水泥混凝土路面早期裂縫成因分析及防治對(duì)策

[摘要] 水泥混凝土路面是目前我國(guó)一種主要的高等級(jí)路面。但因?yàn)樵牧稀?strong class="keylink">混凝土配合比、施工等因素的影響, 水泥混凝土路面早期易產(chǎn)生裂縫。文章深入分析了水泥混凝土路面出現(xiàn)早期裂縫的主要原因, 提出了防治早期裂縫的對(duì)策。

[關(guān)鍵詞] 水泥混凝土路面; 早期裂縫; 成因; 防治對(duì)策

[ 中圖分類號(hào)] U 214.1+8 [ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號(hào)] 1671- 4806( 2006) 06- 0016- 02

　　由于水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高、承載能力強(qiáng)、耐磨抗滑、抗凍、穩(wěn)定性好、耐久性好、雖一次性投資較大但養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低、行車安全舒適、呈灰白色利于夜間行車等優(yōu)點(diǎn), 因而從80年代開始在我國(guó)公路及城市道路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用,目前已成為我國(guó)一種主要的高等級(jí)路面[1] (P386)。但是, 受設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、氣候環(huán)境及長(zhǎng)期超負(fù)荷使用等諸多因素的影響, 目前水泥混凝土路面普遍存在裂縫問題, 裂縫的產(chǎn)生已嚴(yán)重影響到路面的使用壽命和使用質(zhì)量, 使維修困難、費(fèi)用高, 水泥混凝土路面的早期開裂已成為影響混凝土路面發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)問題。本文將分析水泥混凝土路面早期裂縫產(chǎn)生的原因, 并提出若干防治對(duì)策。

一、早期裂縫的成因分析

　　水泥混凝土路面早期裂縫的成因, 主要有以下幾個(gè)方面:

1.原材料不合格

　　( 1) 水泥水泥的性能和質(zhì)量是影響水泥混凝土路面的重要因素, 但是在實(shí)際工程中往往沒有引起人們的高度重視, 以至出現(xiàn)這樣兩種情況: 1) 不同廠家或品牌的水泥混雜使用, 由于水泥成分上有差異, 凝結(jié)時(shí)間和收縮率不同而產(chǎn)生裂縫; 2) 水泥礦物成分含量超標(biāo)。試驗(yàn)研究表明, 若水泥中S03含量超過3.1%時(shí), 混凝土干縮逐漸增大, S03含量的差異可使干縮相差至3倍; 若水泥中游離氧化鈣含量大于1.0%,混凝土凝結(jié)后易出現(xiàn)細(xì)小裂紋、脫皮病害, 嚴(yán)重時(shí)可產(chǎn)生大量開裂并直接影響路面的耐久性; 若水泥中堿含量大于0.6%, 則會(huì)與骨料中活性硅產(chǎn)生體積膨脹的堿骨料反應(yīng), 可能使路面在使用中產(chǎn)生后期開裂破壞; 若水泥中硅酸二鈣含量大于15%~37%, 硬化時(shí)易產(chǎn)生較大收縮而產(chǎn)生裂縫; 若水泥中鋁酸三鈣含量大于7%~15%, 會(huì)產(chǎn)生較大水化熱, 干縮嚴(yán)重, 且與SO3水化反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生硫鋁酸鈣, 致使體積膨脹,產(chǎn)生裂縫[2]。

　　( 2) 混凝土集料含泥量及有機(jī)質(zhì)含量超標(biāo)集料的含泥量及有機(jī)質(zhì)含量超標(biāo), 必然會(huì)造成混凝土中水泥石與骨料界面粘結(jié)不良, 容易產(chǎn)生裂縫。

2.混凝土配合比不當(dāng)

　　混凝土中引起收縮的主要是水泥石部分, 過多的水泥用量必然導(dǎo)致較大的收縮, 用水量大, 混凝土的干縮性就大。如果施工中計(jì)量不準(zhǔn), 尤其是未按集料實(shí)際含水量修正配合比, 都易引起混凝土開裂。

