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水泥混凝土路面橫向隨意性裂縫探析與防治

發布時間:2019-7-3  新聞類別:公司新聞 點擊次數:109

我國目前水泥生產量約占世界總產量的50%,已連續21年保持世界首位。根據國內水泥資源優勢,水泥混凝土路面應用廣泛,對全國經濟建設和可持續發展發揮了巨大的作用。使用中也發現,有相當部分的路面出現了不同程度地開裂、斷板、沉陷、錯臺等結構性病害 ,尤其是路面的橫向裂縫(規則的和不規則的),不僅給養護、修復帶來極大的困難,而且嚴重影響路面的使用功能和壽命,成為制約水泥混凝土路面發展的技術難點。本文結合樂清山老連線公路改建工程實際,著重對水泥混凝土路面橫向隨意性裂縫的危害、成因和防治措施予以探析,以期對今后的道路建設有所裨益。


2橫向隨意性裂縫


水泥混凝土路面橫向裂縫有規則裂縫和不規則裂縫之分。規則橫向裂縫,是指垂直于行車方向的、且與縮縫或脹縫基本平行的、貫穿混凝土路面板全厚的裂縫;不規則裂縫,是指裂縫走向不與行車方向垂直、不與縮縫或脹縫平行也不在縮縫或脹縫位置上,而是在混凝土路面板塊的中部或接近于板塊的縮縫或脹縫位置的裂縫,這種裂縫我們叫它為橫向不規則裂縫或橫向隨意性裂縫。


橫向隨意性裂縫對水泥混凝土路面結構的危害極大,導致雨水直接下滲,在行車荷載作用下,內部形成高壓水,不斷滲透、沖刷、淘蝕,使混凝土板板下脫空,裂縫加巨,最終造成混凝土板整體斷裂而喪失承載能力和使用功能,危及行車安全。


3橫向隨意性裂縫探因


造成水泥混凝土路面橫向隨意性裂縫的原因很多,根據國內外相關資料,大致認為與混凝土干縮(塑性收縮)、冷縮(降溫收縮)、施工質量、邊界影響等因素有關。


3.1混凝土干縮引起的裂縫


水泥混凝土路面板在硬化過程中,由于水分逐漸蒸發,面板體積收縮產生干縮,其線性收縮指數為1.0~2.0×10-4,即每米收縮0.1~0.2mm;而溫度變化產生的線脹縮指數為1.0×10-5,即溫度每升降1.0℃,每米變形0.01mm。前者在水泥混凝土面板硬化過程中發生,后者在硬化中和硬化后的整個過程中發生。當氣溫驟變,如夏季夜間下雨、冬季晝夜溫差大、加之刮風的影響,混凝土表面水分蒸發加快,特別是氣溫升降達到10℃以上時,面板硬化、干縮和溫度變化脹縮的疊加,混凝土面板如未及時拆模、養生、切縫,產生裂縫斷板是必然的。


3.2冷縮(降溫收縮)裂縫


水泥混凝土具有熱脹冷縮性能。熱脹屬于壓縮變形,而冷縮則屬于拉縮變形,拉縮變形極易引起混凝土結構開裂。混凝土抗拉強度僅為抗壓強度的1/8~1/7,約4.3~5.0MPa,當混凝土板外部所受拉應力一旦超過混凝土當時的極限強度時,板塊就會產生橫向隨意性裂縫。


3.3施工質量影響


(1)基層施工質量差


某道路工程因為道路穿越山區,施工條件差,基層(水穩層)施工全用人工攤鋪,造成基層表面平整度差(高差±3~5cm),增大了基層和面板間的摩擦力,影響面板自由伸縮,在低溫季節易造成面板產生橫向不規則隨意性裂縫;為了搶工期,另半幅路面是在盛夏施工的,基層表面過分干燥,吸收了面層混凝土的部分水分,使底部混凝土失水嚴重、收縮不一致、強度降低,導致面板開裂;裂縫最嚴重地段,由于路基不均勻沉降,加上前述影響,導致基層強度不均,使混凝土面板在強度低的位置產生橫向隨意性裂縫。


(2)混凝土面板厚度不均


由此而導致路面板產生橫向隨意性裂縫的位置較多,究其原因,主要是基層標高控制不嚴使混凝土面板厚薄不均所致。據現場調查,混凝土面板最厚處為26~27cm,最薄處只有21~22cm,設計為25cm。過薄或厚薄交界處產生應力集中而形成的薄弱斷面,在混凝土收縮時難以承受拉應力而導致隨意開裂;此外,用切縫機切割而成的縮縫深度一般只有4.5~5.5cm,而施工時縮縫的位置可能是板很厚處,由于混凝土面板截面的強度削弱得不夠,開裂就不會發生在切割的板縫位置上,而是發生在混凝土板中強度薄弱的位置處,從而形成隨意性裂縫。


