我国北方砼路面早期裂缝产生原因分析与防控

许建伍　李湘云　孟宪伟

摘要:早期裂缝是水泥砼路面长期存在的质量通病之一。本文从道路的基层、面层、以及施工工艺等方面,对我国北方地区水泥砼路面早期裂缝产生的原因进行了系统分析,并就此提出了预防措施。

关键词:砼路面 裂缝原因 防控措施

1 产生早期裂缝的原因分析

1.1 基层的影响 水泥砼面层铺筑在基层之上,与基层共同承受车辆荷载的反复作用。如果基层材料的质量不符合要求,施工质量控制不严,使基层压实度与强度达不到要求,以及基层顶面的高程、横坡、平整度等不符合要求而造成砼面板厚度不一等因素,均能导致砼面层裂缝的产生与扩张。除此而外,当刚刚浇筑的砼在初期强度还没有形成、或正在形成时,处于松散状态的砼的质量是依靠基础来承担的,一旦基础较弱或不均质,砼即会发生不均匀沉陷,造成砼板拉裂,导致早期裂缝的出现。

1.2 砼面层的影响

1.2.1 水泥质量的影响 水泥的化学成分及质量的稳定性对砼的质量有着至关重要的影响。水泥内矿物质的含量对砼的收缩量有较大的影响,这些矿物质成分对收缩量影响的次序为:3CaO·AlO3 >4CaO·Al2O3·Fe2O3 >2CaO·SiO2。另外,若选用的水泥标号偏低,则砼早期强度较低,路面易产生裂缝;而不同厂牌、不同批号的水泥混用,将导致拌制的砼抗折强度不稳定、波动性较大、硬化时间及收缩量不一致,使砼路面产生早期裂缝。

1.2.2 粗、细骨料的影响 骨料颗粒的级配不合理,导致骨料间孔隙偏大,进而增大水泥砂浆集中处的收缩量,引起裂缝。骨料中的有害物质(如云母、有机物、硫化物等)含量超标,导致砼强度降低,亦是引起砼路面裂缝的原因。

1.2.3 砼配合比的影响 在配合比设计与试配时,没有进行全面的综合设计,或施工配合比控制不严,而在配合比设计中,对砼可能产生裂缝影响的最重要的因素就是w/c:如果单纯采取加大水泥用量的方法来提高砼的强度,即w/c减小,则造成砼的收缩量偏大,易产生裂缝;而如果单纯减小水泥用量,使w/c增大,则砼凝结硬化后,由于水分的蒸发,造成砼内部的孔隙增多,也易产生裂缝。

1.3 施工温度的影响 高温季节施工是造成早期裂缝的另一个重要因素。在阳光的暴晒和干热风的影响下,骨料的温度可高达60～70℃,拌制出来的砼的温度相当高,甚至可超过40℃左右。水泥的水化热比较大,砼凝结硬化过快,致使和易性降低、施工操作困难,易造成蜂窝、麻面,降低密实度;水分蒸发快,表面易干燥,养护不易充分,造成强度降低,增加了出现干缩裂缝的可能性。此外,昼夜温差大也是产生裂缝的主要原因。当白天浇筑的砼路面还没有达到覆盖养生强度时,强烈的日照直射在砼表面,砼吸收了大量的热能,使表面产生较大的张力,这时砼板块出现向下方翘曲的倾向,底部出现较大的拉应力;夜间大气温度下降,由于砼板体导热的作用,加之砼在硬化过程中自身产生的热能,使砼板下部温度高于板上温度,导致砼板块向上方翘曲,顶面产生较大拉应力,这都容易造成砼板体出现早期裂缝。

1.4 初期养护的影响 砼路面浇筑完毕后,初期养护不及时,致使表面水分散失快、收缩迅速,而面板底部水分散失却较慢、收缩也较缓慢,砼板表面与底面因变形不协调而翘曲,出现较大拉应力,导致砼板面产生裂缝。

1.5 切缝的影响 切缝的时间掌握不准,锯的深度达不到要求也是引起早期裂缝的原因之一。砼板浇捣成型后,应根据温度的大小来确定切缝的时间。若切缝不及时,致使砼板面收缩产生的拉应力大于其容许值,砼即产生开裂;而切缝深度未达到要求、深浅不一、未切至路板全宽,起不到收缩缝的作用,也可导致砼产生裂缝。

