水泥混凝土路面具有使用壽命長、強度高、穩定性好、耐久性好及養護費用少、經濟效益高等優點,在公路工程和市政工程中得到廣泛應用。但是隨著使用時間的的延長,也隨之會產生常見裂縫等質量通病,它影響混凝土路面使用的耐久性,又影響到行車的舒適和安全。
1 水泥混凝土路面裂縫產生的原因
1.1 路基沉降的影響
(1)壓實遍數不合理、壓路機噸位偏小、填土松鋪厚度過大、碾壓不均勻、路基填筑寬度不足、局部有漏壓現象均影響路基沉降。
(2)軟弱地基未進行加固處理或處理不到位、含水率過大、出現“彈簧”現象都會影響路基沉降。
(3)路基填料混雜或壓實度不足,特別是構造物(雨、污檢查井等)附近壓實機械難以施工,導致該部位壓實度達不到設計要求。易產生沉降變形。
(4)路基填土速度過快,特別在高填方路基更加沉降變形更加明顯。
1.2 混凝土原材料的影響
(1)水泥混凝土路面所采用的水泥質量不達標,其必然導致拌和的混凝土強度無法保證。
(2)當水泥標號選擇過高或水泥用量偏大時,混凝土開裂的機率將會增加。
(3)進場的砂、石骨料如雜質多、含泥量高,會影響水泥與骨料的粘接,導致混凝土強度偏低,易產生裂縫。
(4)級配不合理、石子強度不達標、石子粒徑偏小、砂率過大、水泥用量過高、水灰比偏大、坍落度偏大時都會產生收縮裂縫。
1.3 施工方面的影響
(1)水灰比直接影響混凝土強度。如果水灰比過高或過低,由于混合過程中測量不準確,會增加早期裂紋的概率。
(2)當運輸條件較差,運輸時間過長時,混凝土易產生“離析”現象,影響混凝土性能,導致水泥混凝土板早期開裂。
(3)在施工過程中,若因漏振、振搗次數不足或振搗過早而拆除模板,容易使混凝土表面或邊緣開裂。
(4)未能控制好切縫時間或切縫的深度,也會導致路面產生橫向裂縫。特別是切縫時間較遲的。
(5)在養護過程中未及時灑水養護或不能保證路面中的養護水分,導致水分蒸發,都將產生路面裂縫。
1.4 環境氣候的影響
(1)夏季高溫照射下,會導致混凝土骨料(砂、石子)溫度過高,從而使混凝土拌和集料的溫度也過高,混凝土早期熱量升高,進而影響混凝土內部應力平衡,易形成裂縫。
(2)當外界溫度變化較大時,由于混凝土結構熱傳導性較差,此時混凝土表面溫度就會隨著外界溫度的變化產生快速的變化,但其內部還保持著原來的溫度狀態,使得不同部位的混凝土溫度不同,導致溫度變形出現,產生較大的溫差應力,易使混凝土路面出現變形裂縫。
1.5 混凝土收縮的影響
(1)在水泥混凝土初凝過程中,水泥的水化反應會釋放大量的水化熱,導致水迅速蒸發,造成失水收縮,即物理收縮。
(2)在混凝土水化過程中,部分水參與水化反應,導致混凝土體積和體積收縮減小,隨著混凝土用水量和水灰比的增加而增大,即化學收縮。
1.6 荷載原因的影響
在水泥混凝土路面養生期,其強度未達到設計強度,提前開放交通,以及正式通車后使用期間嚴重的超載,超載的荷載遠遠大于混凝土的設計強度,造成其內部結構嚴重損傷,進而出現貫穿裂縫,嚴重時混凝土路面會出現斷板現象。
2 水泥混凝土路面裂縫防治措施
2.1 施工人員
(1)為提高水泥混凝土路面質量,必須選擇有豐富經驗專業的路面施工隊伍。
(2)加強施工過程管理,安排責任意識強的質量管理人員,對現場進行跟蹤管理。
(3)在開工前,制訂獎勵和處罰措施,獎優罰劣,實行優質優價。同時對相關技術管理人員和施工人員進行技術交底,提高質量意識。
