摘要:造成混凝土面板開裂的因素是很多的,只要在施工中稍微不謹(jǐn)慎隨時都可以出現(xiàn)面板的各種縱向裂縫和橫向裂縫。當(dāng)路基沉降不均勻及基層出現(xiàn)裂縫等情況路面就會出現(xiàn)各種反射裂縫,因此,在施工過程中路基的整體穩(wěn)定性和路面基層的強(qiáng)度及其重要。路面要嚴(yán)格管理控制好原材料、施工工藝、掌握好最佳施工配合比及水灰比要精心組織施工,最大限度地降低混凝土面板裂縫的產(chǎn)生。
關(guān)鍵詞:水泥混凝土路面 裂縫 防治 養(yǎng)護(hù) 管理
1.引言
隨著我國的改革開放不斷深入和社會主義市場經(jīng)濟(jì)的日益繁榮,物流港航業(yè)發(fā)展速度向雨后春筍及其迅猛。我省的公路交通運(yùn)輸事業(yè)得動了前所未有的迅猛的發(fā)展。為了更好地滿足當(dāng)前大交通密路網(wǎng)的使用要求,緩解當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)瀝青的供應(yīng)矛盾,主干線公路及支線水泥混凝土路面的發(fā)展迅猛。近年來,本縣公路工程建設(shè)市場十分繁忙,水泥混凝土路面的工程大量推廣及普及,我經(jīng)過實際的一線施工和現(xiàn)場管理,在如何防治水泥混凝土路面板斷裂方面積累和掌握了一些自已的工作獨(dú)道經(jīng)驗希望能和大家共同探討研究和分析。
2.裂縫類型的劃分
混凝土的裂縫,按其成因可分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫,按其表現(xiàn)形式可劃分為靜止裂縫、活動裂縫、和尚在發(fā)展中的裂縫。
結(jié)構(gòu)性裂縫:由外荷載引起的裂縫,其分布及寬度與外荷載有關(guān)。這種裂縫出現(xiàn),預(yù)示著結(jié)構(gòu)承載力可能不足或者存在其他嚴(yán)重問題。
非結(jié)構(gòu)性裂縫:有變形引起的裂縫,如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的裂縫。這種裂縫對路面的承載能力影響較小。
靜止裂縫:形態(tài)、尺寸和數(shù)量已穩(wěn)定不再發(fā)展的裂縫。
活動裂縫:寬度在現(xiàn)有環(huán)境和工作條件下始終不能穩(wěn)定、易隨著路面構(gòu)件的受力、變形或環(huán)境溫度、濕度變化而時張、時閉的裂縫。
尚在發(fā)展的裂縫:長度、寬度和數(shù)量尚在發(fā)展,但經(jīng)歷一段時間后發(fā)展將會終止的裂縫。
3.裂縫形態(tài)檢測包括
裂縫長度檢測、裂縫寬度檢測、裂縫深度檢測、裂縫發(fā)展檢測、裂縫長度變化監(jiān)測、裂縫寬度變化監(jiān)測。
4.裂縫成因分析
內(nèi)因:混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)建材料質(zhì)量缺陷,截面尺寸不足、設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)失誤等?;炷两Y(jié)構(gòu)、構(gòu)件因承載力不足而產(chǎn)生的裂縫,開裂只是結(jié)構(gòu)、構(gòu)件承載力下降的一種表面征兆和構(gòu)造性的反應(yīng),并非導(dǎo)致其承載力下降的實質(zhì)性原因,固不可能通過單純的裂縫修補(bǔ)來恢復(fù)其承載功能。
外因:結(jié)構(gòu)超載、位移約束、溫度、收縮、徐變影響、災(zāi)害順壞影響等。
5.裂縫修補(bǔ)作用
抵御誘發(fā)鋼筋銹蝕的介質(zhì)侵入,延長使用壽命通過對混凝土補(bǔ)強(qiáng)保持結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的完整性恢復(fù)結(jié)構(gòu)的使用功能,提高其防水、防滲能力消除裂縫對人們形成的心里壓力改善結(jié)構(gòu)外觀
6.裂縫修補(bǔ)方法
表面封閉修補(bǔ)法、灌縫膠注注射修補(bǔ)法、壓力注漿修補(bǔ)法及填充密封修補(bǔ)法
7.修補(bǔ)的材料
改性環(huán)氧樹脂、改性丙烯酸樹脂、改性聚氨酯、聚合物水泥漿、環(huán)氧樹脂材料等
8.水泥混凝土路面斷板的原因分析
