新建水泥混凝土路面斷板的原因分析

蔡熾聰

摘要：新建的水泥混凝土路面產(chǎn)生連續(xù)斷板，由于這次斷板處于夏季施工，且在施工過程中使用一些特殊的施工方法，造成干縮、冷縮裂縫并形成斷板。對斷板產(chǎn)生的原因就當時的施工的各種原因進行分析，并提出以后工作應注意的問題，以防止類似的現(xiàn)象的再次發(fā)生。

關鍵詞：高溫；溫差；干縮裂縫；冷縮裂縫

水泥混凝土路面在夏季施工應根據(jù)氣候炎熱的特點，采取必要的施工技術措施，來進行施工。否則就容易使新施工的水泥混凝土路面產(chǎn)生斷板，甚至是連續(xù)斷板。在一次夏季施工水泥混凝土路面，新建的水泥混凝土路面出現(xiàn)一些斷板和連續(xù)斷板現(xiàn)象，筆者覺得很有特殊性和典型性。故對斷板產(chǎn)生的原因就當時的施工的各種原因進行分析，并提出以后工作應注意的問題，以防止類似的現(xiàn)象的再次發(fā)生。

1 斷板產(chǎn)生的過程

1.1 施工時間及氣候條件

施工時間為2007年7月24日上午6:00-12:00；氣候條件：晴，最高氣溫35℃，東南風：4-5級。

1.2 斷板的產(chǎn)生

上午從6點開始，至中午12點，該段工地仍在施工水泥混凝土路面。在已處于高溫及烈日暴曬的情況下，為防止太陽直接曝曬于板塊表面。施工人員在用遮雨棚擋住一部分混凝土板外，同時用一部分黑色編織布及塑料布進行遮蓋，在中午陽光的直射下，塑料布下混凝土在氣溫及水化熱的雙重作用下，溫度上升很快，并且很快達到65℃左右。施工人員在發(fā)現(xiàn)溫度過高時，又在13：30左右時將混凝土表面的塑料布及編織布揭去。當天下午就發(fā)現(xiàn)了一塊混凝土板出現(xiàn)橫向裂縫。同時，沒有及時采取措施盡快根據(jù)混凝板的實際情況提前進行切縫，因此在7月25日上午例行檢查時，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)連續(xù)斷板，共計斷板10塊，大多數(shù)為橫向斷板，并貫通整塊面板。

2 原因分析

2.1 夏季施工沒有采取必要措施避開高溫階段

GBJ97-87《水泥混凝土路面施工及驗收規(guī)范》第4.8.4條（四）規(guī)定：氣溫過高時應避開中午施工，可在夜間進行。并在第4.8.3條規(guī)定，“當混凝土拌合物溫度在30-35℃時，混凝土板的施工應按夏季施工規(guī)定進行?！辈楫斕焓┕ぷ罡邷囟?5℃度，晴天，日照充足，中午11:30-14:30時是氣溫進入最高溫度階段的時間，此時還在施工，溫度對水泥混凝土路面的影響是可想而知的。另外，本段曾在6月13日上午施工一段的試驗路。在上午11時停機，到下午2點鐘時，其混凝土表面已產(chǎn)生縱向、橫向裂縫等大小不等的不規(guī)則裂縫和斷板，當時分析就已經(jīng)指出夏季施工應避開中午高溫時間，防止產(chǎn)生裂縫或斷板，7月24日的斷板再次證明這一規(guī)律。

2.2 干縮裂縫

在水泥混凝土中，水在水泥石中是以化學結合水，層間水物理吸附水以及毛細水等狀態(tài)存在著，當這些水在混凝土硬化過程中失去時，水泥混凝土本體就會受縮，這些就是干縮。但是這是自由收縮，還不會導致裂縫的發(fā)生，惟有收縮受到限制而發(fā)生收縮應力時，才容易產(chǎn)生干燥收縮裂縫，水泥漿干縮的內(nèi)部限制主要是混凝土中骨料對水泥漿的限制。在普通水泥混凝土中，水泥漿的收縮率被限制了90%，所以混凝土內(nèi)部經(jīng)常存在著引起干縮裂縫的應力狀態(tài)。干縮裂縫一般為表面或不規(guī)則斷板。

混凝土面板在澆筑完成后。經(jīng)過表面修整抹面后應盡快采取措施避免日光曝曬新澆筑的混凝土，使其表面減少蒸發(fā)量，防止混凝土面板表面迅速失水而產(chǎn)生干縮裂縫。

本段混凝土在中午澆筑后，為防止陽光暴曬，雖然一部分采用遮陰棚，一部分采用了黑色塑料編織布覆蓋，但在高溫時揭走覆蓋物而產(chǎn)生的表面迅速失水，就造成了水泥混凝土的表面蒸發(fā)的不均勻。水泥混凝土表面的迅速失水以及失水的速率不同，是該段產(chǎn)生干縮裂縫的一個重要因素。

2.3 冷縮裂縫

在提出這個問題時，有人會感到奇怪。在夏季施工時怎會產(chǎn)生冷縮裂縫呢？實際在特定的條件下，人為造成大溫差，使表面迅速收縮，產(chǎn)生拉應力造成斷板。

