淺析水泥砼路面施工質量控制

張有壽

[摘要]水泥混凝土路面,是以水泥漿為膠凝材料,以粗細骨料為強度剛架形成強度的一種高級路面。混凝土路面應有足夠的抗拉強度和抗彎拉強度,同時對各種不利應力進行控制。

[關鍵詞]水泥混凝土路面施工質量控制

中圖分類號:TU7文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0710091-01

一、前言

水泥混凝土其具有剛度大、強度高、耐磨特性好、整體性與穩定性優等特點因此在道路路面工程中得到廣泛應用。水泥混凝土路面,是以水泥漿為膠凝材料,以粗細骨料為強度剛架形成強度的一種高級路面。但是水泥混凝土路面,受施工工藝、使用環境等因素的影響,也會發生病害。因此,嚴格控制水泥混凝土路面施工質量是保證水泥混凝土路面安全運行的首要前提。筆者通過自己10多年的公路工程施工經驗,從引起混凝土路面裂縫的原因分析開始,簡要的談談對水泥混凝土路面施工質量控制的一些看法,同廣大同行一起切磋。

二、水泥混凝土路面質量問題與施工控制

(一)強度偏低。一般混凝土路面設計強度等級為C35,設計抗折強度為4.5MPa。由于施工的不均勻性、組成材料的質量(包括水泥、碎石與砂骨料材料的級配)不符合技術要求、施工工藝不妥、振搗不密實、過早通車、養護不規范、配合比不正確、施工時嚴重偷工減料等原因,往往實際的混凝土路面強度達不到設計強度。混凝土路面板在車輪軸載的反復作用產生荷載應力與其它應力共同作用之下,當應力的不利組合達到或超過其強度應力時,便產生裂縫,如此繼續作用,將導致混凝土破壞。這類破壞的特點是:不通車不開裂。通車后,裂縫愈早出現,說明強度愈低。這是路面破壞的主要原因,屬施工質量問題。因此,在施工過程中應加強技術、質量管理,嚴格按《路面施工規范》施工。質量控制措施:

1.嚴格控制原材料質量。水泥、碎石、砂、水等原材料在使用前必須按《規范》規定,進行一系列的試驗與檢驗,不符合技術要求的、不合格的不得使用。2.進行配合比設計、并正確投料。3.粗、細骨料要根據篩分試驗數據,結合《規范》控制級配合理。4.嚴格控制混凝土路面各工序的施工工序質量,尤其要注意“振搗密實”。雖然密實度對強度的影響,筆者還沒有掌握兩者之間準確的數學關系,但筆者在施工過程中發現,在同樣的施工條件下,振搗密實處出現的裂縫與鄰板不振搗或只用平板式振動器振搗所產生裂縫相差甚遠。5.加強養護,防止在混凝土路面強度未達到設計強度時,開放交通。

(二)基層強度與剛度不足。混凝土路面基層是為保證路面的整體強度,防止唧泥和錯臺,延長混凝土路面使用壽命的重要結構層。具有調節路面板與土基之間的關系,使路面整體結構比較經濟、合理的功能。

一般地,基層的作用主要有:

1.調節路面板與土基之間的受力狀態,使土基在規定的路面使用年限內,不發生過大的積累變形,以便使路面板在均勻堅實穩定支承的基礎上保證其正常的使用壽命。車輪荷載通過路面板對其支承體地基(土基、墊層或基層)的作用不論是單位壓力還是作用頻率,在各個部位是不相同的。實踐和研究實驗表明,在輪載的反復作用下,在板邊、角之下的地基比板中之下的地基會產生較大的塑性變形,使部分地基與板底之間失去緊密的接觸條件,造成板下的局部脫空現象,使板內產生附加應力而導致板的過早破壞。

