旧沥青路面上加铺水泥砼路面早期断裂的原因及防治措施

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  0 引言
  随着公路建设的发展,高等级路面的发展速度也越来越快,而在沥青路面上加铺水泥砼路面以达到旧路改造,提高路面等级的目的的公路越来越多。水泥砼路面设计抗压强度35mpa,抗折强度4.5mpa。在施工作业中,多采用250升拌和机集中拌和;用手扶拖拉机或四轮农用车运送砼;使用插入式振动棒、平板振动器、振动梁、磨光机等机械施工,同时采用了真空吸水工艺,有时使用减水剂。施工作业一段时间后,我们组织检查发现,新铺筑的水泥砼路面有的断裂较严重,有的却很少断裂,这是什么原因?带着这个问题,我们对施工队的选材用料、施工工艺、作业流程、路基强度及气温差异等情况进行了认真的综合分析,现将水泥砼路面早期断裂的原因及防治措施浅析如下:
  1 水泥砼路面早期断裂的原因
  1.1 水泥砼和油路的膨胀系数不同
  我们发现在老油路上直接浇筑的砼路面有很多断裂,有些一百米就有十几条裂纹,有些一块板有三、四条裂纹。而铺了隔离层的则裂纹极少,因而在设计时,应考虑到油路面层的膨胀系数和新浇筑砼路面的膨胀系数不同,在老油路面上应铺几公分厚的隔离层。这样水泥砼路面在温度变化时,能自由伸缩,可减少砼板的早裂。没有铺隔离层,直接在老油路面上浇筑砼路面,砼和老油路面粘在一起,不能自由伸缩,这就容易造成砼板早期缩裂。
  1.2 切缝不及时或切缝深度不够
  在夏季施工平均气温为28℃,昼夜温差较大,锯缝时间应控制好。但是由于大部分施工人员经验不足,没有及时锯缝,有的推迟到三、四天后才锯缝,有的施工队机具出了故障时,锯缝跟不上,也没有采取每隔15-20米先锯条缝或每隔50米留一板不浇筑的措施。造成高温条件下施工的砼板的收缩和翘曲产生的拉应力超过了板的初期极限抗拉强度而产生断板。有些浇筑好的路面板隔了几天才锯缝。我们发现有的板面在未锯缝就出现裂纹,而且越来越多,越来越深,其他几段裂缝少的,都是能及时切缝的。根据施工实践,如果昼夜温差大,锯缝来不及时,可每隔50-80米予留一块板空着,待其余板锯完后,砼收缩达到一定程度,再补浇筑这些预留板。一般要求砼强度达到50%左右即把缝锯完。施工温度不同锯缝时间也不同,气温在30℃以上时6-8小时锯缝;27-30℃时,8-10小时锯缝;20-27℃时,10-20小时锯缝,但无论如何不要超过24小时。在施工过程中,我发现有的锯完缝后,裂纹仍继续增加,开始以为是地基下沉或其它原因,但后来发现在地基好的方照样出现上述现象。经过现场调查,发现有个别施工组为了省事,在一条缝中只在板的两边才按规定锯够了1/4板厚(6-7cm)深度,而板中间只锯2-3cm,实际上这种缝起不到缩缝作用。砼板收缩和翘曲产生的拉应力不会在假缝处拉断,而在其他薄弱部位拉断,这样就造成断板。
  1.3 基层的影响
  由于老油路,没有经过补强,直接在其上浇筑水泥砼路面,原有老油路平整度差,有的地段老路面坑槽也没有经过补好辗实,而是直接用砂垫上就浇筑新的水泥砼路面;另一方面我们铺设的隔离层和调整路拱的纯砂垫层没有很好灌水辗压坚实,也没有细致整平再立模,而是立好模板再垫砂。垫砂以后也没有过细整平压实,致使垫层平整度差,造成砼板厚不等。路基垫层强弱不均匀,弱断面则产生断板。
  1.4 施工工艺的影响
  在施工中,由于施工工艺不当也是早期断板的一个重要原因。施工工艺不当造成断板有如下五方面的表现:
  1.4.1 中间休息和吃饭时间间隔过长,超过水泥初凝时间,又没有用模板隔断按施工缝处理。而休息完或吃完饭接着施工时,施工接头没有耙松,加上强度较高的砂浆一起振捣,而直接浇筑砼,这就会在这个工作面形成一个软弱断面,在温度影响下,砼板收缩和翘曲产生拉应力时,很可能这个软弱断面被拉裂。
