淺談水泥混凝土路面開裂的原因及預防措施

馬永杰

水泥混凝土路面是一種剛度大、擴散荷載能力強、穩定性好的路面結構。但混凝土的一些質量問題也給工程帶來影響,其中開裂就是一個問題,應引起管理和施工人員的充分重視,這將會對自己的經濟帶來一定的效益,也對整個工程的質量起著舉足輕重的作用。

1 開裂產生的原因

1.1 原材料不合格

1)水泥的安定性差,強度不足。水泥中的游離氧化鈣凝結過程中水化很慢,水泥凝結硬化后還在繼續起水化作用,當游離的氧化鈣超過一定限量時,就會破壞已經硬化的水泥石或使抗拉強度下降;2)集料含泥量及有機質含量超標。水泥混凝土中水泥石與骨料的界面粘結不良往往是產生初期開裂的薄弱部位。

1.2 混凝土配合比不當

1)單位水泥用量偏大。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會導致較大的收縮;2)水灰比偏大。偏大的水灰比,增大了水泥水化初期骨料表面的水膜厚度,影響了混凝土的強度。

1.3 現場施工的原因

澆灌混凝土時,振搗或插入不當,過振、漏振或振搗棒抽撤過快,均會影響混凝土的密實性和均勻性,在密度小的區域混凝土面板下部多呈蜂窩和空洞狀,形成了承受應力的薄弱部位或區域,從而誘導開裂的產生。

1.4 路基不均勻沉降的原因

壓實度不足或壓實不均勻路段,在路面長期使用過程中,由于水溫條件的變化和行車荷載作用,路基產生不均勻沉降,致使沉降量不同的結合面產生錯臺,面板由于荷載作用導致開裂。

1.5 切割時間的原因

當水泥達到終凝時,水泥混凝土即將凝固成型,這時水泥混凝土體收縮變形也在不斷進行,并產生了較大的拉應力,當混凝土路面面板與基層之間的摩擦力大于這個成型凝固產生的收縮拉應力時,在混凝土面板承受拉應力最薄弱的位置就會被拉斷而產生開裂。這是因為沒有及時準確地切縫,才導致開裂的。

1.6 養護原因

在水泥混凝土路面施工中,養護是一道十分重要的工序,對保證其強度和預防裂縫產生有著一定的影響。在養護中,由于養護方法不當、灑水量不夠或時間較短,使混凝土表面水分不夠或蒸發過快或養護時間不夠,常常使混凝土表面產生收縮開裂。

1.7 氣候溫差原因

當施工環境的溫差大、氣候干燥時,如果不注意混凝土的澆灌時間及防護措施,其混凝土表面也極易出現開裂。

2 開裂的預防措施

2.1 設計方面

1)充分考慮混凝土路面的厚度、設計尺寸,應保證在設計使用年限內的正常使用;2)設計全面的排水系統,確保地表水、地下水不會對路基、路面造成侵蝕破壞。

2.2 施工中嚴把原材料關

原材料是構成混凝土路面的主體,如果由于施工中管理不嚴,購進材料質量低劣,那么這樣的材料組成的混凝土路面面板的彎拉應力就達不到設計要求,很容易在施工期間產生不規則斷裂。所以,必須要按照配合比設計要求進行原材料選擇,以確保工程質量。

2.3 嚴把工程質量施工關

在施工中要經常檢查骨料的級配和雜質,合理選擇好混凝土的設計坍落度,如發現所購進的骨料級配與原試驗級配不符時,必須及時調整施工配合比,同時還要檢查含泥量,使其不能超標。而在施工中最應注意的是水灰比的控制,單位水泥用量要精確,誤差值控制在1%以內,用水量誤差不超過1%,外加劑控制在2%以內。因此,在施工中要嚴格把住混合料的配比關,特別是水灰比這一關。

