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水泥砼路面早期裂縫危害潛在問題探討研究

發布時間:2014-02-17 15:25所屬分類:車輛管理瀏覽:1加入收藏

早期裂縫是水泥砼路面常見病害之一,由于它是以裂縫形式出現,修補較困難。整塊敲掉,又實屬可惜,重新澆筑將會影響工期和浪費資金。因

  摘要:早期裂縫是水泥砼路面常見病害之一,由于它是以裂縫形式出現,修補較困難。整塊敲掉,又實屬可惜,重新澆筑將會影響工期和浪費資金。因此如何消除和防治早裂病害,對道路工作者來說是一項必須努力攻克的課題。

  關鍵詞:水泥砼路面,早期裂縫危害,潛在問題,探討

  水泥砼路面的突出優點是:強度高,使用周期長,正常維護費用低;其突出缺點是:一次性投資大,對損壞難以修復。截至2003年底止,汕尾市區現已修建的水泥砼路面達到38萬平方米。為加強汕尾市區的基礎設施建設,今后汕尾市區在市政道路建設方面將會繼續加大資金投入,以進一步改善市區的道路交通狀況。因此,如何進一步利用水泥砼路面的優點,克服其缺點,延長使用年限,對今后砼路面的修建是有實際意義的。在砼路面的施工中,無論在技術上,在管理上,仍有不少教訓,值得我們去反思研討。水泥砼路面早期裂縫危害的潛在因素及防治就是其中的重要課題。

  早期裂縫的危害

  對早期裂縫的概念,特別是時間段的概念,認識并不統一,這里不作詳述。本文所指的早期裂縫是指:凡是在道路開放交通前產生的裂縫,均稱作早期裂縫。

  回顧汕尾市近十多年來,隨著水泥砼路面的發展,其病害也不斷出現,特別是在夏季或冬季施工的路面,早期裂縫的現象更為嚴重。例如香港大道、香洲路西段、林蔭路、海寧路、城南路、吉祥路等均有不同程度的早期裂縫出現。可見,早期裂縫對砼路面的危害十分普遍,對其如何防護和處理顯得十分重要。

  早期裂縫的分類及防治

  根據“早裂”的潛在成因及外部條件的影響,初步歸納后,可將早期裂縫分為四種,分別是:沉降裂縫;干縮裂縫;溫度裂縫;施工裂縫。

  (一)沉降裂縫

  砼澆筑后,水泥和骨料自然下沉,同時引起泌水,在沉降過程中發生的裂縫。產生沉降裂縫主要原因,是砼澆筑后,水泥和骨料在下沉階段,如受到鋼筋和其它埋件的局部阻礙、模板移動、基礎沉降,使該處砼產生拉應力和剪應力時,該處就會產生沉降裂縫。裂縫一般均在澆筑后1~3小時產生,屬硬化前裂縫。發現后迅速進行處理,可重新加壓抹平,使裂縫閉合,能達到較好效果。

  沉降是砼特性之一,完全避免是不可能的。但沉降有一定限度,隨著各粒子間的相互接觸,水泥漿的逐步凝結,將導致沉降停止。沉降量與單位用水量成正比。即單位用水量愈大,泌水率愈大,沉降量也愈大。為防止和減少沉降裂縫,應從以下三方面著手:

  (1)在保證砼和易性的條件下,降低砼的單位用水量,使用干硬性砼。

  (2)選擇在沉降結束以前快速硬化,而又不失去粘結力的水泥和外加劑。

  (3)施工良好震搗,消除因泌水產生的水膜而減少砼沉降。

  (二)干縮裂縫

  水泥砼澆筑后,在硬化的過程中,由于水泥水化生成物的體積比原來物質的體積小,加上游離水在空氣中蒸發及凝膠體失水而緊縮,隨著砼何體積收縮產生拉應力,當拉應力大于當時砼的抗拉強度,而產生干縮裂縫。裂縫的主要特征:表面開裂,縱橫交錯,沒有一定規律;縫寬和長度都很小,與發絲相似,不注意時較難發現。