  1.4.2 使用砼外加剂不当。我们都清楚使用减水剂可减少水泥用量,提高砼的强度,节约水泥;用早强剂可以提高砼的早期强度,提早开放交通。如果每盘砼能定量使用减水剂或早强剂就一定能起到提高强度,提早开放交通的目的。但是在施工中,不按规定量施放剂量,有时放多,有时放少,甚至不放的话,就会使搅拌出的砼早期水化速度快慢不一,早期强度不一致,砼收缩率也不一样。这就使砼内部结构受到破坏,使砼产生收缩裂纹。
  1.4.3 不同标号水泥,同标号不同厂家生产的水泥,同标号不同批号水泥混合使用,也是致使砼路面早期开裂的原因之一。因为不同标号水泥经初凝时间、终凝时间不同,强度提高速度不一,收缩率也不同。因此水泥在水化过程必然会产生收缩裂纹。同标号不同厂家生产的水泥,或同一个厂家生产的每一批号同标号的水泥参数都不同,所以混合使用都同样会产生裂纹的。
  1.4.4 使用真空吸水工艺不当,也会造成砼路面早期开裂。使用真空吸水工艺有很多优点,利用真空负压和脱水作用,提高砼的密实度和降低砼的水灰比,从而改善了砼的物理力学性能。使用真空吸水工艺可使砼收面快、脱模早,可缩短操作时间,可提高20%强度等。但使用不当带来的问题也不少,如早期断裂问题。由于工人对真空吸水机性能及操作不熟悉,使用过程中有如下弊病:一因吸水管在吸垫中心,这样在吸力作用下,水分从四周向中间收缩,在模板外可以看到砼离开模板2-3mm的间隙,而在抹面后被填塞,不会造成什么影响。但在搭接200m的范围内裂纹长度有20-30cm,宽度1-2mm,此时的砼还具有可塑性,因深度不很深经抹面后缝隙也看不到了。但可能要造成此断面损伤,不能肯定一定断板或何时断板。另一弊病是吸垫接头处的砼距中心远,吸力小,造成余下的水分多。这样此断面的砼的最终水灰比与别处(特别是中心处)就不一样,做面和压纹均受影响。
  1.4.5 对真空吸水时间掌握不好。一般要求吸水时间等于板厚的1-1.5倍分钟为宜。最终真空度控制在450-550mm汞柱。真空度和时间有密切关系,在一定的真空度下,应当先选好真空处理时间,才能保证达到砼所要求的脱水率。在真空吸水过程中一定要掌握吸水时间和真空度。有的吸水时间长,有的吸水时间短,有的真空度高,有的真空度低,影响到砼剩余水灰比不均匀。所以也影响了砼强度的不均匀,同样可能使砼板早期断裂。
  1.5 振捣不密实,产生蜂窝,也是使板面早期破坏的原因之一
  由于振捣不密实不均匀,有些地方振捣不密实,留下蜂窝,在有蜂窝的地方强度低,当混凝土板收缩和翘曲产生拉应力时,有蜂窝的断面就会被拉断,使板面早期破坏。
  1.6 水灰比过大,真空度过高
  在高真空,大原始水灰比条件下,混凝土顶部水分过快脱出。这样在密封带附近干湿分界处也会产生收缩裂缝。水灰比越大,真空度越高。同样的时间吸出的水分越多,则收缩越大,越明显。由于配合比不佳,运输距离过长等原因,致使混合料入槽时产生离析,加上操作时不注意调节,对边部不加扣料,也会引起干稀交界处局部裂缝。因此必须严格控制水灰比,使其均匀一致。
  1.7 开放交通过早的影响
  由于是旧路面改造,一般都是边改造边通车,往往铺好路面没有几天有的车辆不听从指挥就从砼路面上压过去了。当时表面虽然看不到裂纹,但内部已受损。有的班组为了加快施工进度,保养期还不到时间就开放交通。这都是影响水泥混凝土早开裂的因素之一。
  1.8 养生、洒水不及时
  为了使水泥混凝土路面能在良好的温湿条件下增长强度,在混凝土捣实、抹平完毕后2小时内即应进行湿治养生,及时覆盖湿麻袋、湿草帘、湿砂,并经常进行浇水,使混凝土保持湿润。养生期一般为14-21天。但在实际施工中有些没有在抹面完毕2小时内养生,有些隔一天才开始浇水,覆盖湿砂也不及时,养生时间也没有到14天,致使水泥混凝土路面水化发热时得不到充足的水分。这就使水泥混凝土路面产生收缩裂缝,严重时发生断裂。
  1.9 路基下沉
