浅谈混凝土路面裂缝与预防措施

裴 明

1 水泥混凝土路面裂缝成因分析

1.1 表层裂缝成因

在水泥混凝土路面上,表层裂缝的主要表现形式为龟裂。即混凝土路面表面上呈现碎小的六角形花纹状裂缝,裂缝很浅。其产生既有设计上的原因,也有施工方面的原因。

设计方面的原因主要是指混凝土配合比设计不当。如水泥用量过大或砂率过大;外加剂使用不当或者掺量过大,混凝土在重力作用下产生离析而导致这类裂缝产生。就混凝土本身的性质而言,在混凝土水灰比不变的情况下,水泥浆和砂浆含量较多时,其极限拉伸值也较大,因此,如果采用过大的石料粒径,也容易产生裂缝。

施工方面的原因主要是混凝土浇筑后没有及时覆盖所造成的。混凝土浇筑后,尤其是在炎热的天气或大风天气里,如果不及时覆盖,混凝土表面的游离水分蒸发过快,产生急剧的体积收缩,而此时混凝土早期强度很低,其值不能抵抗这种收缩应力而导致开裂。

1.2 贯穿裂缝成因

1.2.1 纵向贯穿裂缝成因

纵向贯穿裂缝是指水泥混凝土路面发生平行于道路纵轴线方向的贯穿板厚的裂缝。其产生的原因是在路面施工后,由于地基沉降不均匀而导致出现不均匀裂缝,产生断板现象。如基层碾压不实,未达到密实标准,产生断板现象。基层材料搅拌不均,导致基层不均匀沉降,也即由于路基发生局部的不均匀沉陷,如沟槽下沉、路基拓宽部分沉陷、路基未充分压实等原因导致路面板脱空,产生裂缝。

1.2.2 横向贯穿裂缝成因

横向贯穿裂缝是指水泥混凝土路面发生垂直于道路纵轴线方向的贯穿板厚的裂缝。其产生的原因:1)由混凝土本身的性质——混凝土抗拉强度太低造成的;2)由于施工不当——切缝不符合要求所造成的。

混凝土抗拉强度很低,一般只有混凝土抗压强度的1/17～1/18。混凝土的抗裂性就是指混凝土抵抗干缩变形和温度变形的能力,这些变形所引起的拉应力,如超过了混凝土的极限抗拉强度时,就发生裂缝。也就是说,这些变形量超过了混凝土的极限拉伸应变值时,混凝土就产生裂缝,过大时则引起贯穿裂缝。

由于温度和湿度的变化,混凝土会产生体积膨胀和收缩现象,这种变形如受到限制,将会使混凝土内部产生内应力,就有可能产生裂缝。因而水泥混凝土路面上每隔一段距离要设置胀缝或缩缝,而切缝质量的好坏直接影响着水泥混凝土路面的质量。如切缝时间掌握不当,切割不及时;切缝深度不符合要求,切缝过浅;切缝未切到头等因素均可引起混凝土路面发生横向贯穿裂缝。

引起混凝土裂缝的成因复杂而繁多,甚至多种因素相互影响,但每条裂缝的产生,总有一种或几种主要原因。结构混凝土出现裂缝,就其产生原因,大致可分为如下几种,分别解析。

2 控制和预防裂缝的措施

2.1 防止收缩裂缝的技术措施

2.1.1 缩小施工现场温度差、湿度差,抑制收缩

1)合理地安排作业时间,尽量避免在中午气温高峰时间进行施工,尽可能地把施工时间安排在早上或傍晚。这样水泥进行水解固化反应时,不会因周围环境的气温骤变而产生较大的影响。2)水箱加盖、水管掩埋,保证施工用水的温度。必要时还要对碎石适当洒水降温,以降低拌合物与周围环境的温度差。3)缩短作业延迟时间,把在烈日和旱风下作业的时间缩短到最短,无法避免时可设遮阳棚。4)控制开始养生的时间及条件,保证混凝土养生龄期。应在混凝土浇筑完成,收浆后即开始覆盖洒水养生,同时要保证覆盖物表面保持在湿润状态,一般养生龄期为7 d。5)因为大风对拌合物的水分蒸发量比高气温还要大,所以大风天气应停止水泥混凝土路面的施工。如不可避免,则要采取必要的防风措施。6)在施工水泥混凝土路面前,还要注意对基层的顶面进行整平及洒水润湿。这样可保证混凝土路面厚度均匀,受力和变形均匀,同时减少因基层干燥引起的混凝土路面过分失水。

2.1.2 严格控制施工配合比,保证混凝土的自身强度

1)对集料的含泥量要进行严格的控制,特别是砂子中夹杂的泥团要筛出,涂裹黏土的碎石要清洗或剔除。2)加强对水泥质量的复检,特别是水泥的安定性。3)控制好施工水灰比,严格按配合比投料。根据混凝土强度与水泥水化的固体产物在有效空间的关系,即强度增长与胶空比的关系,合理地确定施工水灰比,并严格按配合比投料是确保水泥混凝土路面质量的重要措施。

2.1.3 及时进行割缝,诱导裂缝在接缝位置展开

1)及时及早锯切横缩缝,缝深必须严格达到设计要求深度,在缩裂发生前及早形成弱断面。需要时,还可以考虑在横缩缝位置的混凝土板底部加设诱导裂缝的木块,使弱断面效应更加显著。2)道路设窨井处,横缩缝要骑窨井设置(横缝连线平分井框),使窨井部位自然形成弱断面与横缩缝合而为一,否则在井框部位易形成不规则早期收缩裂缝。3)锯缝设备配置不足时,宜先隔3块～4块板跳锯一条横缝,最后补齐。不得已时还可以考虑以压缝代替锯缝。

2.1.4 提高基层施工质量

水泥混凝土路面基层应具有较高的强度、较高密实度和较好的水稳性。因此,在路基施工中,应严格按施工 操作规程进行,做到分层填筑、分层碾压、分层测试。每层的压实厚度、压实度、平整度及路拱都要满足设计要求和规范要求。

2.2 使用减水防裂剂的作用

1)混凝土中存在大量毛细孔道,水蒸发后毛细管中产生毛细管张力,使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力,但会使混凝土强度降低。这个表面张力理论早在20世纪60年代就已被国际上所确认。2)水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。3)水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充。4)减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形。5)提高水泥浆与骨料的粘结力,提高混凝土的抗裂性能。6)混凝土在收缩时受到约束产生拉应力,当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效地提高混凝土抗拉强度,大幅提高混凝土的抗裂性能。7)掺加外加剂可使混凝土密实性好,可有效地提高混凝土的抗碳化性,减少碳化收缩。8)掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当,在有效防止水泥迅速水化放热基础上,避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。9)掺外加剂混凝土和易性好,表面易抹平,形成微膜,减少水分蒸发,减少干燥收缩。许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能,我们在工程实践中应多进行这方面的实验对比和研究,比单纯的靠改善外部条件,可能会更加简捷、经济。

2.3 混凝土的早期养护

混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果:一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩。另一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。适宜的温湿度条件是相互关联的,混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。

从理论上分析,新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失,从而推迟或妨碍水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应切实重视起来。

3 结语

由于设计、施工、使用过程中存在的某些不足,又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、混凝土的配合比设计、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筑后的防治措施,水泥混凝土路面的裂缝现象是可以避免的。

[1] 朱海英.水泥混凝土路面板的破坏原因及预防措施[J].山西建筑,2008,34(9):291-292.