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水泥砼路面具有强度高、稳定性好、耐久性强、使用寿命长、维护费用少等特点。在新建的高等级路面中,水泥砼路面所占的比重愈来愈大。在水泥砼路面施工中,缩缝的锯缝新工艺的应用,减少了砼板的相邻高差,横缝直顺度的平均合格率达100%,提高了路面的使用质量。但砼路面经常出现早期不规则的横向裂缝,且大多发生在砼的凝固和硬化过程中。
一、早期裂缝形成的主要原因
1.切缝不及时。应力集中处就是裂缝出现处,也是结构的薄弱部位。目前广泛采用的切缝工艺就是使砼板块断面减少,制造人为的薄弱部位,把应力集中引导至切缝处的断面上,形成规则的裂缝。因此切缝不及时,应力集中就会发生在砼板块的薄弱部位,这样出现的裂缝必然是不规则的。
2.配合比不确立。水灰比的大小与砼的强度有关,也与干缩裂缝有关。水多,砼的干缩性就大,水泥量多,则塑性变形就大。骨料含泥量大,骨料表面形成泥浆薄膜的颗粒就多,骨料与水泥石间的胶结力就会降低,砼内部的薄弱部位就增多。配料不準,生产出的砼强度就不均匀,强度弱区应力就容易集中。这些都使砼产生早期裂缝的机率增大。
3.气温条件。气温的急剧变化,昼夜温差大,或因大风造成急剧冷缩或干缩,加快了应力集中的速度,加剧了砼早期裂缝的形成。特别是北方地区,砼路面一般都在夏季施工,白天气温很高,夜间气温较低,温差大使砼收缩不均,当这种收缩受到约束时,砼路面就会开裂。
4.养生问题。水泥砼的养生,是保证砼质量的重要工序之一。如果养生不及时,会出现砼表面水分蒸发过快,形成干缩裂缝。
5.施工组织的不连续。在浇筑砼过程中,因停电、机械故障、休息停拌等因素,使之不能连续作业。已浇砼的接茬面出现初凝,再浇砼时,先浇砼与后浇砼之间就会出现一个人为的薄弱面,引起应力集中,形成一条不规则的裂缝。
二、早期裂缝的预防措施
1.重视基层施工。地基强度不均匀,路基填料混杂或压实不好,产生不均匀沉降,基层平整度差,导致混凝土面层厚度不匀,离散性大,在行车荷载及温度翘曲应力作用下,使路面应力集中。当应力超过极限强度时,就会在厚度薄弱处产生裂缝。
基层是砼面层的底面约束。基层密实度高,产生裂缝的机率就小。基层平整度好,基层与面层间的磨擦力就小。基层施工中,一定要保证密实度和平整度达到要求,同时基层成型养生结束后,要及时摊铺砼,以防基层暴露时间过长而产生干缩裂缝。
2.混凝土质量的控制
(1)不同标号及品种的水泥混杂使用,硬化时间及收缩量不一样,同样会形成裂缝。(2)集料质量的影响。(3)搅拌质量的影响。搅拌时间过短,则拌合不均匀,造成面层强度相差过大,硬化时间及收缩量不同,从而导致裂缝产生;搅拌时间过长,则容易导致骨料破碎、离析,影响混凝土的强度。(4)振捣质量的影响。振捣不足,易使混凝土中出现气孔、蜂窝,在行车荷载及自然因素作用下产生应力集中而导致裂缝;振捣过量,则粗骨料下沉,混凝土离析,影响其强度。(5)养护的影响。混凝土的养护对其早期强度增长和防止收缩裂缝极为重要。因此,一定要加强混凝土的早期养护,在表面收浆后尽快予以覆盖和洒水养护。同时必须保证养护的时间,实际养护天数根据混凝土强度增长情况而定,一般宜为14~21天。严格按质量要求选料,准确按配比单配料。严禁用过期、受潮、没标号的水泥。骨料含泥量大一定要冲洗。为了降低水灰比,提高砼的早期强度,可选用干硬性砼。也可加减水性的外掺剂,或采用真空吸水施工工艺等都可达到此目的。
3.及时切缝。设置横向缩缝是为了减小收缩应力和翘曲应力。切缝施工是混凝土施工中的一个重要环节,如不加强控制,极易引发裂缝。切缝的时间以砼的强度来控制,一般以砼抗压强度达到6MPa--12MPa时为适宜的切缝时间,施工中常常根据施工温度来确定切缝时间:平均气温20℃左右时,18小时—24小时为宜;平均气温15℃左右时,24小时一30小时为宜;平均气温10℃左右时,36小时—48小时为宜。切缝深度一般为板厚的1/3~1/4,最小切缝深度为5cm,适当地加大切缝深度能有效的防止早期不规则裂缝。由于种种原因而切缝不及时,采用间隔切缝或间隔压缝都可以避免产生早期裂缝。
