水泥混凝土路面早期裂縫成因分析及防治對策

[摘要] 水泥混凝土路面是目前我國一種主要的高等級路面。但因為原材料、混凝土配合比、施工等因素的影響, 水泥混凝土路面早期易產(chǎn)生裂縫。文章深入分析了水泥混凝土路面出現(xiàn)早期裂縫的主要原因, 提出了防治早期裂縫的對策。

[關(guān)鍵詞] 水泥混凝土路面; 早期裂縫; 成因; 防治對策

[ 中圖分類號] U 214.1+8 [ 文獻標識碼] B [文章編號] 1671- 4806( 2006) 06- 0016- 02

　　由于水泥混凝土路面具有強度高、承載能力強、耐磨抗滑、抗凍、穩(wěn)定性好、耐久性好、雖一次性投資較大但養(yǎng)護費用低、行車安全舒適、呈灰白色利于夜間行車等優(yōu)點, 因而從80年代開始在我國公路及城市道路建設中得到了廣泛應用,目前已成為我國一種主要的高等級路面[1] (P386)。但是, 受設計、施工、養(yǎng)護、氣候環(huán)境及長期超負荷使用等諸多因素的影響, 目前水泥混凝土路面普遍存在裂縫問題, 裂縫的產(chǎn)生已嚴重影響到路面的使用壽命和使用質(zhì)量, 使維修困難、費用高, 水泥混凝土路面的早期開裂已成為影響混凝土路面發(fā)展的一個關(guān)鍵性技術(shù)問題。本文將分析水泥混凝土路面早期裂縫產(chǎn)生的原因, 并提出若干防治對策。

一、早期裂縫的成因分析

　　水泥混凝土路面早期裂縫的成因, 主要有以下幾個方面:

1.原材料不合格

　　( 1) 水泥水泥的性能和質(zhì)量是影響水泥混凝土路面的重要因素, 但是在實際工程中往往沒有引起人們的高度重視, 以至出現(xiàn)這樣兩種情況: 1) 不同廠家或品牌的水泥混雜使用, 由于水泥成分上有差異, 凝結(jié)時間和收縮率不同而產(chǎn)生裂縫; 2) 水泥礦物成分含量超標。試驗研究表明, 若水泥中S03含量超過3.1%時, 混凝土干縮逐漸增大, S03含量的差異可使干縮相差至3倍; 若水泥中游離氧化鈣含量大于1.0%,混凝土凝結(jié)后易出現(xiàn)細小裂紋、脫皮病害, 嚴重時可產(chǎn)生大量開裂并直接影響路面的耐久性; 若水泥中堿含量大于0.6%, 則會與骨料中活性硅產(chǎn)生體積膨脹的堿骨料反應, 可能使路面在使用中產(chǎn)生后期開裂破壞; 若水泥中硅酸二鈣含量大于15%~37%, 硬化時易產(chǎn)生較大收縮而產(chǎn)生裂縫; 若水泥中鋁酸三鈣含量大于7%~15%, 會產(chǎn)生較大水化熱, 干縮嚴重, 且與SO3水化反應后會產(chǎn)生硫鋁酸鈣, 致使體積膨脹,產(chǎn)生裂縫[2]。

　　( 2) 混凝土集料含泥量及有機質(zhì)含量超標集料的含泥量及有機質(zhì)含量超標, 必然會造成混凝土中水泥石與骨料界面粘結(jié)不良, 容易產(chǎn)生裂縫。

2.混凝土配合比不當

　　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導致較大的收縮, 用水量大, 混凝土的干縮性就大。如果施工中計量不準, 尤其是未按集料實際含水量修正配合比, 都易引起混凝土開裂。

3.基層施工質(zhì)量差

　　基層表面施工平整度差, 會增大基層和面板間的摩阻力,影響面板自由伸縮, 容易在低溫季節(jié)造成路面橫斷開裂?；鶎訕烁呤Э? 造成路面厚度不一致, 過薄或厚薄交界處產(chǎn)生應力集中而形成薄弱斷面, 在混凝土收縮時, 難以承受拉應力而開裂?；鶎颖砻孢^干會吸收混凝土的水分, 使底部混凝土失水,收縮不一致, 強度降低, 導致開裂?；鶎訌姸炔痪? 就會在強度較低處產(chǎn)生裂縫。

4.施工時氣候影響

　　高溫季節(jié)施工是造成早期裂縫的一個重要因素, 夏季溫度高, 水泥水化反應加快, 混凝土凝結(jié)硬化快, 和易性降低,操作困難, 易造成蜂窩、麻面, 降低密實度, 水分蒸發(fā)快, 表面易干燥, 養(yǎng)護不易充分, 造成強度降低, 易出現(xiàn)干縮裂縫。若施工時大風、大雨、溫度、濕度有急劇變化, 晝夜溫差大, 都會造成混凝土急劇冷縮或干縮, 加快混凝土的應力集中速度,致使混凝土出現(xiàn)早期裂縫。

5.混凝土養(yǎng)生不及時或不足

　　濕脹干縮是水泥混凝土的特性, 如果混凝土養(yǎng)生不及時, 則混凝土表面水分蒸發(fā)過快, 收縮迅速, 而表面和內(nèi)部收縮不均, 由于混凝土早期不能承受較高的干縮應力而開裂。如果混凝土養(yǎng)生不足, 則影響水泥的正常水化, 從而出現(xiàn)早期裂縫。

