水泥混凝土路面裂缝产生的原因及避免措施
水泥混凝土路面裂缝产生的原因及避免措施
造成水泥混凝土路面开裂的因素是很多的,只要施工中不谨慎随时都可以出现路面的各种裂缝。当混凝土路面的抗拉、抗折强度低于 混凝土的收缩和翘曲应力时,裂缝就会产生,而随着时间、气温 变化、雨水渗入及行车作用,会最终导致全部路面的破坏,目前 尚无理想的修补方法。对裂缝严重的路面只有铲掉重浇,在浇注前应在相邻的接触面处钻孔埋设传力杆。路面裂缝轻微且 不再发展的,可以采取修补。修补工作不但费工费料,外观难 看,而且工艺繁杂,使用效果也不及原有的整体路面。为此,施工 过程中要严格管理,精心组织,最大限度地降低裂缝的产生。
路基的沉降会使其强度减弱,要使沉降一点不发生也是不可能的,即使是路基达到98%的密实度,那么还有2%的空隙率, 有空隙就会有沉降。微量的沉降不会造成路基的破坏。因此,为 保证路基足够的稳定性,就必须把沉降量减小到最小值,尤其要 避免发生影响严重的不均匀沉降。靠自然沉落减小沉降的做法 在高等级公路施工中是不合适,尤其是工期短的工程,更无可 能。即使采用加载预压,也是不经济的。
路基发生沉降有两种情况:一是地基软弱,未做好加固处 理,其承载能力低于覆盖在它上面的填土层重力的压缩变形;二 是填土层压实不好,密实度小于设计要求,其强度必然不足,在 自重和外力作用下就会发生变形,密实度愈小其变形愈大。
为减少因地基沉降而造成的路基变形,在填筑路基前,先清除地基表面的农作物、树木杂 草以及腐殖土,然后用重型压路机械多遍碾压,使地基压实度不 小于93%。
为使路基有良好的密实度和提高其强度,减少路基的塑性 变形和渗透系数,从而增加稳定性,使填土层的沉降量减小到最 低限度,结合施工单位的现有碾压设备,在填筑路基时采取“分 层填筑”和“薄层多压”的做法,每层厚度不超过30cm。曾在 K3+000~K3+100段填筑长100米的试验段,层厚50cm,填土层 的土质为粘性土,用18 吨振动压路机在最佳含水量时,碾压五遍后检测其压实度小于93%(达 不到设计要求),继续碾压到十遍,再检测其压实度,发现无明 显提高。相邻一段层厚30cm的填土层长200米,用同样的粘性 土和碾压机械,当碾压至第四遍后,检测其压实度已达93%~95%。在有大吨位压实机 械的条件下,如50吨振动压路机,重夯以及强夯等,可适当增 加每层的填筑厚度,具体的层厚应根据不同的机械经试验确定。 为保证有均匀的强度,必须强调“分层填筑”,因不同层次有不同 的压实度要求。
混凝土路面的基层必须具有刚度大、整体性强和水稳性好。 常用的基层结构有石灰粉煤灰稳定碎石、石灰土、工业废渣类等 半刚性基层。石灰土宜作为底基层,不宜作为水泥混凝土等高级 路面的基层。石灰土的初期强度和水稳性较低,同时干缩,冷缩 易产生裂缝。从面层缝隙渗入的水会使石灰土基层表面水化,降 低强度,同时也易使面层滑动。长炒路工程采用水泥稳定碎石, 它比石灰稳定土好,因为它的水稳性好。长炒路工程的基层强度 要求洒水养生7天,其饱水无侧限抗压强度>0.8Mpa,28天应 达到1.2Mpa以上。有一合同段试铺的石灰土底基层,经检测压实 度、灰剂量等各项指标都符合要求,唯做灰土饱水试验时,当一 组试件仅在水中浸泡1~4小时,所有试件都已松散,根本谈不上 有强度。在这
样的基层上修筑路面最终造成基层松散/滑动,而 使面层坑槽、龟裂连片。
基层强度的均匀性及平整度对混凝土面板质量影响较大。基 层施工时若拌和不匀、不同土质混杂使用,灰和土不过筛或粉碎 不好而团块多、平整度差,新老路基结合部处理的不好等等都会 造成基层强度的不均匀、基层平整度差,还会使混凝土面板厚度 不一以及由此引起的面板内应力不等和增加混凝土板底的摩阻 力,这在温度应力作用下,易使面板断裂。为此,在验收基层交 工时,除按中华人民共和国交通部颁布的《公路工程质量检验评 定标准》规定的项目外,还应增加检验基层弯沉值、拌和均匀度、含水量等有关项目,使基层能给混凝土面板提供均匀而稳定 的支撑,且能防止唧泥和冻胀等不良影响,保证路面有较好的整 体强度和平整度,达到延长混凝土路面的使用寿命的目的。
混凝土硬化期间水泥放出大量水化热,内部温度不断上 升,在表面引起拉应力。后期在降温过程中,由于受到基础或老 混凝土的约束,又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会 在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的 抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或 变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化,如养护不 周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导 致裂缝。混凝土是一种脆性材料,抗拉强度是抗压强度的1/ 10左右,短期加荷时的极限拉伸变形只有(0.6~1.0)×104, 长期加荷时的极限位伸变形也只有(1.2~2.0)×104。由于原材料不 均匀,水灰比不稳定及运输和浇筑过程中的离析现象,在同一块 混凝土中其抗拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低, 易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢 筋承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝土 的边缘部位如果结构内出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承 担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。
但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往 往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它 外荷载所引起的应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合 理的结构设计和施工极为重要。
为保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性, 正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。例如使用减水防裂剂,混凝土的配合比和水灰比对强度起至关重要的作用。一般 都能做到依据水灰比与强度关系曲线进行计算和选配合理的配合 比,但关键是在实际施工中要按采用的配合比严格执行,坚决杜 绝上料不过秤。
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, 从而推迟或防碍水泥的水化,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。
修一条高质量的混凝土路,从设计到施工之间影响质量的 因素很多,一些理论和工艺有待探讨和改进,以上对混凝土 裂缝的预防进行了理论上和实践上的初步探讨,在实践中的 应用效果是比较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较, 出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土 的裂缝是完全可以避免的。
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