水泥砼路面裂缝浅析

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  [摘 要] 浅析水泥砼路面裂缝产生的原因及处理措施。
  [关键词] 砼 路面 裂缝 浅析
  
  一、引言
  随着西部改革开发进一步的深化,特别是对公路投资力度的加大,高等级公路进入了蓬勃发展的阶段。许多公路仍采用刚性路面-砼路面。但在施工过程中,砼面层裂缝已成为一种质量通病影响路面的质量要求和美观。因此,在施工过程中找出水泥砼路面裂缝原因,并及时采取预防措施甚为重要。
  二、水泥砼路面裂缝的原因
  当混合料拌和不均,运输中出现漏浆、离析或运输时间过长时,会使路面面板砼质量受到严重影响,出现开裂断板。
  砼在浇筑过程中,用人工摊铺时,要特别注意不要抛掷或耙耧,应该用锹反扣,从而防止砼拌和物的离析,同时还应注意要均匀摊铺,不要使工作面参差不齐,影响振捣。振捣是使砼密实的重要手段,振捣必须均匀有序地进行,不能杂乱无章地随意振捣,出现过振或漏振,造成砼强度不均匀,也会导致面板断板。一般情况下,砼的振捣先从靠边角的地方插入振捣器顺序振捣,再用平板振捣器纵横交错地全面振捣,最后用振动梁振捣拖平。
  砼浇筑抹平后进行做面,做面要根据当时的气温进行,在夏天烈日曝晒或干旱风吹时,要尽快做面,甚至采取遮阳挡风措施,不能出现析水或干缩裂缝。
  砼做面完毕后,要及时进行养生加缝(假缝)。养生一定要及时,在炎热的夏季,采用草袋、草帘在砼终凝以后加以覆盖,并均匀洒水,使砼保持潮湿状态是非常重要的,当强度达到40%左右时即可进行切缝,防止砼面板无规则开裂形成断板。
  因此,施工中断板原因归纳为如下几个方面:
  1、面层施工工艺不当
  1)搅拌不足或过分,振捣不密实,形成的砼强度不足或不均匀,易导致早期开裂断板。振捣时间不宜过长,否则会造成分层,粗颗粒沉入底层,细颗粒及水留在上层,强度不均匀,表面收缩裂缝增加。
  2)砼拌和时,如果水泥和集料温度过高,再加上水泥的水化热会使砼拌和物的温度很高,在冷却、硬化过程中会使温差收缩加大,导致开裂。
  3)砼浇筑间断。因停电、机械故障、运输不畅、气候突变、停料等原因使砼浇筑作业中断,再浇筑时未按施工缝处理,新旧砼由于结合不良和收缩不一致会形成一条不规则的接缝。
  4)养生不及时或养护方法不当。尤其是气温高、湿度小、风速大的不利条件下,就会使砼表面水分蒸发太快,从而形成干缩裂缝。
  5)切缝不及时。由于机具故障或操作人员切缝时间掌握不准确或切缝深度不足,造成砼应力集中,在砼板的薄弱处形成不规则的贯穿裂缝。
  6)施工车辆过早通行。某些施工作业面,由于受到地理条件的限制或因砼养护作业需要在砼强度不足条件下过早地通车,产生荷载应力,这是产生裂缝的又一个原因。
  7)采用真空吸水工艺时,如果因两吸垫之间未重叠而导致漏吸,则漏吸处水灰比较两侧大,砼强度较低,收缩也大,会形成薄弱环节而开裂。如果真空吸水参加控制不好,两吸垫交界处也因两边的拉力过大而开裂。
  8)传力杆安装不当,上下翘曲,则在砼伸缩和传力过程中砼就会被破坏,形成裂缝损坏。
  9)在日温差较大的季节和地区,砼表面修整过程中,要避免阳光直射,整修后要及时覆盖养生,防止砼白天过多的升温,造成夜间降温时收缩过大。
  2、基层施工原因
  1)基层标高失控,造成路面厚度不一致,过蒲或厚薄交界处将成为薄弱断面,在砼收缩时,难以承受拉应力而开裂。
  2)基层不平整会大大地增加其与砼界面的摩阻力,易在较薄弱路面开裂。
  3)用松散材料处理基层标高失控或不平整时,上层砼拌和物的水分或砂浆会下渗或被基层吸收,使下部砼变得疏松,强度下降。
  4)基层干燥会吸收砼拌和物中的水分,使底部砼失水,强度降低,导致开裂。
  5)路基发生不均匀沉降,导致砼路面开裂,一般路基不均匀沉降主要发生在:
  ①填挖相交断面处,半填半挖结合处,新老路基交接处,土基密度不同部位。
  ②软弱地基、湿陷性黄土以及采空区、陷穴等特殊路段。
  ③桥涵、构造物附近压实机械难以施工的部位。
  ④路基不同填料的界面或层面。
  ⑤压实度不足。
  压实不均匀路段,在路面长期使用过程中,由于水温条件的变化和行车荷载作用,路基产生不均匀沉降,致使沉降量不同的结合面产生错台,面板由于荷载以致断裂。
  3、材料原因
  1)原材料不合格
  ①水泥安全性差,强度不足。水泥中的洲离氧化钙(f-CaO)在凝结过程中水化很慢,水泥凝结硬化后还在继续起水化作用,当f-CaO超过一定限量时,就会破坏已经硬化的水泥石或使抗拉强度下降。水泥强度不足也会影响砼的初期强度,使开裂断板的机率大大增加。水泥的水化热高、收缩大,也易导致开裂。
  ②集料(砂、碎石等)含泥量及有机质含量超标。水泥砼中水泥石与集料的界面粘结不良,往往是产生初期开裂的薄弱部位。集料的含泥量和有机质含量超过规范要求,必然会造成界面缺陷,容易开裂。另外,有资料表明,在同样的水灰比条件下,石灰岩、石英岩等亲水性集料与水泥石界面粘结力大,花岗岩等亲水性差的集料则反之。
  2)砼配合比不当
  ①单位水泥用量偏大。砼中引起收缩的主要是水泥石部分,过多的水泥用量,必然会导致较大的收缩。
  ②水灰比偏大。水泥完全水化所需的结合水最低水灰比约0.26-0.29,施工中采用较高的水灰比是为了满足和易性需要。但偏大的水灰比,增大了水泥水化初期集料表面的水膜厚度,影响了砼强度。
  ③施工中计量不准,尤其是未根据集料中的含水量及时调整用水量,会影响砼的配合比的准确性,从而影响其初期强度。
  ④一般情况下,砼配合比按“饱和面干”状态设计,如使用长期在日光曝晒下的过于集料,会大量吸收拌和用水而影响水灰比的准确性,影响砼强度。
  4、边界原因
  1)在双幅路面施工中,已浇筑一边的缩缝在另一边未开始浇筑前已经裂通,气温下降一定幅度时,断裂的缩缝两边砼板收缩,这样后浇筑还未切割的砼板受到较大的拉应力,而这时其砼强度还较低,当拉应力大于砼初期抗拉强度时,就会在先浇筑板缩缝对应位置发生不规则裂缝。
  2)有中央分隔带路缘石等的高速公路和街道施工中,路缘石常设有砼平基背座,由于路缘带先于路面施工,当温度下降时路缘带本身会收缩,路缘带下半部具有粗糙面会带动初期强度很低的砼面板在路缘带裂缝处产生边界裂缝。
  3)同样原因,如果基层稳定层已经发生裂缝,裂缝两边基层在气温下降时收缩,由于摩擦力作用,同样也会带动上面初期砼面板开裂。
  5、初期微裂缝的扩展
  初期砼收缩形成未反映到表面的微小裂缝,使用一段时间后,受行车荷载及温度应力的双重作用,部位裂缝将逐渐增长、变深,以至造成面板断裂。
  6、排水不良
  1)路基及基层排水不良,长期受水浸泡,引起路基失稳或强度不足,使路面产生不规则断裂。
  2)裂隙水或边沟水等掺入路基、基层和底基层,冬季冻胀时使路面产生纵向开裂。
  7、桥(涵)面铺装损坏
  钢筋混凝土明盖板桥涵上的水泥砼路面铺装层,由于厚度不足或与盖板、涵台结合部处理不当,在行车作用和盖板胀缩下,产生层间搓动和面板斷裂。
  某些产生初期断板的原因也会在使用期继续强化,导致路面开裂、断板或使病害程度更趋恶化。
  8、超重车的影响
  由于交通运输业的迅速发展,大吨位车辆逐年增多,单轴轴载化原设计计算轴载增加几倍,超重车的增加是水泥砼路面使用期开裂断析的重要原因。
  三、水泥砼路面裂缝预防措施
  针对造成水泥砼路面裂缝原因分析,采取行之有效的、全面的预防措施,可减少裂缝,延长水泥砼路面的使用年限,提高行车的舒适性。
  1、正确合理设计水泥砼路面
