水泥混凝土路面产生裂缝的原因分析及预防措施

摘要:水泥混凝土路面是目前公路建设中广泛应用的高等级路面。然而由于设计、施工、养护等诸多环节的不妥善,导致道路路面产生裂缝,从而成为影响水泥混凝土路面发展的一个关键性技术问题。总结工程实践中的经验,就水泥混凝土路面裂缝产生的原因及针对性的预防措施进行了一些探讨。
关键词: 水泥混凝土路面,裂缝, 原因， 预防措施
前言
随着国民经济的发展,公路运输在国民经济中发挥的作用越来越明显。由于水泥混凝土路面具有刚度大、养护维修费用少、施工方便等优点,随着水泥混凝土路面滑模摊铺技术的日益成熟,路面机械化施工程度提高,路面平整度等质量指标也大幅提高。因此近年来水泥混凝土路面在我国的公路建设中得到了广泛的应用。但随着水泥混凝土路面的修建数量的逐年增加,在建设和使用过程中也出现了不少问题,混凝土板的裂缝就是其中主要病害之一。如何预防混凝土板裂缝的产生,提高水泥混凝土路面的使用寿命是大家共同关注的问题。
水泥混凝土路面的裂缝按其表现形式可分为龟裂、横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝和交叉裂缝等主要的几种。引起各种裂缝的原因是不尽相同的,有外界因素、设计缺陷、施工问题及其他原因,主要从施工方面分析一下裂缝产生的原因可采取的相应预防措施。
一、裂缝原因分析
1.产生龟裂的原因
龟裂指混凝土路面表面产生网状、浅而细的发丝裂缝,呈碎小的六角形花纹,深度为5～10mm。其原因如下:
1.1混凝土浇筑后,在炎热或大风天气,如果覆盖不及时,表面游离水分蒸发过快,产生急剧的体积收缩,而此时混凝土早期强度很低,导致开裂。
1.2混凝土在拌制时水灰比过大,模板与基层过于干燥,吸水大。
1.3混凝土配合比不合理,水泥用量过大,单纯用增大水泥用量的方法来达到设计强度,致使水化热大,易发生收缩裂纹。
1.4混凝土表面振捣过度,使水泥和细骨料过多上浮至表面,容易导致缩裂。
2.产生横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝和交叉裂缝的原因
横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝指沿着道路中线大致相垂直、平行、斜交的方向产生的裂缝,这几种裂缝往往在行车和温度作用下逐渐扩展,最终贯穿板厚将混凝土板分割成两块或多块;交叉裂缝是指裂缝相互交叉,将板分割为三块以上(又称破碎板)。
针对以上几种裂缝在外观和产生原因上具有相似性,严格区分其原因有一定困难,故在此综合论述:
2.1收缩应力及翘曲应力等综合作用。其具体情况有高温下浇筑混凝土,水泥水化速度快,水分蒸发快,使板面产生拉应力,温度降低后,板底产生拉应力,温度梯度作用使路面板翘曲变形;或严重失水,造成干缩缝;以及养护不及时、中断,使顶面水分丧失快,收缩迅速,板底则水分丧失慢,收缩慢,导致翘曲产生裂缝等等。
2.2未按规范要求切缝,切缝时间太迟、切缝深度不够,导致混凝土收缩产生的实际拉应力大于混凝土的容许值,而在切缝附近开裂。
2.3施工中单块板长、宽度值未按设计和规范执行,选用不合理;对切缝不及时填充或填充材料选用不当,则杂物极易嵌入缝中,使接缝失去胀缩作用,致使路面板产生断裂。小石子嵌入时,使接缝处板端应力集中,以致接缝附近的混凝土板挤裂。
2.4由于基层存在问题造成裂缝。具体情况有:a.土基或基层强度不足;b.基层混合料拌和不均匀,强度差异大,产生不均匀沉降,导致混凝土路面板开裂;c.基层平整度不符合要求,使水泥混凝土面板厚度不等,强度有差异,造成面板薄弱部位产生裂缝;d.软弱基础处理不好,基础湿软或碾压不密实,导致混凝土路面脱空,开裂成缝。