  干縮裂縫是砼路面早期裂縫中最常見危害之一。因內外研究資料表明,砼的干燥收縮也是砼特性之一,正是因為這一特征,能使砼密實,提高砼與鋼筋之間的粘結力。但是干縮量超過一定程度就會產生裂縫。

  干縮裂縫的產生與使用材料、配合比、板塊尺寸、養護條件、外加劑等有密切關系,根據對干縮裂縫的認識,對其成因分述如下:

  (1)在冬季或夏季施工,往往由于養護不及時,讓砼風吹日曬,造成砼表面水分蒸發速度過快,超過了泌水速度,因而產生干縮裂縫。

  (2)對于塑性砼來說,從凝結到硬化結束,就是早期收縮期間,也是砼快速失去塑性的過程。此時,如果砂率過大,石料含泥量過多,或是采用干縮量較大的水泥,都會造成砼過量收縮而產生裂縫。

  多年實踐證明:水泥標號越高,收縮越大;礦渣水泥比普通水泥收縮大;級配骨料粒徑越小,收縮愈大;生產干縮裂縫危害的機會就越大。為防止干縮裂縫產生,首要任務是消除一切可能誘導“干裂”產生的因素。主要應從以下三方面入手;

  (1)根據不同氣候條件,選用合理級配。正確選用水泥、石料、砂率、用水量、外摻劑等,從減少干縮率,來防止干縮裂縫。

  (2)嚴格施工管理,防止水分過量蒸發,搗筑后,及時采用涼棚或其它遮蓋物,將砼覆蓋起來,避免風吹干燥,日光直接照射,進入養護期后,注意養生。

  (3)不同外加劑及劑量,對砼干縮率有一定影響。因此,摻配外加劑前應對干縮率作試驗后,再確定是否摻配和摻配量。

  (三)溫度裂縫

  水泥砼具有熱脹冷縮的性質。由于水泥水化作用,是伴隨發熱的化學反應,所以,在硬化的過程中釋放大量熱能,使溫度上升。經參考有關實測資料,在通常溫度范圍內,砼溫度上升1℃,每米膨脹0.01毫米。這種溫度變形,對大面積砼板塊,極為不利。砼路面板的內部溫度增高有時可達到40~60℃,使內部砼產生顯著的體積膨脹,而板面砼隨著晚上氣溫降低,濕水養護而冷卻收縮。內部膨脹與外部收縮,互相制約,產生很大拉應力,而外部砼所受拉應力一旦超過砼當時的極限抗拉強度時,板塊就會產生裂縫。

  經幾年來現場觀察溫度裂縫的結果是:橫向裂縫多于縱向裂縫,板中裂縫多于板邊裂縫,縫寬大小不一,受溫度影響大。另外,在某些路段,因踞縫不及時,而在靠近設計伸縮縫處,發生了走向較規則的溫度裂縫,這種情況在香港大道施工時曾多次出現。

  對溫度裂縫的處理,尚未較成熟的辦法。按常規整塊打掉,返工重澆,浪費較大。我市常用辦法是用切割機垂直切除損壞部分,破除運走,重新澆筑單層鋼筋砼,以保證損壞塊的強度及穩定性。

  對于溫度裂縫,應該樹立以防為主的思想。在施工管理的過程中,我們積累了不少的好經驗和預防措施。綜合起來,主要有下面三條:

  (1)砼單位骨料用量愈大,其熱膨脹系數愈小。水泥漿含量愈多,則砼膨脹系數愈大。因此,合理選擇級配,采用水化熱較低水泥,減少水泥及用水量,降低砼膨脹值,是防止溫度裂縫的主要途徑。

  (2)施工管理中,應注意人工降溫措施,對表層砼采取保溫保濕防護措施,減少溫度變形。

  (3)對于大面積砼路面施工,應該做到及時鋸縫,這是防止溫度裂縫的有效措施。

  (四)施工裂縫

  在砼早期裂縫中,可以說沒一種裂縫不與施工因素有關。施工裂縫主要是指由施工因素產生的裂縫。

  從我市市政道路施工中比較常見的施工裂縫,追蹤其成因主要有兩方面:

