浅析水泥砼路面施工质量控制

张有寿

[摘要]水泥混凝土路面,是以水泥浆为胶凝材料,以粗细骨料为强度刚架形成强度的一种高级路面。混凝土路面应有足够的抗拉强度和抗弯拉强度,同时对各种不利应力进行控制。

[关键词]水泥混凝土路面施工质量控制

中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710091-01

一、前言

水泥混凝土其具有刚度大、强度高、耐磨特性好、整体性与稳定性优等特点因此在道路路面工程中得到广泛应用。水泥混凝土路面,是以水泥浆为胶凝材料,以粗细骨料为强度刚架形成强度的一种高级路面。但是水泥混凝土路面,受施工工艺、使用环境等因素的影响,也会发生病害。因此,严格控制水泥混凝土路面施工质量是保证水泥混凝土路面安全运行的首要前提。笔者通过自己10多年的公路工程施工经验,从引起混凝土路面裂缝的原因分析开始,简要的谈谈对水泥混凝土路面施工质量控制的一些看法,同广大同行一起切磋。

二、水泥混凝土路面质量问题与施工控制

(一)强度偏低。一般混凝土路面设计强度等级为C35,设计抗折强度为4.5MPa。由于施工的不均匀性、组成材料的质量(包括水泥、碎石与砂骨料材料的级配)不符合技术要求、施工工艺不妥、振捣不密实、过早通车、养护不规范、配合比不正确、施工时严重偷工减料等原因,往往实际的混凝土路面强度达不到设计强度。混凝土路面板在车轮轴载的反复作用产生荷载应力与其它应力共同作用之下,当应力的不利组合达到或超过其强度应力时,便产生裂缝,如此继续作用,将导致混凝土破坏。这类破坏的特点是:不通车不开裂。通车后,裂缝愈早出现,说明强度愈低。这是路面破坏的主要原因,属施工质量问题。因此,在施工过程中应加强技术、质量管理,严格按《路面施工规范》施工。质量控制措施:

1.严格控制原材料质量。水泥、碎石、砂、水等原材料在使用前必须按《规范》规定,进行一系列的试验与检验,不符合技术要求的、不合格的不得使用。2.进行配合比设计、并正确投料。3.粗、细骨料要根据筛分试验数据,结合《规范》控制级配合理。4.严格控制混凝土路面各工序的施工工序质量,尤其要注意“振捣密实”。虽然密实度对强度的影响,笔者还没有掌握两者之间准确的数学关系,但笔者在施工过程中发现,在同样的施工条件下,振捣密实处出现的裂缝与邻板不振捣或只用平板式振动器振捣所产生裂缝相差甚远。5.加强养护,防止在混凝土路面强度未达到设计强度时,开放交通。

(二)基层强度与刚度不足。混凝土路面基层是为保证路面的整体强度,防止唧泥和错台,延长混凝土路面使用寿命的重要结构层。具有调节路面板与土基之间的关系,使路面整体结构比较经济、合理的功能。

一般地,基层的作用主要有:

1.调节路面板与土基之间的受力状态,使土基在规定的路面使用年限内,不发生过大的积累变形,以便使路面板在均匀坚实稳定支承的基础上保证其正常的使用寿命。车轮荷载通过路面板对其支承体地基(土基、垫层或基层)的作用不论是单位压力还是作用频率,在各个部位是不相同的。实践和研究实验表明,在轮载的反复作用下,在板边、角之下的地基比板中之下的地基会产生较大的塑性变形,使部分地基与板底之间失去紧密的接触条件,造成板下的局部脱空现象,使板内产生附加应力而导致板的过早破坏。

2.基层的另一个作用是缓和或降低水、湿度对土基的影响,防止唧泥现象。所谓唧泥,是指在混凝土板的接缝、裂缝或边缘部位的土和水的混合物,在轮载的反复作用下,产生强制性位移,导致路面板失去均匀支承而产生破坏。在实际施工中,施工现场技术人员往往有片面要求基层的表面光洁平整,而有意加大施工用砂量的错误,甚至外加石粉、石屑,而导致基层排水性能减弱。虽然施工定额中,水泥稳定碎石,只有统料碎石,但是施工中往往加砂混合,一般加砂量为700-800Kg/m3。实际上,在施工时控制粒径0.05-0.5mm的用量以200-300Kg/m3是比较合适的。

(三)温度应力。水泥混凝土路面直接暴露在大气中,一年四季大气温度周期性的变化及每一天白昼黑夜气温的变化,使得混凝土路面的温度也随之产生周期性的变化,使混凝土路面产生收缩与膨胀等变形。一旦路面因温度变化所产生的变形受到约束,不能自由伸缩,路面将产生巨大的温度内应力,同时,混凝土路面的表面同大气直接接触,直接受到外界温度的影响,而且热量向路面内部传导仍需一定的时间。在晚间,大气温度下降,混凝土路面表面散热快,内部散热慢,也一样会出现同一截面温度不一致、不均匀。因此,水泥混凝土路面的温度应力主要有二类:一类是温度不均匀上升或下降时引起板的热胀冷缩而在板内产生热压应力或收缩应力;另一类是由板截面上温度不一致引起的翘曲应力。当温度内应力超过容许范围,路面板即产生裂缝或被挤碎而破坏。

1.收缩应力。混凝土路面在外界温度下降时,产生收缩。由于路面板和基础之间存在摩擦阻力的约束,而且这种摩阻力不同于一般认为的面板底部与基础表面之间的滑动摩擦。由于现场浇筑混凝土的水泥浆渗入基础,与基础表层材料粘结成整体,当板面出现滑动趋势时,阻力来自基础材料内部的水平抗剪力,且这种摩阻力远远超过一般的滑动摩阻力。因此这种约束引起路面的收缩应力。未设接缝的混凝土路面板在温度下降15度时,如取Eo=30000MPa,Mc=0.15,T=-15度,最大收缩应力可达5.29MPa。这一应力作用于新浇筑的混凝土路面,由于混合料在终凝以后很短的时间内容许拉应力极低,混凝土路面通常会出现横向贯穿裂缝,以后在轮载的作用下,将出现唧泥而破坏。所以在施工时,应尽量控制工作温差,并按规定及时锯切缩缝,同时,提高基层的平整度,以减少基层与面层之间的摩阻力。

2.翘曲应力。由于砼板、基层、土基的热导性能较差,当气温变化快时,砼板面与板底产生温差,因而板底与板顶的胀缩变形大小不同。这些变形又将受到板的自重、地基反力和相邻板的钳制作用,因而产生温度翘曲应力。实践表明,水泥混凝土路面板长控制在5米左右时,一般很少因温度翘曲应力作用而破坏,同时按翘曲应力控制确定的缩缝间距一般都小于按混凝土均匀收缩控制所确定的缩缝间距,因此,前者能满足,后者便能满足要求。这也是《规范》中规定的缩缝间距取值的依据所在。在施工中,为了控制翘曲应力影响破坏混凝土路面,一般按《规范》规定要求进行施工,同时,避免严冬卜霜期施工,就能基本解决问题。温度应力引起的混凝土路面的裂缝,一般在施工的第二天便能发现,因为混凝土的早期强度低。实际上,荷载应力的最大值与温度翘曲应力的最大值在板面的同一位置、同一时刻产生的几率并不高。因此,可采用较大的强度折减验算路面板的强度。经验算,缩缝间距4-6米时,均能满足要求。

参考文献:

[1]公路养护与管理[M].北京:人民交通出版社,2000,80-81.

[2]水泥、混凝土路面裂缝的预防[J].中国公路,1999,18.