4.适时地收水抹面。收水抹面的目的一是增加砼表面的密实度,二是使砼表面产生的细微裂缝愈合。但过度地抹压也是造成微裂的原因。收水抹面一般以三遍为度。
5.适时涂沥青。纵缝施工时,对已浇砼板的缝壁均匀地涂刷一层沥青,以减小侧面约束的磨擦阻力,并将先浇砼与后浇砼板隔离开。
6.拉杆和传力杆的施工 。胀缝传力杆的质量控制主要有两点:一是传力杆的一端应涂沥青,且加管套,以保证其伸缩距离;二是传力杆必须与路面平行,以保证其伸缩方向。前者处理不好,缝端混凝土将被挤裂。传力杆与路面不平行,混凝土板伸缩时,传力杆对混凝土板产生压应力,引起混凝土板拉裂。(1)横向施工缝传力杆。横向施工缝传力杆应用光圆钢筋,且一半涂沥青,允许滑动。在实际应用中,施工单位为图方便,经常使用螺纹钢,且不涂沥青。施工缝两边混凝土浇筑时间不同,凝结过程中产生的收缩不同步,传力杆不能伸缩,形成薄弱环节。当混凝土板在荷载或自然因素作用下产生收缩,则在此薄弱环节处产生裂缝。(2)纵缝拉杆。纵缝一般有纵向缩缝和纵向施工缝两种,两种纵缝均应设置拉杆。拉杆应用螺纹钢,长度达到设计要求,以保证其与混凝土间的粘接力,并且拉杆的直径与间距也应得到保证。如此,拉杆不能提供足够的拉力,混凝土面板收缩时,纵缝被拉开而形成裂缝。
7.检查好各种设备。砼施工前要仔细检查各种机具的完好程度,检查电路、水路、运输道路是否畅通无阻。严禁机具带病运行,确保砼浇筑的连续性。
综上所述,水泥混凝土路面裂缝形成成因,不仅与设计、施工等路面形成前的环节有关,而且与路面形成后的使用、养护等联系紧密。因此,要消灭水泥混凝土路面开裂这一质量通病,延长水泥混凝土路面的使用周期,提高投资效益,需要设计、施工、养护管理各方主体各负其责,分头把关,按照行业规范标准,结合工程实际,严格履行各自职能,相信这一顽疾一定会得到根治。
一、早期裂缝形成的主要原因
1.切缝不及时。应力集中处就是裂缝出现处,也是结构的薄弱部位。目前广泛采用的切缝工艺就是使砼板块断面减少,制造人为的薄弱部位,把应力集中引导至切缝处的断面上,形成规则的裂缝。因此切缝不及时,应力集中就会发生在砼板块的薄弱部位,这样出现的裂缝必然是不规则的。
2.配合比不确立。水灰比的大小与砼的强度有关,也与干缩裂缝有关。水多,砼的干缩性就大,水泥量多,则塑性变形就大。骨料含泥量大,骨料表面形成泥浆薄膜的颗粒就多,骨料与水泥石间的胶结力就会降低,砼内部的薄弱部位就增多。配料不準,生产出的砼强度就不均匀,强度弱区应力就容易集中。这些都使砼产生早期裂缝的机率增大。
3.气温条件。气温的急剧变化,昼夜温差大,或因大风造成急剧冷缩或干缩,加快了应力集中的速度,加剧了砼早期裂缝的形成。特别是北方地区,砼路面一般都在夏季施工,白天气温很高,夜间气温较低,温差大使砼收缩不均,当这种收缩受到约束时,砼路面就会开裂。
4.养生问题。水泥砼的养生,是保证砼质量的重要工序之一。如果养生不及时,会出现砼表面水分蒸发过快,形成干缩裂缝。
5.施工组织的不连续。在浇筑砼过程中,因停电、机械故障、休息停拌等因素,使之不能连续作业。已浇砼的接茬面出现初凝,再浇砼时,先浇砼与后浇砼之间就会出现一个人为的薄弱面,引起应力集中,形成一条不规则的裂缝。
二、早期裂缝的预防措施
1.重视基层施工。地基强度不均匀,路基填料混杂或压实不好,产生不均匀沉降,基层平整度差,导致混凝土面层厚度不匀,离散性大,在行车荷载及温度翘曲应力作用下,使路面应力集中。当应力超过极限强度时,就会在厚度薄弱处产生裂缝。
