淺談混凝土路面裂縫與預防措施

裴 明

1 水泥混凝土路面裂縫成因分析

1.1 表層裂縫成因

在水泥混凝土路面上,表層裂縫的主要表現形式為龜裂。即混凝土路面表面上呈現碎小的六角形花紋狀裂縫,裂縫很淺。其產生既有設計上的原因,也有施工方面的原因。

設計方面的原因主要是指混凝土配合比設計不當。如水泥用量過大或砂率過大;外加劑使用不當或者摻量過大,混凝土在重力作用下產生離析而導致這類裂縫產生。就混凝土本身的性質而言,在混凝土水灰比不變的情況下,水泥漿和砂漿含量較多時,其極限拉伸值也較大,因此,如果采用過大的石料粒徑,也容易產生裂縫。

施工方面的原因主要是混凝土澆筑后沒有及時覆蓋所造成的。混凝土澆筑后,尤其是在炎熱的天氣或大風天氣里,如果不及時覆蓋,混凝土表面的游離水分蒸發過快,產生急劇的體積收縮,而此時混凝土早期強度很低,其值不能抵抗這種收縮應力而導致開裂。

1.2 貫穿裂縫成因

1.2.1 縱向貫穿裂縫成因

縱向貫穿裂縫是指水泥混凝土路面發生平行于道路縱軸線方向的貫穿板厚的裂縫。其產生的原因是在路面施工后,由于地基沉降不均勻而導致出現不均勻裂縫,產生斷板現象。如基層碾壓不實,未達到密實標準,產生斷板現象。基層材料攪拌不均,導致基層不均勻沉降,也即由于路基發生局部的不均勻沉陷,如溝槽下沉、路基拓寬部分沉陷、路基未充分壓實等原因導致路面板脫空,產生裂縫。

1.2.2 橫向貫穿裂縫成因

橫向貫穿裂縫是指水泥混凝土路面發生垂直于道路縱軸線方向的貫穿板厚的裂縫。其產生的原因:1)由混凝土本身的性質——混凝土抗拉強度太低造成的;2)由于施工不當——切縫不符合要求所造成的。

混凝土抗拉強度很低,一般只有混凝土抗壓強度的1/17～1/18。混凝土的抗裂性就是指混凝土抵抗干縮變形和溫度變形的能力,這些變形所引起的拉應力,如超過了混凝土的極限抗拉強度時,就發生裂縫。也就是說,這些變形量超過了混凝土的極限拉伸應變值時,混凝土就產生裂縫,過大時則引起貫穿裂縫。

由于溫度和濕度的變化,混凝土會產生體積膨脹和收縮現象,這種變形如受到限制,將會使混凝土內部產生內應力,就有可能產生裂縫。因而水泥混凝土路面上每隔一段距離要設置脹縫或縮縫,而切縫質量的好壞直接影響著水泥混凝土路面的質量。如切縫時間掌握不當,切割不及時;切縫深度不符合要求,切縫過淺;切縫未切到頭等因素均可引起混凝土路面發生橫向貫穿裂縫。

引起混凝土裂縫的成因復雜而繁多,甚至多種因素相互影響,但每條裂縫的產生,總有一種或幾種主要原因。結構混凝土出現裂縫,就其產生原因,大致可分為如下幾種,分別解析。

2 控制和預防裂縫的措施

2.1 防止收縮裂縫的技術措施

2.1.1 縮小施工現場溫度差、濕度差,抑制收縮

1)合理地安排作業時間,盡量避免在中午氣溫高峰時間進行施工,盡可能地把施工時間安排在早上或傍晚。這樣水泥進行水解固化反應時,不會因周圍環境的氣溫驟變而產生較大的影響。2)水箱加蓋、水管掩埋,保證施工用水的溫度。必要時還要對碎石適當灑水降溫,以降低拌合物與周圍環境的溫度差。3)縮短作業延遲時間,把在烈日和旱風下作業的時間縮短到最短,無法避免時可設遮陽棚。4)控制開始養生的時間及條件,保證混凝土養生齡期。應在混凝土澆筑完成,收漿后即開始覆蓋灑水養生,同時要保證覆蓋物表面保持在濕潤狀態,一般養生齡期為7 d。5)因為大風對拌合物的水分蒸發量比高氣溫還要大,所以大風天氣應停止水泥混凝土路面的施工。如不可避免,則要采取必要的防風措施。6)在施工水泥混凝土路面前,還要注意對基層的頂面進行整平及灑水潤濕。這樣可保證混凝土路面厚度均勻,受力和變形均勻,同時減少因基層干燥引起的混凝土路面過分失水。