水泥混凝土其主要的施工技術(shù)性質(zhì)包括新拌混合料的工作、初凝、終凝、硬化混凝土的強(qiáng)度、變形及其耐久性。水泥混凝土路面板的斷裂與其施工技術(shù)性質(zhì)和路基強(qiáng)度和基層強(qiáng)度有著直接或間接的關(guān)系。造成面板開裂的因素是很多的,只要在施工中稍微不謹(jǐn)慎隨時都可以出現(xiàn)面板的各種縱向裂縫和橫向裂縫。當(dāng)路基沉降不均勻及基層出現(xiàn)裂縫等情況路面就會出現(xiàn)各種反射裂縫,面板裂縫輕微且不再發(fā)展的,可以采取瀝青灌縫修補(bǔ)防止雨水進(jìn)一步的侵蝕分化。因此,在施工過程中路基的整體穩(wěn)定性和路面基層的強(qiáng)度及其重要。路面要嚴(yán)格管理控制好原材料、施工工藝、掌握好最佳施工配合比及水灰比要精心組織施工,最大限度地降低混凝土面板裂縫的產(chǎn)生。
9.水泥混凝土路面斷裂的有效防治
針對混凝土面板斷裂的原因,我們在混凝土路面施工時重點從以下幾方面進(jìn)行了嚴(yán)格的施工技術(shù)把關(guān)和施工工藝把關(guān),以致達(dá)到提高混凝土抗彎拉強(qiáng)度和降低各種變形應(yīng)力的影響。減少混凝土面板的不必要的裂縫和斷裂。
9.1提高壓實機(jī)具的功率及壓實遍數(shù)保證路基最佳密實度
路基的不均勻沉降會使其強(qiáng)度減弱導(dǎo)致面板折斷,實際工作中要使沉降不發(fā)生是不可能的,因此,為保證路基足夠強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性,尤其要避免嚴(yán)重的不均勻沉降而造成混凝土路面的裂縫和斷裂。如河塘段、半填半挖、橋涵兩側(cè)及新舊路銜接段等靠自然沉降減小沉降的做法在高等級公路施工中是不合適。
路基發(fā)生沉降有兩種情況:一是地基較軟弱,未做好地基的加固處理,其承載能力低于覆蓋在它上面的填土層重力的壓縮變形;二是填土層填筑厚度嚴(yán)重不符合設(shè)計規(guī)范、在同一層區(qū)材料的強(qiáng)度和礦物質(zhì)不同、壓實機(jī)具噸位及遍數(shù)不夠,壓實度小于設(shè)計規(guī)范要求,導(dǎo)致路基強(qiáng)度及穩(wěn)定性必然不足,在自重和外力雙作用力下就會發(fā)生變形,密實度愈小其變形愈大對路面的基層和面層帶來的危害是致命的。
為減少因地基沉降而造成的路基變形,在填筑路基施工前,先清除地基表面的農(nóng)作物、樹木雜草、灌木叢、樹根、種植土、建筑垃圾、鹽澤土以及腐殖土,然后用重型壓路機(jī)械碾壓并且控制壓實功,用環(huán)刀法檢測其壓實度使地基表面壓實度不應(yīng)小于93%。
為使路基有良好的密實度和提高其強(qiáng)度及穩(wěn)定性,減少路基的塑性變形和滲透系數(shù),從而增加穩(wěn)定性,使填土層的沉降量減小到最低限度,填料選擇強(qiáng)度(CBR)和粒徑符合施工圖設(shè)計規(guī)范的要求下結(jié)合現(xiàn)在施工單位的現(xiàn)有碾壓設(shè)備,在填筑路基時應(yīng)該采取“分層填筑”、 “薄層多壓”、“先重后輕”的做法,每層壓實厚度不超過30cm。在有大噸位壓實機(jī)械的條件下,如50噸振動壓路機(jī),重夯以及強(qiáng)夯等,可適當(dāng)增加每層的填筑厚度,具體的層厚應(yīng)根據(jù)試驗路段以及不同的機(jī)械經(jīng)試驗確定。為保證路基強(qiáng)度的均勻,必須強(qiáng)調(diào)“分層填筑”,因不同的區(qū)間及層次有不同的壓實度要求。如在海島施工中,由于路線經(jīng)常經(jīng)過沿海海涂、魚塘、鹽田地基比較濕軟,地基承載力能力相對比較低,在施工過程中,由于當(dāng)時工程工期比較緊,未全面的考慮到路基的沉降,壓實力度不夠。從而導(dǎo)致路面基層出現(xiàn)反射裂縫導(dǎo)致水泥混凝土面層的斷裂,而出現(xiàn)了局部返工。所以說對每一層質(zhì)量都應(yīng)嚴(yán)格控制,做到層層把關(guān)。
9.2.提高路面基層的強(qiáng)度與穩(wěn)定性