  认真及时地组织设计人员和有关专家,对水泥砼路面的设计理论和规范要求,进行深入细致的研究和讨论,提高对设计理论的认识和了解,根据当地的地理位置、地理环境、地形、沿线工程地质和水文地质,特别是交通量的组成和车辆的类别以及地方材料的供应情况,提出符合实际的轴载等设计参数、路面结构、材料组成、路基填料、碾压方案和要求,设计出适宜的水泥砼面板,以及完善的排水系统,提出合理经济的水泥砼配合比设计和要求。
  2、施工工艺的控制
  1)基层施工质量控制
  A、基层标高、平整度的控制
  ①严格控制基层顶面标高,确保砼路面板厚度的均匀一致。
  ②按水泥砼路面平整度要求控制基层平整度,采取加铺塑料薄膜等方法减少水泥砼路面板与基层的摩阻力。
  ③对于标高不足的基层应坚决返工重做,禁止采用抛撒松散基层材料填补标高的方法。
  ④加强基层养护工作,保持基层湿润状态,直到浇筑水泥砼路面板。
  B、路基质量的控制
  ①路基压实质量要求达到规定的压实度值和弯沉值,特别是桥涵、构造物附近更应加强压实工作,保证路基有足够的、均匀的强度。
  ②排水设施应完善,并要充分考虑地下水对路基稳定的影响。
  ③路基填筑中,不同种类的土壤应分层填筑,避免土壤类型在路基上的突变造成沉降不一致,影响路面板结构性能。
  ④对于填挖交界、半填半挖结合处应按路面板的要求进行特殊设计,施工中要对路槽以下部分进行处理。
  ⑤对于路基不稳定,特殊软弱土基、湿陷性黄土、采空区、陷穴、滑坡等路段,应避免采用水泥砼路面,其他特殊路基应经过特殊处理后方可进行水泥砼路面施工。
  C、路面基层质量的控制
  水泥砼路面不要求基层有很高的强度,最重要的是基层强度的均匀性、稳定性要好。
  ①基层应尽可能采用水泥稳定基层,严格控制细料,以增加基层的水稳性,防止唧泥。
  ②建立验槽制度,确保基层厚度均匀一致,保证强度的均匀。
  ③采用厂拌法拌基层料,确保拌和均匀和配料准确。
  ④按照设计要求,保证基层的密实度。
  2)面层施工工艺控制
  ①砼的拌和时间要根据机械性能准确掌握,最长拌和时间不应超过最短拌和时间的3倍;振捣应均匀密实,避免漏振或超振现象产生。
  ②砼拌和时,若集料温度过高,应采用降温措施后再配料拌合,若采用撒水降温方法,应及时测定含水量,调整拌合水用量,保证水灰比值不变。
  ③砼路面施工开盘前,要仔细检查发电机、振动梁、运输车辆等机具设备,确保其完好。现场中要有备用机具,严禁故障机具施工,并检查施工运料道路是否通畅,确保施工的连续性。配料、拌合、运输、摊铺作业面要有序配合,对于气候突变、停电、停料等情况,应提前做好准备工作,调整工序,暂停面板施工。重新铺装时应按施工缝处理接缝。
  ④重视砼面板养生,采用优质养护剂,或湿法养护,不要采用没有覆盖物仅洒水的养生方法。
  ⑤及时切缝,根据施工现场气温及水泥品种试验确定最早切缝时间,一般应采用多台切缝机同时作业,以保证切缝及时。切缝深度为砼板厚的1/3-1/4,不宜切缝太浅或太深,剩余断面部分能吸收由于高温产生的内应力。有资料表明,软切缝工节可提前切缝时间,预防水泥砼路面断板。
  ⑥控制交通车辆,避免在砼强度不足的条件下,过早开放交通,养护车辆也应尽量避免直接在面板上通行。
  ⑦采用真空吸水工艺时,一定要注意两吸垫之间重叠足够尺寸,避免漏吸。
  ⑧正确安装传力杆,防止上下翘动,可采用双模板控制。浇筑下一砼板时要按设计要求安设塑料套管和涂沥青隔层。
  ⑨在昼夜温差较大的季节或地区,砼表面修整过程中,要设遮阳棚,避免阳光直射,修整完成后要覆盖养生,以保持温度变化不致太大。
  四、總结
  综上所述,与水泥砼路面裂缝有关的因素很多,而强度、气温、材料、施工方法等是比较主要的因素。在施工中要多加注意,积极分析原因,采用措施进行预防,可最大限度地减少裂缝,延长水泥砼路面的使用年限,提高行车的舒适性。
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