新建水泥混凝土路面斷板的原因分析

李懷宇,張旭東

(1.黑龍江省哈同高等級(jí)公路管理處賓州管理所;2.哈爾濱市公路工程處)

1 原因分析

1.1 夏季施工沒有采取必要措施避開高溫階段

GBJ97-87《水泥混凝土路面施工及驗(yàn)收規(guī)范》第 4.8.4條(四)規(guī)定:氣溫過(guò)高時(shí)應(yīng)避開中午施工,可在夜間進(jìn)行。并在第 4.8.3條規(guī)定,“當(dāng)混凝土拌合物溫度在 30～35℃時(shí),混凝土板的施工應(yīng)按夏季施工規(guī)定進(jìn)行。”查當(dāng)天施工最高溫度 35℃度,晴天,日照充足,中午 11∶30～14∶30時(shí)是氣溫進(jìn)入最高溫度階段的時(shí)間,此時(shí)還在施工,溫度對(duì)水泥混凝土路面的影響是可想而知的。

1.2 干縮裂縫

在水泥混凝土中,水在水泥石中是以化學(xué)結(jié)合水,層間水物理吸附水以及毛細(xì)水等狀態(tài)存在著,當(dāng)這些水在混凝土硬化過(guò)程中失去時(shí),水泥混凝土本體就會(huì)受縮,這些就是干縮。

混凝土面板在澆筑完成后,經(jīng)過(guò)表面修整抹面后應(yīng)盡快采取措施避免日光曝曬。新澆筑的混凝土,使其表面減少蒸發(fā)量,防止混凝土面板表面迅速失水而產(chǎn)生干縮裂縫。

1.3 冷縮裂縫

在提出這個(gè)問題時(shí),有人會(huì)感到奇怪,在夏季施工時(shí)怎會(huì)產(chǎn)生冷縮裂縫呢?實(shí)際在特定的條件下,人為造成大溫差,使表面迅速收縮,產(chǎn)生拉應(yīng)力造成斷板。和一般材料一樣,水泥混凝土具有熱脹冷縮性能,混凝土板塊的熱脹冷縮都是在相鄰部分或整體性限制條件下發(fā)生的,故熱脹屬于變形壓縮,而冷縮則屬于拉伸變形很容易開裂。水泥的水化過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程,在混凝土硬化過(guò)程中釋放大量熱能,致使溫度上升,在通常溫度范圍內(nèi),混凝土溫度上升 1℃,每 m膨脹 0.01mm,這種溫度變形對(duì)大面積板塊極為不利。有資料表明,水泥水化過(guò)程中的放熱速度是變化的,初始較慢, 25min后增溫,大約在終凝后 12h的水化熱溫度可達(dá) 80～90℃,使內(nèi)部混凝土產(chǎn)生顯著的體積膨脹,而板面溫度隨著晚上氣溫降低,濕水養(yǎng)護(hù)而冷卻收縮,致使混凝土路面內(nèi)部膨脹,外部收縮,產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)外部混凝土的受拉應(yīng)力一旦超過(guò)混凝土當(dāng)時(shí)的極限抗拉程度時(shí),板塊就產(chǎn)生裂縫后橫向斷裂。此外,從最高溫度降溫,由于受到已有基層或已硬化混凝土的約束力,在溫度下降時(shí),就不能自由收縮,就要產(chǎn)生裂縫,這種裂縫大多是貫通路面的。

當(dāng)板溫均勻下降時(shí),其溫度差引起的應(yīng)力可用下式計(jì)算

式中:α為混凝土的線膨脹系數(shù),一般為 1×10-5;P為因溫度應(yīng)力作用時(shí)間長(zhǎng),考慮徐變影響的應(yīng)力松弛系數(shù),一般取2/3;ΔT為溫度差;μc為混凝土各齡期的泊松比,設(shè)為 0.15; Er為混凝土各齡期的彈性模量,MPa。