(3)切縫不及時


混凝土橫向縮縫對混凝土早期強度十分敏感,在實際施工時如果由于機具故障或操作人員切縫時間掌握不準確(不及時)或切縫深度不足,都會造成混凝土內應力集中,在混凝土的薄弱處往往會形成橫向隨意性貫穿裂縫。


(4)混凝土施工配合比


在施工時,骨料和砂都是露天堆放的,其含水量分布很不均勻,也就是說,實際施工時材料含水量與試驗測定含水量存在明顯的誤差。這樣,根據測定含水量調整施工配合比不一定能精確達到原來的理論配合比,由此帶來的施工水灰比與設計水灰比相比較也存在一定誤差。此外影響施工調整配合比準確性的另一個因素是氣溫,同樣的施工坍落度的水泥混凝土,氣溫高比氣溫低的施工難度要大得多。


(5)混凝土面板養護影響


混凝土的養護對其早期強度增長和防止收縮裂縫極為重要。實際施工中現場人員基本上是以自然養護為主,使混凝土表面發生了不少的不規則細小裂縫。


(6)車輛過早通行


由于混凝土強度不足而過早開放交通,所產生的荷載應力導致路面板產生橫向隨意裂縫。


3.4邊界原因


(1)先澆板對后澆板的影響


氣溫變化超過一定幅度時,已斷裂的縮縫兩邊混凝土板收縮,這樣“后澆板” 還未切縫的混凝土板受到較大的拉應力( 這時其混凝土強度還較低),當拉應力大于混凝土初期抗拉強度時,就會在“先澆板”縮縫對應位置發生橫向隨意裂縫,這種裂縫在其它混凝土路面上也存在。“先澆板”與“后澆板”間隔時間越長越易引起“后澆板”開裂。


(2)縱向縮縫設置拉桿的影響


混凝土面板縱向縮縫設置拉桿的目的是為了防止板塊位移使縫隙增大,但同時也強制“后澆板”與“先澆板”的水平伸縮務必保持一致。本來“先澆板”在“后澆板”沒有施工前,板塊伸縮可以在縮縫處或脹縫處調整,而當“后澆板”施工后,其伸縮通過縱向拉桿必須與“先澆板”同步。但“后澆板”混凝土初期強度(指50小時之前)遠低于“先澆板”,如果再加上混凝土板厚度不均勻或者混凝土配合比不當而導致混凝土強度分布不均勻,這時在“后澆板”薄弱斷面也很易形成橫向隨意裂縫;


(3)如果基層穩定層已經發生裂縫,裂縫兩邊基層在氣溫下降時收縮,由于摩擦力作用,同樣也會帶動上面初期混凝土面板開裂。


4防治措施


(1)混凝土路面各項原材料質量必須合格。


(2)控制混凝土路面產生裂縫必須保證路基填筑質量。路基壓實質量要求達到規定的壓實值和彎沉值,保證路基有足夠的、均勻的強度。


(3)認真控制好基層標高和平整度。建立驗槽制度,確保基層厚度均勻一致,保證強度的均勻;控制好基頂面層的施工標高。


(4)嚴格控制混凝土配合比。按現場測定的骨料和砂的含水量進行反復試驗,并將理論配合比換算成施工配合比,作為混凝土施工配合料的依據進行準確配料。


(5)盡量避開高溫季節施工。


(6)預防混凝土干縮與冷縮裂縫的產生。①選用適宜品種的水泥;②增加粉煤灰摻量,使用高效減水劑。


(7)及時切縫。拆模后,要及時組織切縫,通常控制在200~300℃/H或當砼的抗壓強度為8~10MPa時為宜。合理和及時切縫,可以部分釋放收縮應力,把應力集中引導到設計切縫斷面處,從而形成規則裂縫。


(8)設置橫向縫傳桿。橫向縮縫傳力桿能夠持久提高路面縮縫的傳荷能力、改善基層與路面板的受力狀態,消除溫度變化所引起的隨意性裂縫。


(9)邊界影響控制。①盡量將“后澆板”的面板進行及時切縫;②盡量縮短“先澆板”與“后澆板”的施工間隔時間;③基層養生結束后,及時澆筑水泥砼路面,防止基層因暴露時間過長而產生干縮裂縫。


 
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