和一般材料一樣，水泥混凝土具有熱脹冷縮性能，混凝土板塊的熱脹冷縮都是在相鄰部分或整體性限制條件下發(fā)生的，故熱脹屬于變形壓縮，而冷縮則屬于拉伸變形很容易開裂。

水泥的水化過程是一個放熱過程。在混凝土硬化過程中釋放大量熱能，致使溫度上升，在通常溫度范圍內(nèi)，混凝土溫度上升1℃，每m膨脹0.01mm。這種溫度變形對大面積板塊極為不利。

有資料表明，水泥水化過程中的放熱速度是變化的，初始較慢，25min后增溫，大約在終凝后12h的水化熱溫度可達80-90℃。使內(nèi)部混凝土產(chǎn)生顯著的體積膨脹，而板面溫度隨著晚上氣溫降低，濕水養(yǎng)護而冷卻收縮，致使混凝土路面內(nèi)部膨脹，外部收縮，產(chǎn)生很大的拉應力。當外部混凝土的受拉應力一旦超過混凝土當時的極限抗拉程度時，板塊就產(chǎn)生裂縫后橫向斷裂。此外，從最高溫度降溫，由于受到已有基層或已硬化混凝土的約束力，在溫度下降時，就不能自由收縮，就要產(chǎn)生裂縫，這種裂縫大多是貫通路面的。

當板溫均勻下降時，其溫度差引起的應力可用下式計算：

板中：σx=ErαΔTP/(1-μc)

板邊：σx= -ErαΔTP

式中：α- 混凝土的線膨脹系數(shù)，一般為1×10-5

p - 因溫度應力作用時間長，考慮徐變影響的應力松弛系數(shù)，一般取2/3；

ΔT- 溫度差；

μc - 混凝土各齡期的泊松比，設為0.15;

Er- 混凝土各齡期的彈性模量（MPa）。

本段混凝土在施工完成后加塑料布覆蓋，由于氣溫高再加上水化熱的作用，混凝土表面溫度以達到65-75℃，而施工人員在這種情況下把塑料布揭去人為造成混凝土表面溫差，查當時最高氣溫為35℃，以65℃來計算，其溫差為35-65=-30℃，根據(jù)公式，查有關資料：

在Er=2.5×104Mpa；ΔT=-30℃時，則板中的溫度應力為：

σx=2.5×104×1×10-5×(-30) ×2/3/(1-0.15)=-5.88MPa

一般混凝土抗彎拉強度僅為抗壓強度的1/8-1/7，即為4.38-5.0Mpa，本段水泥混凝土設計抗彎拉強度為5.0Mpa，可見氣溫驟降30℃的溫度應力在短時間內(nèi)超過混凝土的設計抗彎拉強度，板塊的橫向裂縫已不可避免。

2.4 切縫不及時

由于高溫季節(jié)施工，又是在覆蓋升溫的情況下，應加強觀察提前進行切縫，使混凝土內(nèi)部的拉應力釋放在切縫端。

該水泥混凝土路面施工沒有采用真空吸水工藝，再加上夏季施工外加劑中摻有緩凝劑。正常是在下午開始施工，當板面成活后，在當時溫度條件下一般都要在16-18小時才可以切縫，而該段混凝土路面在施工過程中由于在上午施工，經(jīng)過中午烈日高溫影響，再加上人為覆蓋增溫，因此混凝土板強度形成較快，作為施工人員，應當隨時注意觀察，一旦強度允許，及時切縫。

2.5 施工人員經(jīng)驗不足，遇到問題處理不當

筆者認為，在當時已用塑料布覆蓋的情況下，如果不是揭去覆蓋物而是既然已使用就暫時不動，讓混凝土在高溫情況下繼續(xù)保持濕潤，那么塑料布就會保證混凝土表面不至于迅速的大量的失去水分，同時也不會產(chǎn)生較大的溫差。施工人員應加強觀察，在高溫高濕情況下混凝土強度上升很快，及時切縫，這樣就可以減少斷板，甚至不斷板。

3 綜上所述，該段混凝土產(chǎn)生連續(xù)斷板的因素是多方面的，而且是相互作用的。因此，通過這次問題的出現(xiàn)，給了我們以下的啟示：

3.1 夏季施工，必須避開高溫時間，這是防止裂縫和斷板的最有效的方法。

在這段問題出現(xiàn)之后，后面的工程都采用了午后3-4點開始施工，一直施工到深夜的時間段，再加上其他措施得當，施工了3萬多平方米的混凝土路面目前尚未發(fā)現(xiàn)一塊斷板。

3.2．對已完成的混凝土板面，應注意防止表面失水太快，形成干縮裂縫，一般都是采用噴灑養(yǎng)護劑及遮雨棚防止曝曬的形式來避免。

3.3 防止冷收縮，特別在施工中突然遇到雷陣雨氣候的情況，應及時采取措施，對已形成強度的混凝土板應加快切縫進度，減少冷收縮裂縫的產(chǎn)生（這也是GBJ97-87規(guī)范附錄三中規(guī)定的）。更不要人為的造成溫差，要做好保溫保濕工作。

3.4 要根據(jù)不同情況，及時作好混凝土板面切縫工藝，并保證一定的切縫深度，使切縫部位足以釋放混凝土板內(nèi)部產(chǎn)生的拉應力，不至于產(chǎn)生斷板現(xiàn)象。