  由于水泥混凝土路面是直接在老油路面上铺筑的,有些路段沉陷,有坑槽。沉陷地段没有按实测弯沉值计算出补强厚度并用水泥稳定砂进行补强,而是采用经验厚度。在补强时也没有按操作规程进行施工、补强层成型很差,平整度不好。由于半边施工,半边行车,车辆单行造成路基偏侧、沉陷,没有用水泥砂进行补强,而是用纯砂填铺,这样就使路基、基层的强度不足,强度大小不均,就必然影响水泥混凝土路面。造成弯曲拉应力,使混凝土板折断。
  1.10 气候影响
  经比较发现:七月、八月施工的水泥混凝土路面断板多,十月、十一月份施工的断板少。为什么会出现这样的现象呢?本人认为主要是七月、八月份南方室外温度高,有时超过35℃,大部分白天温度都接近30℃,而且昼夜温差大,在高温的条件下,砂石未加覆盖造成混凝土的温度太高,凝结加快,也是造成裂缝的原因之一。法国的施工规范中规定水泥混凝土路面施工温度为5-30℃,若超过此温度不得施工。但是我们南方七、八月份中午室外温度大都超过30℃,所以这两个月施工的路面断板也多。另外昼夜温差大,混凝土路面收缩、伸胀量也大,产生的收缩和翘曲应力大,这也是造成裂纹的原因。
  2 防止水泥混凝土路面断板的措施
  (1)严格控制基层顶面的标高、平整度和横坡度,只有这样才能保证混凝土板厚度一致。若混凝土施工正常就可以做到整块所有断面厚度均匀一致,没有薄弱环节,就能有效地防止断板。由于我们机械化程度还不高,在施工中要做到基层顶面平整度在3mm以下是困难些。根据法国福格勒公司乌利希博士介绍,基层的平整度超过3mm,则混凝土收缩造成的应力足可以把整块板拉裂。因此他们的规范规定对基层平整度的要求不大于3mm。为了达到这个标准必须采用摊机或平地机施工。另一方面采用找平层是可取的,建议用石粉或石屑拌水泥找平,厚度控制在2cm范围内,用木板刮平、洒水,平板振压可较好地解决基层不平整的问题。不过处理得再好,也不如把基层做平整好,关键的问题是要从严把关。
  (2)选用适合的配合比,水灰比应控制在0.4-0.45之间,不用真空吸水或尽量降低吸水量,这就要采用低的水灰比。水灰比越大,则干缩量也越大。因此采用高标号水泥,控制水泥用量。碎石要尽可能采用连续的级配,增加小颗粒料的含量,40mm粒径的含量不超过30%,否则影响砼的抗折强度。当然碎石要选用强度高,不含杂质或不超过规范要求的碎石。砂以质量好的中砂,含泥量要尽可能少。选用合适的混凝土外加剂。
  (3)施工工艺要先进,施工设备要配套。使用真空吸水工艺,一定要选用责任心强的专门人才。铺放过滤布和吸水垫位置正确,密封带摆放尺寸应控制在8-14cm为宜。启动真空泵进行吸水的时间要恰当,一般要控制在1.0-1.18倍分钟内。真空处理过程中不宜临时停泵,并保持良好的密封性。真空处理结束时,应先打开四个气门,排出残留水后,再将真空度逐渐减弱直至关闭,这样使混凝土内部不留水的回路。每个施工工序应严格按施工规范或制定的操作规程进行。搅拌站要求能力大,保证施工连续并能有效加快施工进度。
  (4)施工温度应尽可能避免在高温季节,避免在温度梯度大的时间。
  (5)养生要采用可靠的办法。高温季节施工表面一定要保持有足够的水分,覆盖的材料保水性要好。亦可在板块周围用粘土围边,中间灌满水,以保持足够的水分。
  (6)严格控制交通。禁止在混凝土未达到设计要求时在混凝土路面上行车。
  (7)在使用混凝土外加剂时,每盘拌和物都应定量,不能时多时少。
  (8)在施工时,不同标号、不同厂家生产的水泥、不同批号的水泥不能混合使用。
  (9)在老油路面上铺筑水泥混凝土路面,由于油路的膨胀系数和新铺水泥混凝土路面的膨胀系数不同,为了使水泥混凝土路面能自由伸缩,应在老油路面层铺一层隔离层,这层可用石粉或中砂,但要洒水振压平。
  3 结语
  当我们分析找到了砼面板断裂的形成原因,在施工中采取相应措施,就会有效避免砼面板裂缝的形成。
  
  作者简介:
  张勇(1975-),男,工程师,1998年毕业于西安公路交通大学公路系。
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