了大量的熱能,使表面產(chǎn)生較大的張力,這時砼板塊出現(xiàn)向下方翹曲的傾向,底部出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力;夜間大氣溫度下降,由于砼板體導熱的作用,加之砼在硬化過程中自身產(chǎn)生的熱能,使砼板下部溫度高于板上溫度,導致砼板塊向上方翹曲,頂面產(chǎn)生較大拉應(yīng)力,這都容易造成砼板體出現(xiàn)早期裂縫。

1.4 初期養(yǎng)護的影響 砼路面澆筑完畢后,初期養(yǎng)護不及時,致使表面水分散失快、收縮迅速,而面板底部水分散失卻較慢、收縮也較緩慢,砼板表面與底面因變形不協(xié)調(diào)而翹曲,出現(xiàn)較大拉應(yīng)力,導致砼板面產(chǎn)生裂縫。

1.5 切縫的影響 切縫的時間掌握不準,鋸的深度達不到要求也是引起早期裂縫的原因之一。砼板澆搗成型后,應(yīng)根據(jù)溫度的大小來確定切縫的時間。若切縫不及時,致使砼板面收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于其容許值,砼即產(chǎn)生開裂;而切縫深度未達到要求、深淺不一、未切至路板全寬,起不到收縮縫的作用,也可導致砼產(chǎn)生裂縫。

1.6 過早開放交通的影響 在砼強度未達到要求時過早開放交通,而此時路面不足以承受交通荷載,在車輛反復作用下,砼路面產(chǎn)生裂縫。

1.7 模板的影響 拆除模板過早或不及時,以及不注意拆模方式,亂敲亂撬,致使拉力桿松動、彎曲,在拉桿四周砼體出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

1.8 坡度的影響 當?shù)缆房v坡較大,基層承載力低時,若伸縫及工作縫的間距過小、分布較密,則易使砼路面產(chǎn)生裂縫并加快裂縫擴張的速度與寬度,反之,裂縫擴張的速度則較緩慢且寬度較小。

1.9 施工季節(jié)的影響 砼路面早期裂縫多發(fā)生于春、秋季節(jié)施工的砼路面地段,而夏季施工路段卻較少出現(xiàn)。主要是因為在我國的北方地區(qū),春、秋季節(jié)空氣干燥、風力大,晝夜的溫度變化幅度大,加之施工人員在施工中一般較重視夏季施工時砼路面的養(yǎng)護,而容易忽視春、秋季節(jié)的養(yǎng)護所致。

2 預防措施

2.1 對基層的處理 基層材料應(yīng)達到Ⅲ級灰以上標準,保證粒料的級配良好,施工測量放樣準確,碾壓成型后及時養(yǎng)生,養(yǎng)生期內(nèi)禁止任何車輛從上面通行。在澆筑砼面層之前,需灑水將基層潤濕,以降低摩阻系數(shù),減少由于摩阻力使砼板產(chǎn)生的拉應(yīng)力,同時還可防止因基層過多吸收砼中的水分而造成的濕度梯度,降低由此而產(chǎn)生的彎拉應(yīng)力。

2.2 面層的選材 對路面水泥盡量選用經(jīng)過復試、各種質(zhì)量指標均合格的425﹟普通硅酸鹽、硅酸鹽道路水泥或標號更高的同類水泥,這種水泥的抗彎強度大,水化熱低、收縮變形小,可減少砼路面裂縫的產(chǎn)生。對粗、細骨料需經(jīng)篩分試驗,保證級配良好,骨料的含泥量、磨耗率、壓碎值等均要滿足質(zhì)檢要求。

2.3 選擇適宜的配合比 合適的配合比對砼的強度和收縮起著重要作用,應(yīng)采用正交法選出合適的配合比,并在這個配合比中盡量增加小尺寸骨料用量,以提高砼的抗折強度,同時還要嚴格控制好水灰比,在水泥用量確定并保持其流動性的情況下,盡量減小水灰比,以降低砼產(chǎn)生裂縫的可能性。

2.4 選用合理施工工藝 砼料拌和要充分、均勻,并保證拌和時間,必須按照質(zhì)量操作規(guī)程精心攤鋪、振搗密實。在拉桿、傳力桿、鋼筋附近及模板邊緣等處振搗時要格外細心,確保砼的密實,以降低其收縮量。要盡量避免在高溫時刻施工,對砼表面要及時進行抹光。在砼板拉毛后過一段時間(夏季約2h以后,春、秋季約3h以后),用手輕輕地觸摸,若無痕跡出現(xiàn),應(yīng)及時覆蓋進行養(yǎng)護。

2.5 采用真空吸水 真空吸水可使砼表面處于負壓狀態(tài),使這種具有彈、粘、塑性的混合物質(zhì)產(chǎn)生均勻的收縮,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密,并擠出游離的水分及空氣,從而提高砼的早期強度,有效防止裂縫的產(chǎn)生。因此,施工中應(yīng)盡量采用真空吸水工藝,以提高砼的早期強度,減少干縮率,使整平、抹面、壓紋、拆模等工序間的時間間隔縮短,提前切縫的時間。但使用吸水機時一定要控制好真空吸水量和吸水速度。

2.6 切縫要及時 掌握好恰當?shù)那锌p時機是防止早期斷板問題的關(guān)鍵之一。因為裂縫大多是在砼板尚未切開縮縫之前,其自由伸縮受阻而產(chǎn)生。最佳開割時間與砼材料的物理性能、施工工藝以及氣溫有密切關(guān)系。從理論上講,一般應(yīng)在最大拉應(yīng)力出現(xiàn)之前進行切縫,而實踐經(jīng)驗證明,在砼拉毛后、經(jīng)過養(yǎng)護,凝固程度達到骨料不崩裂、不脫落,即可開始切縫。切縫時還應(yīng)確保切縫深度達到板厚的1/3以上。

2.7 加強養(yǎng)護 良好的養(yǎng)護可使砼路面收縮量減小、強度提高。故砼板終凝后應(yīng)立即采用塑料薄膜或草袋覆蓋,并充分灑水養(yǎng)護,確保砼的強度正常增長,防止因失水過快而產(chǎn)生干縮裂縫。保溫養(yǎng)護時間應(yīng)由砼強度的增長情況而定,一般為28d,最短不得少于14d。

3 結(jié)束語

水泥砼路面的早期裂縫是一個綜合性的技術(shù)質(zhì)量問題,幾乎每一個砼路面工程施工中都會涉及到。本文針對裂縫產(chǎn)生的部分原因進行了分析與總結(jié),以期在工程施工中能采取更為有效的措施使裂縫的產(chǎn)生率最低,提高水泥砼路面的質(zhì)量與使用壽命。

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