混凝土路面的基層必須具有剛度大、整體性強(qiáng)和水穩(wěn)性好。 在內(nèi)陸地區(qū)常用的底基層、基層結(jié)構(gòu)有石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石、石灰土、工業(yè)廢渣類、水泥穩(wěn)定碎石等半剛性基層。石灰土宜作為底基層,不宜作為水泥混凝土等高級路面的基層。石灰土的初期強(qiáng)度和水穩(wěn)性較低,同時干縮,冷縮易產(chǎn)生裂縫。從面層縫隙滲入的水會使石灰土基層表面水化,降低強(qiáng)度,同時也易使面層滑動?;鶎訌?qiáng)度的均勻性及平整度對混凝土面板質(zhì)量影響較大?;鶎邮┕r若拌和不均勻、不同土質(zhì)混雜使用,石灰和土不過篩或粉碎 不好而團(tuán)塊多、平整度差,新老路基結(jié)合部處理的不好等等都會造成基層強(qiáng)度的不均勻、基層平整度差,還會使混凝土面板厚度不一以及由此引起的面板內(nèi)應(yīng)力不等和增加混凝土板底的摩阻力,這在溫度應(yīng)力作用下,易使面板斷裂。為此,在驗收基層交工時,除按中華人民共和國交通運(yùn)輸部頒布的《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的項目外,還應(yīng)增加檢驗基層彎沉值、拌和均勻度、含水量等有關(guān)項目,使基層能給混凝土面板提供均勻而穩(wěn)定的支撐,且能防止唧泥和凍脹等不良影響,保證路面有較好的整體強(qiáng)度和平整度,達(dá)到延長混凝土路面的使用壽命的目的。
6.3施工溫度對混凝土面板的影響
6.3.1 溫度裂縫產(chǎn)生原因
混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中,由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束,又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的 抗裂能力時,即會出現(xiàn)裂縫。許多混凝土的內(nèi)部濕度變化很小或 變化較慢,但表面濕度可能變化較大或發(fā)生劇烈變化,如養(yǎng)護(hù)不周、時干時濕,表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束,也往往導(dǎo)致裂縫?;炷潦且环N脆性材料,抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/10左右,短期加荷時的極限拉伸變形只有(0.6~1.0)×104, 長期加荷時的極限位伸變形也只有(1.2~2.0)×104。由于原材料不均勻,水灰比不穩(wěn)定及運(yùn)輸和澆筑過程中的離析現(xiàn)象,在同一塊混凝土中其抗拉強(qiáng)度又是不均勻的,存在著許多抗拉能力很低, 易于出現(xiàn)裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中,拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān),混凝土只是承受壓應(yīng)力。在素混凝土內(nèi)或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力,則須依靠混凝土自身承擔(dān)。一般設(shè)計中均要求不出現(xiàn)拉應(yīng)力或者只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運(yùn)轉(zhuǎn)時期的穩(wěn)定溫度,往往在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力。有時溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力,因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。
6.3.2 溫度應(yīng)力的分析
根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個階段:
(1)早期:自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束,一般約3天。這個階段有兩個特征,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化,這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。
