水泥混凝土路面防断裂探讨

刘 伟,王巍巍

(哈同公路管理处金家管理所)

1 水泥混凝土路面收缩开裂机理

不同限制条件下,混凝土变形引起开裂的情形完全不同。在强限制条件下,混凝土收缩变形会引起内部很大的弹性拉应力,此应力随着混凝土弹性模量的增大和收缩量的增加而增大,收缩徐变作用一定程度上可以减少此种应力,但徐变松弛后的拉应力增长超过混凝土抗拉强度时,混凝土路面就会开裂。由此可以得出控制混凝土路面开裂的主要条件为混凝土自身冷缩和干缩,水泥混凝土路面面层与基层间强大的限制条件。

面层与基层间存在很强的摩阻力,这是不容置疑的。但摩阻力到底有多大,对路面使用性能影响有多大,目前很难找到有关研究资料。但对于层间摩阻力,不能简单地理解为物理学上的摩阻力,因为面层与基层间的约束力不是纯物理学上的摩擦力,而是由静摩擦力和层间粘结剪应力两部分组成;实测结果表明,粘结剪应力比静摩擦力大得多,而不是静摩擦力占主导地位。根据上述分析可以看出,要降低层间摩阻力关键是要减少层间粘结,而减少静摩擦力潜力不大。

2 水泥混凝土路面防裂技术

(1)膨胀补偿收缩技术

该项技术在许多工程项目中被采用,主要用于混凝土的防裂、自应力、防水、防渗等,在路面工程中运用还很少,但其作用原理是一致的,形象地说就是用“膨胀”来“补偿或抵消”混凝土的“收缩”。这主要靠膨胀水泥和膨胀剂来实现,目前市场上有许多产品可供选用。

(2)层间减摩方法

消除层间粘结剪应力的方法很多,如涂油、垫砂、铺油毡等。层间铺砂的办法在规范修订时予以取消了,主要原因是麻烦、费时费力;面层混凝土浇注时漏浆,砂与混凝土融为一体,靠砂隔离的设想难以实现。铺油毡可以完全隔离,但油毡厚度太大,影响面层与基层的结合,对荷载传递或协同受力不利,且费用高,不宜于大面积推广。

通过对比,推荐采用塑料薄膜隔离的方法,施工简便,既起隔离作用,又不影响层间传力效果,价格也便宜。此法已在国内多个工程中采用,效果良好。

3 路面锯缝时机的确定

(1)混凝土板凝固阶段的温度特性

在水化热、气温和日光辐射的作用下,板温随浇筑时间不同在不同时刻出现峰值和谷值。以混凝土浇筑时间为 0计,对于 525水泥来说,0～6h、12～20h为升温过程,6～12h为降温过程。这是一个具有规律性的现象。如果暂不考虑翘曲应力和胀缩应力,6～12h混凝土板处于降温收缩状态,容易发生裂缝。

(2)混凝土板凝固阶段的强度特性

资料表明,混凝土早龄期强度以 10～12h增长最为缓慢,抗裂能力的增长也最慢。由早龄期混凝土抗拉弹性模量的增长规律并对比上下午浇筑的混凝土抗拉弹性模量,下午浇筑的混凝土处于降温区间,模量值比上午低,在第 10h低2倍以上,对降低混凝土的温度应力有利,这一点回答了施工单位普遍反映的上午浇筑混凝土为什么容易发生施工断板的问题。

综上所述,可以认为第 10h是断板的控制时间。而容易断板的季节是在板内温度梯度较大的热季,因此编制出热季每天 24h气温与平均板温之间的典型关系,求出气温与板温的平均差值。利用气温变化曲线的规律性,根据当日预报的气温和浇筑水泥混凝土的时间,推出第 10h的板温作为控制锯缝的温度,从而求出锯缝时机。原则是求出第 10h板温后,如果板温有继续升高的趋势,则温差还要增大,需要立即把混凝土板锯开;如果板温在下降,则温差不会再增大,只要在次日再次升高为第 10h的板温之前锯开混凝土板即可。

具体方法：

①由日气象预报预测施工开始时的气温 T(t)。

②预测终凝时的板温。预测板温等于预测气温加上板温与气温的差。终凝时间一般不超过 12h。

③将实测开始浇筑混凝土的温度 T与第 12h的预测板温连线,求第 10h的板温为锯缝控制温度,从而求出合理锯缝时机。

上午浇筑的板当天锯缝,下午浇筑的板次日清晨锯缝,这是施工单位的常规做法。进行的定量分析从理论上说明了这种做法是合理的。以上提出的方法建立在温度应力不大于混凝土强度的理论上,由此方法推出的锯缝时机控制在混凝土浇筑后第 10h,这对早龄期强度增长较快的水泥是可以的,对强度增长较慢的水泥,锯缝时可能因混凝土强度不够而打坏缝槽边缘,需在施工中注意。从保证及时锯缝的角度,还是使用早期强度增长较快的水泥为好。

施工阶段的温度应力超过路面水泥混凝土强度是发生断板的根本原因。正确选择锯缝时机是防止断板的根本措施。根据温度应力不超过混凝土早龄期强度的原理,提出的用板温控制并求出锯缝时机的方法,简便易行,便于施工单位掌握。