6.切縫不及時

　　計算表明, 混凝土收縮應力與板長成正比, 合理和及時切縫, 可以部分釋放收縮應力, 把應力集中引導到切縫處的斷面上, 形成規(guī)則分縫[3](P203- 207) , 若切縫不及時或切縫深度不足, 造成混凝土內(nèi)部應力集中, 就會在混凝土板的薄弱處形成不規(guī)則的貫穿裂縫。

二、混凝土路面早期裂縫的防治對策

　　為防止水泥混凝土路面產(chǎn)生早期裂縫, 保證工程質(zhì)量,必經(jīng)采取以下防治對策:

1.保證基層施工質(zhì)量

　　基層施工時, 一定要保證基層的壓實度和平整度達到規(guī)范要求, 以減小基層與混凝土面層之間的摩擦力, 減少基層對面層伸縮的約束。當基層成型養(yǎng)護完成后, 應及時攤鋪混凝土層面, 防止基層暴露時間過長而產(chǎn)生干縮裂縫, 否則, 應加強基層養(yǎng)護, 保持基層濕潤狀態(tài), 直至澆筑混凝土路面。若基層出現(xiàn)裂縫, 在攤鋪混凝土路面前要用油氈或塑料膜將裂縫蓋好, 防止裂縫向上反射。對于基層標高不足的應堅決返工重做, 禁止采用加鋪拋撒松散基層材料填補標高的錯誤做法。

2.嚴把材料質(zhì)量關(guān), 嚴格控制配合比和水灰比

　　嚴禁混合使用不同標號、不同廠家、不同種類、不同批號的水泥, 對于安定性差、游離氧化鈣超標及強度不足的水泥要禁止使用, 應選用早期強度高及干縮性較小的普通硅酸鹽水泥或道路硅酸鹽水泥, 標號不低于425號。

　　采用合格的砂石料, 杜絕不合格材料進場。對含泥量超標或有機質(zhì)超標的砂石應嚴格禁止使用。碎石應質(zhì)地堅硬、干凈, 符合級配要求, 最大粒徑不超過31.5mm ( 碎石) 或19.0mm( 卵石) , 砂應選用潔凈、堅硬、符合規(guī)定級配、細度模數(shù)不易小于2.5的中粗砂[4]。

　　嚴格控制水灰比和用水量, 水灰比通常為0.5~0.55, 當采用真空吸水方法時, 水灰比可降到0.35~0.40, 混凝土坍落度在1~2.5cm為宜。拌和用水量應準確稱量, 計量誤差不得超過±1%, 施工中不得隨意增減。有效控制水灰比, 嚴格控制配合比,是保證混凝土強度、密實度及減小混凝土干縮的重要條件,也是防止早期裂縫的有效措施。

3.及時切縫

　　切縫時間一般以施工溫度與施工后時間乘積為200~300個溫度小時或混凝土的抗壓強度為8~10MPa比較合適。切縫深度一般為混凝土板厚的1/4~1/5。切縫太淺, 難以控制應力集中于切縫斷面處, 混凝土板可能會在其他薄弱斷面處開裂, 切縫太深, 會使板塊間傳力作用減弱。

4.采用真空吸水工藝

　　利用真空原理在澆搗后把混凝土內(nèi)的游離水和空氣吸出, 以降低混凝土的孔隙率和水灰比, 增加混凝土密實度, 提高混凝土強度, 減少干縮, 提高混凝土的早期抗折強度, 這對防止混凝土早期裂縫極為有利。真空吸水時應避免因吸水墊前后兩次重復搭接或漏搭而造成過吸或漏吸。吸水時間一般為10~15min。

5.加強混凝土養(yǎng)生

　　采用優(yōu)質(zhì)養(yǎng)護劑、草袋覆蓋灑水養(yǎng)生、薄膜養(yǎng)生等, 不要采用沒有覆蓋物僅灑水養(yǎng)生的方法, 養(yǎng)護天數(shù)應根據(jù)混凝土強度增長情況而定, 當采用425號以上水泥時, 一般養(yǎng)護應達21天, 當采用真空吸水工藝施工時, 至少應養(yǎng)護7天以上。夏季施工時應做好防雨、遮陽工作, 避開烈日高溫施工,減少溫差對混凝土的影響。

三、結(jié)語

　　水泥混凝土路面早期裂縫的成因錯綜復雜, 只要保證基層施工質(zhì)量, 嚴把材料質(zhì)量關(guān), 嚴格控制配合比和水灰比, 加強混凝土養(yǎng)生, 采用真空吸水工藝, 及時切縫, 同時, 以人為核心, 以預防為主, 牢固樹立“質(zhì)量第一”的觀念, 科學組織,精心施工, 嚴格管理, 層層把好質(zhì)量關(guān), 水泥混凝土路面的早期裂縫是完全可以防止的, 這也必將促進我國水泥混凝土路面的進一步應用和發(fā)展。

[參考文獻]

　　[ 1] 鄧學均. 路基路面工程[ M] . 北京: 人民交通出版社, 2002.

　　[ 2] 劉大明. 影響水泥混凝土路面破損的主要原因[ J ] . 中國市政工程, 1999 , 12 ( 4 ) : 8- 11.

　　[ 3] 陸鼎中. 程家駒. 路基路面工程[ M] . 上海: 同濟大學出版社, 2004.

　　[ 4] J TG D40- 2002 , 公路水泥混凝土路面設計規(guī)范[ S] .