2.4 控制基層質量

當基層表面凹凸不平,不僅會使面板與基層間的摩擦力增大,而且使面板下面的摩阻力形成不均勻的片狀區,這樣在不均勻片狀區的邊緣部位和摩阻力集中的區域就最容易形成開裂;另一方面,當基層標高低時,澆筑的混凝土面板就偏厚,而切縫深度又是按正常板厚實施的,這樣在混凝土凝固過程中產生的拉壓力的作用下,就會在面板相對比較薄的部分產生不規則裂縫,因此必須使基層的壓實質量達到規定的壓實值和彎沉值,保證路基有足夠均勻的強度、穩定性。

2.5 在施工中必須振搗均勻密實

澆搗時,振搗棒要快插慢拔,根據不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間,避免過振、漏振,振搗速度應緩慢而均勻,連續不間斷行進,再采用二次振搗,以排除混凝土內部的氣泡和水分;也可以用振動板縱橫交錯地進行振搗,最后使混凝土均勻密實。

2.6 正確安裝傳力桿可以防止裂縫

在混凝土澆筑過程中,要始終保持施工作業的連續性,一旦出現間斷作業,必須設置一道施工縫,并布置傳力桿,傳力桿的安裝設置必須遵照規范要求,按設計進行,使傳力桿與道路中心線及路面平行。如果傳力桿安裝偏斜,定位精確度不足時,則在傳力過程中會將混凝土頂壞,從而形成裂縫。

2.7 在施工中盡量避免產生較大的溫差效應

溫差效應過大或突變,容易造成混凝土面板強度的形成不同步。當氣溫高時,上部強度的形成比下部要慢。在這樣的情況下,面板強度的形成不同步,容易出現翹曲變形,一旦有不規則裂縫發生就會使強度較低部位拉斷開裂,所以在施工中要注意盡量避免溫差大天氣或大風天氣施工或者當混凝土澆筑完畢后立即采用遮陽灑水,噴灑養護劑等措施,使混凝土體的表面始終保持潮濕,確保晝夜溫差不至太大,以預防混凝土路面開裂。

2.8 正確地在縱坡變化處、平曲線及構造物結合部設置脹縫

縱坡變化處、平曲線及構造物結合部都是應力應變集中的位置,在此處設置脹縫,是減少或釋放應力應變的最佳方案,它可以大大降低在此處的斷板率。

2.9 及時準確地切縫是預防裂縫的有力措施

切縫的時間一定要在產生最大收縮應力之前,在混凝土抗壓強度達到1.1 MPa～1.4 MPa之間時,進行切縫才有效,切縫深度約為板厚的1/4～1/3,不宜切縫太淺或太深,這樣可以有效地引導混凝土路面開裂在預定的切縫位置上斷裂,避免了不規則裂紋的產生。

2.10 邊界影響的控制

1)有中央分隔帶、路緣石等結構物施工時,應在與混凝土路面接觸處涂刷瀝青,使雙方自由伸縮;2)基層養生結束后,要及時澆筑水泥混凝土路面,以防止基層因暴露時間長而產生干縮裂縫,預防因基層裂縫反射到混凝土路面上來。

2.11 加強混凝土的養護

在混凝土裂縫的防治工作中,對新澆筑混凝土的早期養護工作尤為重要。對新澆筑完的混凝土要及時覆蓋養生,一定要按規定的天數和灑水次數進行混凝土養護,使混凝土表面始終保持濕潤狀態。當混凝土達到設計彎拉強度后,方可開放交通。

所以,在工程施工中,要針對工程實際情況,認真分析水泥混凝土路面開裂的原因,對癥下藥,抓好每一個環節,采取行之有效的質量控制措施,減少混凝土路面開裂的數量,進而提高行車的舒適性,延長水泥混凝土路面的使用年限。

隨著當今我們對混凝土性質研究的不斷深入,技術水平的不斷提高,相信混凝土開裂的問題將會逐漸得以圓滿地解決。

[1] JTG D40-2002,公路水泥混凝土路面設計規范[S].

[2] JTG F30-2003,公路水泥混凝土路面施工技術規范[S].

[3] 張勝榮.水泥混凝土路面損壞原因及其解決辦法的探討[J].山西建筑,2008,34(36):279-280.