水泥混凝土路面板早期断裂综合处治技术实践应用

2021-01-07张军

黑龙江交通科技 2021年4期

张军

(山西省忻州晋忻交通工程监理咨询有限公司，山西忻州 034000)

如今，我国公路事业快速发展，新建或改扩建公路越来越多，虽然高等级公路及大部分城市道路都采用沥青路面，但这样并不能完全磨灭水泥混凝土路面的优势，在很多情况下依然是水泥混凝土路面更为合适。然而，由于水泥混凝土路面自身结构和性质等因素的影响，容易产生裂缝或断裂，并且很多都是在建成早期就产生断裂，这不仅影响路段正常通车，还会造成很大的资源及经济损失。因此有必要深入探讨行之有效的防治技术措施。

1 水泥混凝土路面板概述

在当前的高速公路工程与市政道路工程建设过程中，水泥混凝土依然是一种常用的路面施工材料，其在所有路面施工材料中依然占据很大比例。对于采用水泥混凝土材料建造而成的路面，主要具有以下几个方面的优势特点：(1)刚度较大；(2)有较强的承载能力；(3)耐高温性能强；(4)耐腐蚀能力强；(5)抗疲劳；(6)抗弯拉强度较高；(7)材料的获取比较方便；(8)具有较强的经济性。采用这种材料进行路面施工时，尤其是在早期施工过程中，路面成型质量十分重要。根据过去的施工案例可知，路面早期施工时产生的破坏，以开裂与断裂两种形式为主，其原因为水泥混凝土的弹性相对较小，但脆性却很大，容易发生收缩，而且还会受到环境与工艺等因素的影响。

对于采用水泥混凝土材料建造而成的路面，其早期断裂病害产生时间一般为面板成型的早期，具体的产生形式为从面板底部不断向上出现整体性的横向断裂。导致混凝土路面板产生断裂现象的主要原因为所受外力超过水泥混凝土自身抗力，而使混凝土路面板所受外力增加的原因为周边环境和施工工艺，对此，可通过调整混凝土配合比与混合料搅拌时间来提高混凝土路面板自身抗力，避免断裂病害的发生。

2 水泥混凝土路面板早期断裂产生原因

混凝土路面板所受外力的来源包括周边环境与施工工艺方法。其中，周边环境方面的影响包括：在风力较大的情况下进行施工会导致混凝土水分快速蒸发，使混凝土的收缩速度加快；施工中气温较高或温差相对较大的情况下进行，此时混凝土内外部将产生很大的温差，致使混凝土内外部产生应力差，导致开裂或断板。而施工工艺方法方面的影响包括：在施工早期大多考虑的是面板切缝深度及时间，因混凝土自身难免发生收缩，所以在施工中需要进行伸缩缝的设置，以此调节变形，但如果伸缩缝深度等不符合要求，将导致混凝土内部产生应力集中的现象，这样就会在薄弱部位产生断裂。

使混凝土路面板受内部力影响的因素包括以下几个方面：其一，材料配合比，在选择材料的过程中，所选水泥未能达到要求，或集料的含泥量超出相关标准，导致混凝土路面板出现较大程度的膨胀；另外，如果碎石含量过多，将导致混凝土路面板的强度降低，使其抗弯性能无法满足要求，受车辆等外部荷载持续作用后，将产生断裂。还有一些施工单位错误的认为增加水泥用量可以提高混凝土路面板的强度，但实际上如果水泥用量过多，将增大水灰比，产生大量的水化热，轻则导致路面板开裂，重则使路面板在早期就产生断裂。其二，材料拌和时间，如果拌和时间没有达到相关要求，将使材料无法达到均匀，水泥和集料的分布不均匀，此时受外界压力与温差等作用的影响后，将在面板的薄弱部位产生裂缝，此时若没有及时发现和处理，将导致断裂；其三，养护不当，如果外界环境变化明显，且未能做好及时养护，或养护时所选养护方法不合理，将导致面板上的水分快速蒸发，使面板自身内应力显著降低，产生裂缝与断板。

3 水泥混凝土路面板早期断裂综合处治

3.1 外因控制

施工尽量避免在风力较大、气温加高、温差变化明显的情况下实施，通常情况下，施工时，气温不宜超过30 ℃，且风力不宜超过6级，当在夏季高温情况下施工时，应尽可能避免在气温较高的时段施工。混凝土路面板实际施工时，碾压设备实际运行速度应按照1.0～1.5 m/min要求严格控制，如果路面的横向有一定标高差，且竖向为非直线时，应降低一定的施工速度，防止路面产生断裂。如果外界环境有很大的变化，则要加强养护。

在施工中确定具体的切缝深度与时间时，应对施工过程中的周边环境等因素进行综合考虑，若施工是在高温条件下进行的，应尽可能快的进行切缝，而在低温条件下进行的施工，则要推迟一段时间来切缝。结合相关工程案例，当施工时气温在30 ℃左右时，应在路面板施工结束以后10 h开始切缝，而当施工时气温在15 ℃左右时，则应在路面板施工结束以后24 h开始切缝，至于切缝的具体深度，通常按照面板总厚20%～30%进行控制。

路面施工结束后，应立即开始养护，比如在路面板均匀喷洒清水，并在伸缩缝施工结束后在表面铺设一层薄膜，用于减小温度等因素对路面造成的影响。混凝土路面板养护时，应充分考虑边角处，切实加强管理，避免使薄膜破损或边角处损坏。在实际的养护过程中，应加强车辆管制，禁止任何车辆从正处养护状态的路面上通过。在条件允许的情况下，可以在路面板与基层的中间增铺一道3 mm厚沥青层，用于隔离两个路面结构层，避免基层方面的原因导致面板产生开裂或断板。

3.2 内因控制

在选取路面混凝土施工材料时，所选取的水泥必须具有良好的强度，且收缩性不能太高，其细度一般不能超过10%，且C4AF的实际含量应达到15%以上；所选粗集料的粒径应控制在30 mm以内，且应具有较强抗高温性，通常可采用玄武岩；混凝土的细集料以河砂为主，其含泥量不能超过3%。如果为适应施工要求需要对混凝土的凝固时间予以延长或缩短，或提高混凝土路面板的整体强度，可在混合料当中适量添加一些外加剂，必须采用适量的粉煤灰来代替水泥，这样能在降低水化热，避免因温度应力产生引起开裂的同时，保证整体抗压强度。

混凝土的具体配合比需要以工程项目实际情况与具体要求确定，以某公路工程为例，其路面采用水泥混凝土路面，根据该工程实际情况与施工要求，将配合比信息确定如下：(1)路面施工用水泥混凝土的水胶比按0.4控制；(2)材料重量比为：水∶水泥∶砂∶粒径超过10 mm的碎石∶粒径小于10 mm的碎石∶粉煤灰=0.46∶1∶1.87∶2.45∶1.05∶0.15；(3)各类型材料的单位体积用量分别为：水165 kg/m3、水泥335 kg/m3、630 kg/m3、835 kg/m3、350 kg/m3、50 kg/m3。对于混凝土具体搅拌时间，需要通过综合考虑现场实际情况与现有搅拌设备来确定。在通常情况下，混凝土的拌和应分批实施，保证混凝土的搅拌达到均匀和充分。路面工程施工中，难免发生水分流失，对此必须在施工中加强保水，保证路面板强度，从混凝土路面板的内在方面减少或避免开裂与断裂。