基层是砼面层的底面约束。基层密实度高,产生裂缝的机率就小。基层平整度好,基层与面层间的磨擦力就小。基层施工中,一定要保证密实度和平整度达到要求,同时基层成型养生结束后,要及时摊铺砼,以防基层暴露时间过长而产生干缩裂缝。
2.混凝土质量的控制
(1)不同标号及品种的水泥混杂使用,硬化时间及收缩量不一样,同样会形成裂缝。(2)集料质量的影响。(3)搅拌质量的影响。搅拌时间过短,则拌合不均匀,造成面层强度相差过大,硬化时间及收缩量不同,从而导致裂缝产生;搅拌时间过长,则容易导致骨料破碎、离析,影响混凝土的强度。(4)振捣质量的影响。振捣不足,易使混凝土中出现气孔、蜂窝,在行车荷载及自然因素作用下产生应力集中而导致裂缝;振捣过量,则粗骨料下沉,混凝土离析,影响其强度。(5)养护的影响。混凝土的养护对其早期强度增长和防止收缩裂缝极为重要。因此,一定要加强混凝土的早期养护,在表面收浆后尽快予以覆盖和洒水养护。同时必须保证养护的时间,实际养护天数根据混凝土强度增长情况而定,一般宜为14~21天。严格按质量要求选料,准确按配比单配料。严禁用过期、受潮、没标号的水泥。骨料含泥量大一定要冲洗。为了降低水灰比,提高砼的早期强度,可选用干硬性砼。也可加减水性的外掺剂,或采用真空吸水施工工艺等都可达到此目的。
3.及时切缝。设置横向缩缝是为了减小收缩应力和翘曲应力。切缝施工是混凝土施工中的一个重要环节,如不加强控制,极易引发裂缝。切缝的时间以砼的强度来控制,一般以砼抗压强度达到6MPa--12MPa时为适宜的切缝时间,施工中常常根据施工温度来确定切缝时间:平均气温20℃左右时,18小时—24小时为宜;平均气温15℃左右时,24小时一30小时为宜;平均气温10℃左右时,36小时—48小时为宜。切缝深度一般为板厚的1/3~1/4,最小切缝深度为5cm,适当地加大切缝深度能有效的防止早期不规则裂缝。由于种种原因而切缝不及时,采用间隔切缝或间隔压缝都可以避免产生早期裂缝。
4.适时地收水抹面。收水抹面的目的一是增加砼表面的密实度,二是使砼表面产生的细微裂缝愈合。但过度地抹压也是造成微裂的原因。收水抹面一般以三遍为度。
5.适时涂沥青。纵缝施工时,对已浇砼板的缝壁均匀地涂刷一层沥青,以减小侧面约束的磨擦阻力,并将先浇砼与后浇砼板隔离开。
6.拉杆和传力杆的施工 。胀缝传力杆的质量控制主要有两点:一是传力杆的一端应涂沥青,且加管套,以保证其伸缩距离;二是传力杆必须与路面平行,以保证其伸缩方向。前者处理不好,缝端混凝土将被挤裂。传力杆与路面不平行,混凝土板伸缩时,传力杆对混凝土板产生压应力,引起混凝土板拉裂。(1)横向施工缝传力杆。横向施工缝传力杆应用光圆钢筋,且一半涂沥青,允许滑动。在实际应用中,施工单位为图方便,经常使用螺纹钢,且不涂沥青。施工缝两边混凝土浇筑时间不同,凝结过程中产生的收缩不同步,传力杆不能伸缩,形成薄弱环节。当混凝土板在荷载或自然因素作用下产生收缩,则在此薄弱环节处产生裂缝。(2)纵缝拉杆。纵缝一般有纵向缩缝和纵向施工缝两种,两种纵缝均应设置拉杆。拉杆应用螺纹钢,长度达到设计要求,以保证其与混凝土间的粘接力,并且拉杆的直径与间距也应得到保证。如此,拉杆不能提供足够的拉力,混凝土面板收缩时,纵缝被拉开而形成裂缝。
7.检查好各种设备。砼施工前要仔细检查各种机具的完好程度,检查电路、水路、运输道路是否畅通无阻。严禁机具带病运行,确保砼浇筑的连续性。
综上所述,水泥混凝土路面裂缝形成成因,不仅与设计、施工等路面形成前的环节有关,而且与路面形成后的使用、养护等联系紧密。因此,要消灭水泥混凝土路面开裂这一质量通病,延长水泥混凝土路面的使用周期,提高投资效益,需要设计、施工、养护管理各方主体各负其责,分头把关,按照行业规范标准,结合工程实际,严格履行各自职能,相信这一顽疾一定会得到根治。