2.1.2 嚴格控制施工配合比,保證混凝土的自身強度

1)對集料的含泥量要進行嚴格的控制,特別是砂子中夾雜的泥團要篩出,涂裹黏土的碎石要清洗或剔除。2)加強對水泥質量的復檢,特別是水泥的安定性。3)控制好施工水灰比,嚴格按配合比投料。根據混凝土強度與水泥水化的固體產物在有效空間的關系,即強度增長與膠空比的關系,合理地確定施工水灰比,并嚴格按配合比投料是確保水泥混凝土路面質量的重要措施。

2.1.3 及時進行割縫,誘導裂縫在接縫位置展開

1)及時及早鋸切橫縮縫,縫深必須嚴格達到設計要求深度,在縮裂發生前及早形成弱斷面。需要時,還可以考慮在橫縮縫位置的混凝土板底部加設誘導裂縫的木塊,使弱斷面效應更加顯著。2)道路設窨井處,橫縮縫要騎窨井設置(橫縫連線平分井框),使窨井部位自然形成弱斷面與橫縮縫合而為一,否則在井框部位易形成不規則早期收縮裂縫。3)鋸縫設備配置不足時,宜先隔3塊～4塊板跳鋸一條橫縫,最后補齊。不得已時還可以考慮以壓縫代替鋸縫。

2.1.4 提高基層施工質量

水泥混凝土路面基層應具有較高的強度、較高密實度和較好的水穩性。因此,在路基施工中,應嚴格按施工 操作規程進行,做到分層填筑、分層碾壓、分層測試。每層的壓實厚度、壓實度、平整度及路拱都要滿足設計要求和規范要求。

2.2 使用減水防裂劑的作用

1)混凝土中存在大量毛細孔道,水蒸發后毛細管中產生毛細管張力,使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力,但會使混凝土強度降低。這個表面張力理論早在20世紀60年代就已被國際上所確認。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力,提高混凝土的抗裂性能。6)混凝土在收縮時受到約束產生拉應力,當拉應力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會產生。減水防裂劑可有效地提高混凝土抗拉強度,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,在有效防止水泥迅速水化放熱基礎上,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,表面易抹平,形成微膜,減少水分蒸發,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多進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、經濟。

2.3 混凝土的早期養護

混凝土的早期養護,主要目的在于保持適宜的溫濕條件,以達到兩個方面的效果:一方面使混凝土免受不利溫、濕度變形的侵襲,防止有害的冷縮和干縮。另一方面使水泥水化作用順利進行,以期達到設計的強度和抗裂能力。適宜的溫濕度條件是相互關聯的,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。但由于蒸發等原因常引起水分損失,從而推遲或妨礙水泥的水化,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護的關鍵時期,在施工中應切實重視起來。

3 結語

由于設計、施工、使用過程中存在的某些不足,又由于混凝土內在原因及溫度變形、濕度變化、地基不均勻沉陷變形的影響,在水泥混凝土路面上難免發生各種類型的裂縫。但只要嚴格執行施工操作規程和技術要求,在施工中切實抓好基層強度、混凝土的配合比設計、施工工藝、切縫時間和深度、混凝土的養護等各個環節,通過改善混凝土的質量和路面結構并采取有效的澆筑后的防治措施,水泥混凝土路面的裂縫現象是可以避免的。

[1] 朱海英.水泥混凝土路面板的破壞原因及預防措施[J].山西建筑,2008,34(9):291-292.