(2)中期:自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止。一般約7天。這個時期中,溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加,在此期間混凝土的彈性模量變化不大。
(3)晚期:混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。
6.3.3溫度的控制和防止裂縫的措施
為了防止裂縫,減輕溫度應(yīng)力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。
控制溫度的措施:
(1)采用改善骨料級配,用干硬性混凝土摻混合料加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量;
(2)拌和混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度;
(3)熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度,利用澆筑層面散熱;
(4)在混凝土中埋設(shè)水管,通入冷水降溫;
(5)規(guī)定合理的拆模時間,氣溫驟降時進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生急
劇的溫度梯度;
(6)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),在寒冷季節(jié)要對其采取保溫措施;
改善約束條件的措施:
(1)合理地分縫分塊;
(2)避免基礎(chǔ)過大起伏;
(3)合理的安排施工工序,避免過大的高差和側(cè)面長期暴露;
6.4添加外加劑
為保證混凝土工程質(zhì)量,防止開裂,提高混凝土的耐久性,正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑,在實踐中總結(jié)出其主要作用為:
(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,但會使混凝土強(qiáng)度降低。
(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,提高的混凝土抗裂性能。
(6)混凝土在收縮時受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時裂縫就會產(chǎn)生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強(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,表面易摸平,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,我們在工程實踐中應(yīng)多進(jìn)行這方面的實驗對比和研究,比單純的靠改善外部條件,可能會更加簡捷、經(jīng)濟(jì)。
6.5嚴(yán)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對強(qiáng)度起至關(guān)重要的作用。一般都能做到依據(jù)水灰比與強(qiáng)度關(guān)系曲線進(jìn)行計算和選配合理的配合比,但關(guān)鍵是在實際施工中要按采用的配合比嚴(yán)格執(zhí)行,堅決杜絕上料不過秤,標(biāo)定好用水計量器。
在兩條脹縫間盡量選用同一廠家生產(chǎn)的同一品種水泥。特別是脹縫處最好使用同一批號的水泥,避免因水泥不同影響面板混凝土強(qiáng)度的均勻性。
每天每個作業(yè)面至少做兩組試件,以抽檢其配合比和強(qiáng)度。夏季多雨天氣還要隨時檢查其砂石材料的含水量,調(diào)整混凝土的用水量。
6.6認(rèn)真做好混凝土路面的接縫
接縫隨其性能不同構(gòu)造各異。接縫的質(zhì)量直接關(guān)系到混凝土路面的使用效果和養(yǎng)護(hù)成本。
6.6.1脹縫
脹縫施工工藝復(fù)雜,要求高,不合格的脹縫會加劇對面板的破壞,因此脹縫施工時必須認(rèn)真操作。脹縫應(yīng)與路面中心線垂直,當(dāng)遇到斜交橋涵處,應(yīng)設(shè)置不小于3塊板長(約15米)的漸變段,以逐漸調(diào)整縫的方向,并在漸變段內(nèi)配置鋼筋網(wǎng)和傳力鋼筋。縫壁必須上下垂直,縫隙寬度一致。