1.6 过早开放交通的影响 在砼强度未达到要求时过早开放交通,而此时路面不足以承受交通荷载,在车辆反复作用下,砼路面产生裂缝。

1.7 模板的影响 拆除模板过早或不及时,以及不注意拆模方式,乱敲乱撬,致使拉力杆松动、弯曲,在拉杆四周砼体出现不规则裂缝。

1.8 坡度的影响 当道路纵坡较大,基层承载力低时,若伸缝及工作缝的间距过小、分布较密,则易使砼路面产生裂缝并加快裂缝扩张的速度与宽度,反之,裂缝扩张的速度则较缓慢且宽度较小。

1.9 施工季节的影响 砼路面早期裂缝多发生于春、秋季节施工的砼路面地段,而夏季施工路段却较少出现。主要是因为在我国的北方地区,春、秋季节空气干燥、风力大,昼夜的温度变化幅度大,加之施工人员在施工中一般较重视夏季施工时砼路面的养护,而容易忽视春、秋季节的养护所致。

2 预防措施

2.1 对基层的处理 基层材料应达到Ⅲ级灰以上标准,保证粒料的级配良好,施工测量放样准确,碾压成型后及时养生,养生期内禁止任何车辆从上面通行。在浇筑砼面层之前,需洒水将基层润湿,以降低摩阻系数,减少由于摩阻力使砼板产生的拉应力,同时还可防止因基层过多吸收砼中的水分而造成的湿度梯度,降低由此而产生的弯拉应力。

2.2 面层的选材 对路面水泥尽量选用经过复试、各种质量指标均合格的425﹟普通硅酸盐、硅酸盐道路水泥或标号更高的同类水泥,这种水泥的抗弯强度大,水化热低、收缩变形小,可减少砼路面裂缝的产生。对粗、细骨料需经筛分试验,保证级配良好,骨料的含泥量、磨耗率、压碎值等均要满足质检要求。

2.3 选择适宜的配合比 合适的配合比对砼的强度和收缩起着重要作用,应采用正交法选出合适的配合比,并在这个配合比中尽量增加小尺寸骨料用量,以提高砼的抗折强度,同时还要严格控制好水灰比,在水泥用量确定并保持其流动性的情况下,尽量减小水灰比,以降低砼产生裂缝的可能性。

2.4 选用合理施工工艺 砼料拌和要充分、均匀,并保证拌和时间,必须按照质量操作规程精心摊铺、振捣密实。在拉杆、传力杆、钢筋附近及模板边缘等处振捣时要格外细心,确保砼的密实,以降低其收缩量。要尽量避免在高温时刻施工,对砼表面要及时进行抹光。在砼板拉毛后过一段时间(夏季约2h以后,春、秋季约3h以后),用手轻轻地触摸,若无痕迹出现,应及时覆盖进行养护。

2.5 采用真空吸水 真空吸水可使砼表面处于负压状态,使这种具有弹、粘、塑性的混合物质产生均匀的收缩,其内部结构更加紧密,并挤出游离的水分及空气,从而提高砼的早期强度,有效防止裂缝的产生。因此,施工中应尽量采用真空吸水工艺,以提高砼的早期强度,减少干缩率,使整平、抹面、压纹、拆模等工序间的时间间隔缩短,提前切缝的时间。但使用吸水机时一定要控制好真空吸水量和吸水速度。

2.6 切缝要及时 掌握好恰当的切缝时机是防止早期断板问题的关键之一。因为裂缝大多是在砼板尚未切开缩缝之前,其自由伸缩受阻而产生。最佳开割时间与砼材料的物理性能、施工工艺以及气温有密切关系。从理论上讲,一般应在最大拉应力出现之前进行切缝,而实践经验证明,在砼拉毛后、经过养护,凝固程度达到骨料不崩裂、不脱落,即可开始切缝。切缝时还应确保切缝深度达到板厚的1/3以上。

2.7 加强养护 良好的养护可使砼路面收缩量减小、强度提高。故砼板终凝后应立即采用塑料薄膜或草袋覆盖,并充分洒水养护,确保砼的强度正常增长,防止因失水过快而产生干缩裂缝。保温养护时间应由砼强度的增长情况而定,一般为28d,最短不得少于14d。

3 结束语

水泥砼路面的早期裂缝是一个综合性的技术质量问题,几乎每一个砼路面工程施工中都会涉及到。本文针对裂缝产生的部分原因进行了分析与总结,以期在工程施工中能采取更为有效的措施使裂缝的产生率最低,提高水泥砼路面的质量与使用寿命。

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