  (1)震搗不夠,拆摸過早,因而引起砼表面和邊部開裂。

  (2)在不中斷交通的情況下,分邊施工,先期施工的砼板塊通車后,影響新澆筑的板塊,產生震動裂縫。

  對防止施工裂縫的產生,并非一個純技術問題,在很大程度上是施工管理問題。只要嚴格加強施工質量,正確執行施工技術操作規程,因施工因素產生的裂縫是可以防止和避免的。

  早期裂縫的潛在因素

  除了上述肉眼可見的裂縫外,許多學者對砼變形與破壞的內在原因進行了研究。認為砼在外力作用下的變形裂縫是內部裂縫的發展,是量變到質變的具體現。這一新的啟迪,導致對砼變形破壞原因的研究向前邁進了一大步,為砼開創了新的研究領域即對砼內部的研究。

  所謂微裂縫,是每一種肉眼無法看到,只有用顯微鏡或超聲波探測器才能發現的裂縫。這種由于沉陷、水化、干燥、碳化等因素產生的微裂縫,在未受外力作用之前,就存在于砼內部。

  對于微裂縫,就其存在來說,它是誘發早期裂縫的潛在因素。就其發展來看,它是路面在通車受力后,大開裂或變形破壞的禍根之一。所以我們在研究早期裂縫病害中,應該首先認識和掌握微裂縫的產生和發展基因,才能從根本上防止和消除微裂縫。隨著對微裂縫研究的發展,目前已觀測到對水泥砼力學性質具有很大影響的微裂縫主要有三種:

  (1)界面裂縫

  界面裂縫存在于砂漿和粗骨料粘結面上。由于砼硬化過程中,砂漿的水化作用和收縮引起砂漿體積變化而產生的應力,破壞了砂漿和粗骨料界面間的粘結力,而形成雜亂無章分布的微細裂縫。

  另一原因,是砼成型后的泌水作用,某些上升的水分為骨料所阻,因而聚集于粗骨料的下緣,妨礙粘結而成為界面裂縫,這種裂縫對砼的變形性質起著重要的作用。

  (2)砂漿裂縫

  砂漿本身產生的裂縫。主要由水泥含堿量和溫度變化引起砂漿膨脹而生產。這種裂縫在受力或其它因素的作用下,將會連接鄰近的界面裂縫而形成連續裂縫,此時砼將會遭到嚴重破壞。

  (3)骨料裂縫

  骨料粒子內部產生裂縫。這種裂縫在骨料(石料)中因石質和成巖紋理的原因,使其在開采和扎碎過程中形成微裂縫。

  以上三種裂縫常常形成兩條粘結裂縫,并且以砂漿裂縫為聯結而形成連續裂縫。微裂縫在外力和溫度、干濕變化、化學作用等因素的影響下,常常引起早期和后期的砼破壞。

  微裂縫對路面砼有著極大地破壞作用,甚至比已發現的早期裂縫還具有破壞性。因為它是埋藏的“地下炸彈”。所以我們應該盡量消除和防止微裂縫的產生。防止和減少微裂縫,可從三方面著手:

  (1)嚴格選擇骨料。選擇石質均勻一致,不易風化,無裂紋,無剝落的堅硬巖石作為粗骨料,并且嚴格控制針片狀;細骨料含泥量不得超過規范標準。消除和減少骨料裂縫的產生。

  (2)控制水灰比。特別是水泥用量,應嚴格按級配計算配比,嚴禁使用高堿量水泥。盡量降低用水量,減少泌水沉降而造成砂漿裂縫條件。

  (3)注意砼施工操作方法,減少從攪拌到成型之間的時間和運輸路程,避免砼過早凝聚及泌水現象而致微裂。必須堅持做到砼攪拌均勻,震搗密實。使砼相互粘結密實穩定,有效消除界面裂縫和砂漿裂縫。

  結束語

  水泥砼路面早期裂縫的產生,其內因與外部條件,非常復雜。既有單一因素,也有綜合因素。因此我們對某一種裂縫的產生,也不應看到孤立,應綜合進行分析研究,以確保水泥砼路面的工程質量,減少早期裂縫所造成的損失。


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