2.2 機械設備
(1)水泥混凝土拌和宜選用間歇拌合廠或連續攪拌樓,嚴格按照配合比進行準確測量,保證水泥混凝土的拌和質量。
(2)混凝土運輸過程中,為避免混凝土運輸過程中的泌水、離析、滲漏等質量問題,宜采用混凝土運輸罐車。
(3)混凝土攤鋪設備首選滑模攤鋪機和三輥軸裝置,大大提高了工作效率和混凝土攤鋪質量,減少了裂縫的發生。
2.3 材料選擇
(1)原材料進場時,嚴格按規范對水泥、粗細骨料、外加劑等進行檢測試驗,試驗結果不合格的材料不得投入使用。
(2)根據設計的要求選擇符合混凝土強度等級的水泥,宜選用高標號低水化熱的水泥,減少水泥用量和水化熱,并降低混凝土的水灰比,減少因收縮產生的裂縫。
(3)優選摻合料及外加劑。降低水泥用量和水化熱,提升混凝土的工作性能,以減少裂縫的發生概率。
(4)合理確定混凝土配合比,選用級配優良、含泥量低的砂、石骨料,合適的砂率。
2.4 施工工藝
(1)嚴格控制路基及路面基層的施工質量,主控項目(如:平整度、壓實度、標高、厚度、彎沉等)合格率達到100%,一般項目均要達到80%以上;同時必須控制路床的填料,盡量采用水穩性好、強度高的砂性土,減少路面裂縫的發生。
(2)加強路基碾壓質量,如路基填挖交接處、舊路加寬處、檢查井周邊等薄弱環節,必要時可采取增加鋼筋網片、土工格柵等加固措施防止路基沉降而反射到混凝土路面產生裂縫。
(3)關注混凝土施工的振搗質量,不得漏振、過振或振搗不均勻,對模板縫隙要進行處理防止漏漿,常采用模板面增加通長的塑料薄膜。
(4)水泥混凝土初凝前重新振搗或多次反復抹面,加強濕潤覆蓋養護能消除混凝土早期收縮裂縫。
(5)混凝土路面的脹縫、縮縫、施工縫嚴格按設計圖紙及施工規范要求組織施工,并及時切縫,切縫深度符合要求,保證路面混凝土內應力得到及時釋放,避免裂縫的產生。
(6)選擇正確的切縫時間,是有效減少混凝土內部拉力不均勻的重要措施。過早的切割會出現裂縫參差不齊的現象,切割時間太晚,混凝土路面的內部應力無法釋放,導致混凝土路面出現裂縫。通常切縫時間以混凝土強度達到設計強度的25%~30%時進行切縫。
2.5 環境影響
(1)夏季高溫時嚴禁采用高標號早強型水泥;可摻入適量的緩凝劑、保塑劑等外加劑,降低混凝土水化反應速度;澆筑前對基層及模板充分灑水濕潤;盡量避免高溫時段澆筑混凝土,選擇早晨、傍晚或夜間相對低溫的時段進行混凝土澆筑。
(2)冬季低溫施工宜選擇水化熱大的早強型水泥,可適當摻加早強劑、防凍劑等外加劑;當拌合溫度低于10℃、攤鋪和養生溫度低于5℃時,可采用熱水拌合或加熱砂石材料,拌和用的熱水不得高于80℃;另外應加強冬季混凝土保溫保濕養護,應特別嚴防混凝土受凍。
(3)雨季施工時須特別注意施工配合比(水灰比)的控制,加強砂石骨料含水量的實時檢測,動態調整施工配合比用水量。
(4)大風天施工應采取相應措施防止表面游離水分蒸發過快,體積急劇收縮,造成混凝土收縮開裂。
3 結語
水泥混凝土路面開裂主要有材料、施工、沉降、收縮、環境、荷載等原因引起,更多的情況上述多原因共同作用產生的結果。從人員、機械、原材料、施工工藝、環境五大生產要素提出預防裂縫的防治措施,以提高水泥混凝土路面施工質量、減少水泥混凝土路面裂縫的產生、延長路面使用壽命具有重要的意義。