3.基層施工質(zhì)量差

　　基層表面施工平整度差, 會(huì)增大基層和面板間的摩阻力,影響面板自由伸縮, 容易在低溫季節(jié)造成路面橫斷開裂?；鶎訕?biāo)高失控, 造成路面厚度不一致, 過薄或厚薄交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中而形成薄弱斷面, 在混凝土收縮時(shí), 難以承受拉應(yīng)力而開裂。基層表面過干會(huì)吸收混凝土的水分, 使底部混凝土失水,收縮不一致, 強(qiáng)度降低, 導(dǎo)致開裂?；鶎訌?qiáng)度不均, 就會(huì)在強(qiáng)度較低處產(chǎn)生裂縫。

4.施工時(shí)氣候影響

　　高溫季節(jié)施工是造成早期裂縫的一個(gè)重要因素, 夏季溫度高, 水泥水化反應(yīng)加快, 混凝土凝結(jié)硬化快, 和易性降低,操作困難, 易造成蜂窩、麻面, 降低密實(shí)度, 水分蒸發(fā)快, 表面易干燥, 養(yǎng)護(hù)不易充分, 造成強(qiáng)度降低, 易出現(xiàn)干縮裂縫。若施工時(shí)大風(fēng)、大雨、溫度、濕度有急劇變化, 晝夜溫差大, 都會(huì)造成混凝土急劇冷縮或干縮, 加快混凝土的應(yīng)力集中速度,致使混凝土出現(xiàn)早期裂縫。

5.混凝土養(yǎng)生不及時(shí)或不足

　　濕脹干縮是水泥混凝土的特性, 如果混凝土養(yǎng)生不及時(shí), 則混凝土表面水分蒸發(fā)過快, 收縮迅速, 而表面和內(nèi)部收縮不均, 由于混凝土早期不能承受較高的干縮應(yīng)力而開裂。如果混凝土養(yǎng)生不足, 則影響水泥的正常水化, 從而出現(xiàn)早期裂縫。

6.切縫不及時(shí)

　　計(jì)算表明, 混凝土收縮應(yīng)力與板長(zhǎng)成正比, 合理和及時(shí)切縫, 可以部分釋放收縮應(yīng)力, 把應(yīng)力集中引導(dǎo)到切縫處的斷面上, 形成規(guī)則分縫[3](P203- 207) , 若切縫不及時(shí)或切縫深度不足, 造成混凝土內(nèi)部應(yīng)力集中, 就會(huì)在混凝土板的薄弱處形成不規(guī)則的貫穿裂縫。

二、混凝土路面早期裂縫的防治對(duì)策

　　為防止水泥混凝土路面產(chǎn)生早期裂縫, 保證工程質(zhì)量,必經(jīng)采取以下防治對(duì)策:

1.保證基層施工質(zhì)量

　　基層施工時(shí), 一定要保證基層的壓實(shí)度和平整度達(dá)到規(guī)范要求, 以減小基層與混凝土面層之間的摩擦力, 減少基層對(duì)面層伸縮的約束。當(dāng)基層成型養(yǎng)護(hù)完成后, 應(yīng)及時(shí)攤鋪混凝土層面, 防止基層暴露時(shí)間過長(zhǎng)而產(chǎn)生干縮裂縫, 否則, 應(yīng)加強(qiáng)基層養(yǎng)護(hù), 保持基層濕潤(rùn)狀態(tài), 直至澆筑混凝土路面。若基層出現(xiàn)裂縫, 在攤鋪混凝土路面前要用油氈或塑料膜將裂縫蓋好, 防止裂縫向上反射。對(duì)于基層標(biāo)高不足的應(yīng)堅(jiān)決返工重做, 禁止采用加鋪拋撒松散基層材料填補(bǔ)標(biāo)高的錯(cuò)誤做法。

2.嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān), 嚴(yán)格控制配合比和水灰比

　　嚴(yán)禁混合使用不同標(biāo)號(hào)、不同廠家、不同種類、不同批號(hào)的水泥, 對(duì)于安定性差、游離氧化鈣超標(biāo)及強(qiáng)度不足的水泥要禁止使用, 應(yīng)選用早期強(qiáng)度高及干縮性較小的普通硅酸鹽水泥或道路硅酸鹽水泥, 標(biāo)號(hào)不低于425號(hào)。