6.6.2縱縫
簡單的是做成平豎直縫,兩幅面板處的縱縫,用螺紋鋼筋制成的拉桿連接,拉桿位置在1/2板厚處??v縫側(cè)面用石油瀝青均勻涂刷2至3遍,但應(yīng)避免將熱瀝青涂刷在螺紋鋼筋的拉桿上。
6.6.3縮縫
為抵抗混凝土的冷縮應(yīng)力而設(shè)置的縮縫,均應(yīng)使用切縫法。有時也配合使用壓縫法,即在每隔25米先壓一道縫,然后再每隔5米一道切縫,以防混凝土面板過早開裂。
6.6.4施工縫
其位置應(yīng)與脹、縮縫的設(shè)計位置相吻合,其設(shè)置方法和要求與脹縫相同。施工縫應(yīng)盡可能減少,在目前機(jī)械化施工的條件下,大多是以機(jī)械化作業(yè)居多,每個作業(yè)面一般日進(jìn)度為600平方,因而這種施工縫實際上都成了脹縫形式。
6.6.5填縫
填縫是一道仔細(xì)的工序,它的質(zhì)量好壞直接影響到路面的使用和行車的效果。近年來隨著修建混凝土路面的增多,其重要性逐漸被人認(rèn)識。填縫要及時,在混凝土養(yǎng)護(hù)期后立即進(jìn)行。填縫時應(yīng)將縫隙吹干凈,縫隙內(nèi)要干燥,以促進(jìn)縫料與縫壁面結(jié)合緊密不滲水。
6.7重視混凝土的早期養(yǎng)護(hù)
通過實踐證明,混凝土常見的裂縫,大多數(shù)是不同深度的表面裂縫,其主要原因是溫度梯度造成。寒冷地區(qū)的溫度驟降也容易形成裂縫。因此,混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。從溫度應(yīng)力觀點出發(fā),保溫應(yīng)達(dá)到下述要求:①防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度,防止表面裂縫;②防止混凝土超冷,應(yīng)該盡量設(shè)法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩(wěn)定溫度;③防止老混凝土過冷,以減少新老混凝土間的約束。
混凝土的早期養(yǎng)護(hù),主要目的在于保持適宜的溫度、濕度條件,以達(dá)到下述兩個方面的效果,一方面使混凝土免受不利溫度、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進(jìn)行,以期達(dá)到設(shè)計的強(qiáng)度和抗裂能力。適宜的溫度、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,從而推遲或防礙水泥的硬化,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)鍵時期,在施工中應(yīng)切實重視起來。當(dāng)混凝土的達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度100%的時候方可開放交通。
7.結(jié)束語
修一條高等級質(zhì)量的混凝土路面,從立項、批復(fù)、設(shè)計(初步設(shè)計、施工圖設(shè)計)、招標(biāo)、施工、監(jiān)理、驗收之間影響質(zhì)量的因素很多尤其在設(shè)計和施工、監(jiān)理這塊最為明顯,雖然一些理論和施工工藝有待探討和改進(jìn),以上對混凝土裂縫的預(yù)防及養(yǎng)護(hù)管理進(jìn)行了理論上和實踐上的初步探討,我在實踐中的應(yīng)用效果是比較好的,具體施工中要靠我們施工員在施工現(xiàn)場多觀察、多比較、多記錄、 出現(xiàn)問題后多分析、多探討、多總結(jié)、結(jié)合多種預(yù)防處理措施,我想水泥混凝土面板的裂縫是應(yīng)該完全可以避免的。
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8.交公便字[2006]02號《公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南》北京:人民交通出版社,2006
作者簡介
夏代富 1984年11月 男 本科 主要從事公路橋工程施工現(xiàn)場管理,試驗檢測,招投標(biāo)造管理工作
金宇 1987年11月 男 本科 主要從事公路施工監(jiān)理工作
張侃 1983年12月 男 本科 主要從事公路監(jiān)督工作