2.基層的另一個作用是緩和或降低水、濕度對土基的影響,防止唧泥現象。所謂唧泥,是指在混凝土板的接縫、裂縫或邊緣部位的土和水的混合物,在輪載的反復作用下,產生強制性位移,導致路面板失去均勻支承而產生破壞。在實際施工中,施工現場技術人員往往有片面要求基層的表面光潔平整,而有意加大施工用砂量的錯誤,甚至外加石粉、石屑,而導致基層排水性能減弱。雖然施工定額中,水泥穩定碎石,只有統料碎石,但是施工中往往加砂混合,一般加砂量為700-800Kg/m3。實際上,在施工時控制粒徑0.05-0.5mm的用量以200-300Kg/m3是比較合適的。

(三)溫度應力。水泥混凝土路面直接暴露在大氣中,一年四季大氣溫度周期性的變化及每一天白晝黑夜氣溫的變化,使得混凝土路面的溫度也隨之產生周期性的變化,使混凝土路面產生收縮與膨脹等變形。一旦路面因溫度變化所產生的變形受到約束,不能自由伸縮,路面將產生巨大的溫度內應力,同時,混凝土路面的表面同大氣直接接觸,直接受到外界溫度的影響,而且熱量向路面內部傳導仍需一定的時間。在晚間,大氣溫度下降,混凝土路面表面散熱快,內部散熱慢,也一樣會出現同一截面溫度不一致、不均勻。因此,水泥混凝土路面的溫度應力主要有二類:一類是溫度不均勻上升或下降時引起板的熱脹冷縮而在板內產生熱壓應力或收縮應力;另一類是由板截面上溫度不一致引起的翹曲應力。當溫度內應力超過容許范圍,路面板即產生裂縫或被擠碎而破壞。

1.收縮應力。混凝土路面在外界溫度下降時,產生收縮。由于路面板和基礎之間存在摩擦阻力的約束,而且這種摩阻力不同于一般認為的面板底部與基礎表面之間的滑動摩擦。由于現場澆筑混凝土的水泥漿滲入基礎,與基礎表層材料粘結成整體,當板面出現滑動趨勢時,阻力來自基礎材料內部的水平抗剪力,且這種摩阻力遠遠超過一般的滑動摩阻力。因此這種約束引起路面的收縮應力。未設接縫的混凝土路面板在溫度下降15度時,如取Eo=30000MPa,Mc=0.15,T=-15度,最大收縮應力可達5.29MPa。這一應力作用于新澆筑的混凝土路面,由于混合料在終凝以后很短的時間內容許拉應力極低,混凝土路面通常會出現橫向貫穿裂縫,以后在輪載的作用下,將出現唧泥而破壞。所以在施工時,應盡量控制工作溫差,并按規定及時鋸切縮縫,同時,提高基層的平整度,以減少基層與面層之間的摩阻力。

2.翹曲應力。由于砼板、基層、土基的熱導性能較差,當氣溫變化快時,砼板面與板底產生溫差,因而板底與板頂的脹縮變形大小不同。這些變形又將受到板的自重、地基反力和相鄰板的鉗制作用,因而產生溫度翹曲應力。實踐表明,水泥混凝土路面板長控制在5米左右時,一般很少因溫度翹曲應力作用而破壞,同時按翹曲應力控制確定的縮縫間距一般都小于按混凝土均勻收縮控制所確定的縮縫間距,因此,前者能滿足,后者便能滿足要求。這也是《規范》中規定的縮縫間距取值的依據所在。在施工中,為了控制翹曲應力影響破壞混凝土路面,一般按《規范》規定要求進行施工,同時,避免嚴冬卜霜期施工,就能基本解決問題。溫度應力引起的混凝土路面的裂縫,一般在施工的第二天便能發現,因為混凝土的早期強度低。實際上,荷載應力的最大值與溫度翹曲應力的最大值在板面的同一位置、同一時刻產生的幾率并不高。因此,可采用較大的強度折減驗算路面板的強度。經驗算,縮縫間距4-6米時,均能滿足要求。

參考文獻:

[1]公路養護與管理[M].北京:人民交通出版社,2000,80-81.

[2]水泥、混凝土路面裂縫的預防[J].中國公路,1999,18.