　　采用合格的砂石料, 杜絕不合格材料進(jìn)場(chǎng)。對(duì)含泥量超標(biāo)或有機(jī)質(zhì)超標(biāo)的砂石應(yīng)嚴(yán)格禁止使用。碎石應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、干凈, 符合級(jí)配要求, 最大粒徑不超過31.5mm ( 碎石) 或19.0mm( 卵石) , 砂應(yīng)選用潔凈、堅(jiān)硬、符合規(guī)定級(jí)配、細(xì)度模數(shù)不易小于2.5的中粗砂[4]。

　　嚴(yán)格控制水灰比和用水量, 水灰比通常為0.5~0.55, 當(dāng)采用真空吸水方法時(shí), 水灰比可降到0.35~0.40, 混凝土坍落度在1~2.5cm為宜。拌和用水量應(yīng)準(zhǔn)確稱量, 計(jì)量誤差不得超過±1%, 施工中不得隨意增減。有效控制水灰比, 嚴(yán)格控制配合比,是保證混凝土強(qiáng)度、密實(shí)度及減小混凝土干縮的重要條件,也是防止早期裂縫的有效措施。

3.及時(shí)切縫

　　切縫時(shí)間一般以施工溫度與施工后時(shí)間乘積為200~300個(gè)溫度小時(shí)或混凝土的抗壓強(qiáng)度為8~10MPa比較合適。切縫深度一般為混凝土板厚的1/4~1/5。切縫太淺, 難以控制應(yīng)力集中于切縫斷面處, 混凝土板可能會(huì)在其他薄弱斷面處開裂, 切縫太深, 會(huì)使板塊間傳力作用減弱。

4.采用真空吸水工藝

　　利用真空原理在澆搗后把混凝土內(nèi)的游離水和空氣吸出, 以降低混凝土的孔隙率和水灰比, 增加混凝土密實(shí)度, 提高混凝土強(qiáng)度, 減少干縮, 提高混凝土的早期抗折強(qiáng)度, 這對(duì)防止混凝土早期裂縫極為有利。真空吸水時(shí)應(yīng)避免因吸水墊前后兩次重復(fù)搭接或漏搭而造成過吸或漏吸。吸水時(shí)間一般為10~15min。

5.加強(qiáng)混凝土養(yǎng)生

　　采用優(yōu)質(zhì)養(yǎng)護(hù)劑、草袋覆蓋灑水養(yǎng)生、薄膜養(yǎng)生等, 不要采用沒有覆蓋物僅灑水養(yǎng)生的方法, 養(yǎng)護(hù)天數(shù)應(yīng)根據(jù)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況而定, 當(dāng)采用425號(hào)以上水泥時(shí), 一般養(yǎng)護(hù)應(yīng)達(dá)21天, 當(dāng)采用真空吸水工藝施工時(shí), 至少應(yīng)養(yǎng)護(hù)7天以上。夏季施工時(shí)應(yīng)做好防雨、遮陽(yáng)工作, 避開烈日高溫施工,減少溫差對(duì)混凝土的影響。

三、結(jié)語(yǔ)

　　水泥混凝土路面早期裂縫的成因錯(cuò)綜復(fù)雜, 只要保證基層施工質(zhì)量, 嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān), 嚴(yán)格控制配合比和水灰比, 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)生, 采用真空吸水工藝, 及時(shí)切縫, 同時(shí), 以人為核心, 以預(yù)防為主, 牢固樹立“質(zhì)量第一”的觀念, 科學(xué)組織,精心施工, 嚴(yán)格管理, 層層把好質(zhì)量關(guān), 水泥混凝土路面的早期裂縫是完全可以防止的, 這也必將促進(jìn)我國(guó)水泥混凝土路面的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

　　[ 1] 鄧學(xué)均. 路基路面工程[ M] . 北京: 人民交通出版社, 2002.

　　[ 2] 劉大明. 影響水泥混凝土路面破損的主要原因[ J ] . 中國(guó)市政工程, 1999 , 12 ( 4 ) : 8- 11.

　　[ 3] 陸鼎中. 程家駒. 路基路面工程[ M] . 上海: 同濟(jì)大學(xué)出版社, 2004.

　　[ 4] J TG D40- 2002 , 公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范[ S] .