本段混凝土在施工完成后加塑料布覆蓋,由于氣溫高再加上水化熱的作用,混凝土表面溫度以達(dá)到65～75℃,而施工人員在這種情況下把塑料布揭去人為造成混凝土表面溫差,查當(dāng)時(shí)最高氣溫為35℃,以65℃來(lái)計(jì)算,其溫差為 35-65=-30℃,根據(jù)公式,查有關(guān)資料:在Er=2.5×104MPa; ΔT=-30℃時(shí),則板中的溫度應(yīng)力為

σx=2.5×104×1×10-5×(-30)×2/3/(1-0.15)= -5.88MPa

一般混凝土抗彎拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的 1/8～1/7,即為4.38～5.0MPa,本段水泥混凝土設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度為5.0MPa,可見氣溫驟降 30℃的溫度應(yīng)力在短時(shí)間內(nèi)超過(guò)混凝土的設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度,板塊的橫向裂縫已不可避免。

1.4 切縫不及時(shí)

由于高溫季節(jié)施工,又是在覆蓋升溫的情況下,應(yīng)加強(qiáng)觀察提前進(jìn)行切縫,使混凝土內(nèi)部的拉應(yīng)力釋放在切縫端。

該水泥混凝土路面施工沒有采用真空吸水工藝,再加上夏季施工外加劑中摻有緩凝劑。正常是在下午開始施工,當(dāng)板面成活后,在當(dāng)時(shí)溫度條件下一般都要在 16～18h才可以切縫,而該段混凝土路面在施工過(guò)程中由于在上午施工,經(jīng)過(guò)中午烈日高溫影響,再加上人為覆蓋增溫,因此混凝土板強(qiáng)度形成較快,作為施工人員,應(yīng)當(dāng)隨時(shí)注意觀察,一旦強(qiáng)度允許,及時(shí)切縫。

1.5 施工人員經(jīng)驗(yàn)不足,遇到問題處理不當(dāng)

筆者認(rèn)為,在當(dāng)時(shí)已用塑料布覆蓋的情況下,如果不是揭去覆蓋物而是既然已使用就暫時(shí)不動(dòng),讓混凝土在高溫情況下繼續(xù)保持濕潤(rùn),那么塑料布就會(huì)保證混凝土表面不至于迅速的大量的失去水分,同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生較大的溫差。施工人員應(yīng)加強(qiáng)觀察,在高溫高濕情況下混凝土強(qiáng)度上升很快,及時(shí)切縫,這樣就可以減少斷板,甚至不斷板。

綜上所述,該段混凝土產(chǎn)生連續(xù)斷板的因素是多方面的,而且是相互作用的。因此,通過(guò)這次問題的出現(xiàn),給了我們以下的啟示。

2 防止混凝土斷板的主要措施

(1)夏季施工,必須避開高溫時(shí)間,這是防止裂縫和斷板的最有效的方法。

在這段問題出現(xiàn)之后,后面的工程都采用了午后 3～4點(diǎn)開始施工,一直施工到深夜的時(shí)間段,再加上其他措施得當(dāng),施工了 3萬(wàn)多m2的混凝土路面目前尚未發(fā)現(xiàn)一塊斷板。

(2)對(duì)已完成的混凝土板面,應(yīng)注意防止表面失水太快,形成干縮裂縫,一般都是采用噴灑養(yǎng)護(hù)劑及遮雨棚防止曝曬的形式來(lái)避免。

(3)防止冷收縮,特別在施工中突然遇到雷陣雨氣候的情況,應(yīng)及時(shí)采取措施,對(duì)已形成強(qiáng)度的混凝土板應(yīng)加快切縫進(jìn)度,減少冷收縮裂縫的產(chǎn)生(這也是GBJ97-87規(guī)范附錄三中規(guī)定的)。更不要人為的造成溫差,要做好保溫保濕工作。

(4)要根據(jù)不同情況,及時(shí)作好混凝土板面切縫工藝,并保證一定的切縫深度,使切縫部位足以釋放混凝土板內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力,不至于產(chǎn)生斷板現(xiàn)象。