新建水泥混凝土路面断板的原因分析

2010-03-20李怀宇张旭东

黑龙江交通科技 2010年6期

李怀宇,张旭东

(1.黑龙江省哈同高等级公路管理处宾州管理所;2.哈尔滨市公路工程处)

1 原因分析

1.1 夏季施工没有采取必要措施避开高温阶段

GBJ97-87《水泥混凝土路面施工及验收规范》第 4.8.4条(四)规定:气温过高时应避开中午施工,可在夜间进行。并在第 4.8.3条规定,“当混凝土拌合物温度在 30～35℃时,混凝土板的施工应按夏季施工规定进行。”查当天施工最高温度 35℃度,晴天,日照充足,中午 11∶30～14∶30时是气温进入最高温度阶段的时间,此时还在施工,温度对水泥混凝土路面的影响是可想而知的。

1.2 干缩裂缝

在水泥混凝土中,水在水泥石中是以化学结合水,层间水物理吸附水以及毛细水等状态存在着,当这些水在混凝土硬化过程中失去时,水泥混凝土本体就会受缩,这些就是干缩。

混凝土面板在浇筑完成后,经过表面修整抹面后应尽快采取措施避免日光曝晒。新浇筑的混凝土,使其表面减少蒸发量,防止混凝土面板表面迅速失水而产生干缩裂缝。

1.3 冷缩裂缝

在提出这个问题时,有人会感到奇怪,在夏季施工时怎会产生冷缩裂缝呢?实际在特定的条件下,人为造成大温差,使表面迅速收缩,产生拉应力造成断板。和一般材料一样,水泥混凝土具有热胀冷缩性能,混凝土板块的热胀冷缩都是在相邻部分或整体性限制条件下发生的,故热胀属于变形压缩,而冷缩则属于拉伸变形很容易开裂。水泥的水化过程是一个放热过程,在混凝土硬化过程中释放大量热能,致使温度上升,在通常温度范围内,混凝土温度上升 1℃,每 m膨胀 0.01mm,这种温度变形对大面积板块极为不利。有资料表明,水泥水化过程中的放热速度是变化的,初始较慢, 25min后增温,大约在终凝后 12h的水化热温度可达 80～90℃,使内部混凝土产生显著的体积膨胀,而板面温度随着晚上气温降低,湿水养护而冷却收缩,致使混凝土路面内部膨胀,外部收缩,产生很大的拉应力。当外部混凝土的受拉应力一旦超过混凝土当时的极限抗拉程度时,板块就产生裂缝后横向断裂。此外,从最高温度降温,由于受到已有基层或已硬化混凝土的约束力,在温度下降时,就不能自由收缩,就要产生裂缝,这种裂缝大多是贯通路面的。

当板温均匀下降时,其温度差引起的应力可用下式计算

式中:α为混凝土的线膨胀系数,一般为 1×10-5;P为因温度应力作用时间长,考虑徐变影响的应力松弛系数,一般取2/3;ΔT为温度差;μc为混凝土各龄期的泊松比,设为 0.15; Er为混凝土各龄期的弹性模量,MPa。

本段混凝土在施工完成后加塑料布覆盖,由于气温高再加上水化热的作用,混凝土表面温度以达到65～75℃,而施工人员在这种情况下把塑料布揭去人为造成混凝土表面温差,查当时最高气温为35℃,以65℃来计算,其温差为 35-65=-30℃,根据公式,查有关资料:在Er=2.5×104MPa; ΔT=-30℃时,则板中的温度应力为

σx=2.5×104×1×10-5×(-30)×2/3/(1-0.15)= -5.88MPa

一般混凝土抗弯拉强度仅为抗压强度的 1/8～1/7,即为4.38～5.0MPa,本段水泥混凝土设计抗弯拉强度为5.0MPa,可见气温骤降 30℃的温度应力在短时间内超过混凝土的设计抗弯拉强度,板块的横向裂缝已不可避免。

1.4 切缝不及时

由于高温季节施工,又是在覆盖升温的情况下,应加强观察提前进行切缝,使混凝土内部的拉应力释放在切缝端。

该水泥混凝土路面施工没有采用真空吸水工艺,再加上夏季施工外加剂中掺有缓凝剂。正常是在下午开始施工,当板面成活后,在当时温度条件下一般都要在 16～18h才可以切缝,而该段混凝土路面在施工过程中由于在上午施工,经过中午烈日高温影响,再加上人为覆盖增温,因此混凝土板强度形成较快,作为施工人员,应当随时注意观察,一旦强度允许,及时切缝。