2.5施工中只按配合比设计值拌制混凝土,未结合现场情况找出正确的施工配合比,使混凝土强度达不到设计要求,水灰比不能严格控制,而产生裂缝。
2.6使用质量不合格的原材料或混合料;不同性质的水泥或不同厂家的水泥混用;不同型号、规格、性能的拉杆钢筋混用,使得纵横向拉杆钢筋直径差异过大;等等。这些因素也是导致裂缝的重要原因。
二、裂缝预防措施
1.龟裂预防措施
为防止混凝土路面产生龟裂,在混凝土配合比设计时应选择合适的粗集料级配和砂率,在施工时根据现场环境严格控制水灰比和水泥用量。在浇筑混凝土路面前,将基层和模板湿润,避免吸收混凝土中的水分。混凝土振捣应严格按规范操作,防止过度振捣,使砂浆集聚表面,砂浆层厚度控制在2～5mm范围内。浇捣完毕的混凝土路面应及时覆盖,防止强风和烈日暴晒。尤其在炎热季节施工时,应浇筑一段,养护一段,并要加强表面洒水养护。
2.横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝和交叉裂缝预防措施
2.1混凝土路面的结构组合与厚度设计应满足交通需要,特别是重车、超重车的路段。避免高温作业,注意昼夜温差,并掺减水剂等外加剂以保持水分;避免大风天气施工,防止表面水分丧失过快;水泥混凝土终凝后及时覆盖洒水养护,防止水分丧失过快,产生干缩裂缝,养护时间由水泥混凝土强度增长情况而定,不得少于7天。
2.2.施工缝尽可能设置于构造物外,不可避免时,应保证施工缝接缝处两侧面板混凝土振捣密实,并有足够的间隔时间,以形成强度。当与原有混凝土路面相接时,应采用机械将原路面连接缝处切割整齐,并清除表面浮尘及松动石子,用水将连接缝处清洗干净后再按规范要求进行接缝;
2.3严格控制混凝土的切缝时间和切缝深度。当混凝土达到设计强度的25%～30%时,应采用切缝机进行切割。切缝太早,粗骨料会从砂浆中跳脱;切缝太晚,如果产生的拉应力大于混凝土容许值,混凝土板就会开裂。气温高,混凝土强度增长快,切割时间要提早。温差大,切割时间也要提早。切缝时间一般遵循的原则是“能切就切,宁早勿晚”。切缝深度应至板厚的1/4～1/3处,甚至更多一点。
2.4水泥混凝土路面为刚性路面,纵横向缝应及时进行填充,填料应与板的粘结力强,适应混凝土板的收缩,如氯丁橡胶、沥青玛蹄脂等。加强养护管理,防止渗水,避免杂物进入缝内。
2.5基层应具有较好的密实度、足够的强度和水稳定性,应采用石灰或水泥稳定基层来满足要求。填方路基应严格按规范要求进行、分层填筑、分层碾压、分层测试,做到密实、均匀,以保证路基的稳定、无沉陷。施工还应加强自检,严格控制基层的平整度符合要求,软弱基础应选用合适的加固方法进行处理,并加强碾压质量的控制,保证密实度。
2.6通过做试验段取得准确的数据,计算好水泥用量,确定合理的施工配合比。
2.7加强原材料及混合料的检验,通过试验严把质量关,不合格的材料严禁使用。同时施工中必须使用同一厂家、同一标号的水泥拌制混凝土,使用的拉杆钢筋也必须性能同一,纵横向拉杆钢筋直径尽可能一致。
结束语
由于设计、施工、使用过程中存在的某些不足,也由于混凝土内在原因及温度变形、湿度变化、地基不均匀沉陷变形的影响,在水泥混凝土路面上难免发生各种类型的裂缝。但只要严格执行施工操作规程和技术要求,在施工中切实抓好基层强度、混凝土的配和比设计、施工工艺、切缝时间和深度、混凝土的养护等各个环节,通过改善混凝土的质量和路面结构,并采取有效的浇注后的防治措施,水泥混凝土路面的裂缝现象是可以避免的。