淺談水泥混凝土路面早期裂縫

扈生財(cái)

【摘 要】本文分析了水泥混凝土路面裂縫產(chǎn)生的原因及防治的方法。

【關(guān)鍵詞】水泥混凝土路面 裂縫

一、引言

水泥混凝土路面則由于強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐久性優(yōu)良、日常養(yǎng)護(hù)工作量少、施工機(jī)械簡單、抗水害能力強(qiáng)、水泥來源廣以及便于夜間行車等原因，在全國范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展。特別在我省的村村通工程中，水泥混凝土路面占有很大的比例。然而，由于混凝土路面設(shè)計(jì)強(qiáng)度低、施工質(zhì)量差和維修不及時(shí)等方面的原因，混凝土路面損壞現(xiàn)象隨處可見，而且日益嚴(yán)重。特別是在使用一段時(shí)間后會出現(xiàn)各種不同程度的損壞，筆者在公路養(yǎng)護(hù)部門經(jīng)過多年觀察，在水泥混凝土路面的病害中，其中裂縫破損最為普遍，也是近年來最為關(guān)注的水泥混凝土路面病害之一。

二、研究水泥混凝土路面裂縫的意義

由于水泥混凝土材料的固有特性，其路面在修筑完工但未開放交通前，不可避免地會產(chǎn)生早期微裂縫；開放交通后，路面承受車輛荷載的往復(fù)作用，加上環(huán)境因素的影響，裂縫將隨時(shí)間擴(kuò)展貫穿；繼續(xù)承受車輛及環(huán)境的壓力，在裂縫處發(fā)生應(yīng)力集中，混凝土發(fā)生沿縫碎落、在裂縫處斷裂、混凝土板產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，破壞了混凝土的整體性；當(dāng)破損發(fā)展到一定程度，裂縫處開始翻漿唧泥，板面出現(xiàn)交叉裂縫，并且導(dǎo)致其它板裂縫，最終使混凝土板喪失應(yīng)有的承載力，整個(gè)板發(fā)生破壞。綜上所述,了解混凝土路面板中的裂縫擴(kuò)展過程,從力學(xué)角度揭示混凝土路面板裂縫產(chǎn)生機(jī)理，從路面結(jié)構(gòu)、混凝土組成材料及配比設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)等方面研究混凝土路面裂縫產(chǎn)生的原因及影響因素，對混凝土路面的設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論淵源于伽利略的材料強(qiáng)度學(xué)說，即在一構(gòu)件受載時(shí)最大特征應(yīng)力達(dá)到材料抗力時(shí)便發(fā)生破壞，它通常假定材料是個(gè)均勻的連續(xù)體，避開客觀存在的裂紋和缺陷，考慮一定的安全系數(shù)，只要工作應(yīng)力不超過許用應(yīng)力，就認(rèn)為結(jié)構(gòu)安全。斷裂力學(xué)是近40多年來發(fā)展起來的一門學(xué)科，研究帶裂紋體的強(qiáng)度以及裂紋擴(kuò)展規(guī)律，研究裂紋尖端附近應(yīng)力應(yīng)變情況，掌握裂紋在荷載作用下的擴(kuò)展規(guī)律。本文從斷裂力學(xué)角度分析混凝土板的裂縫擴(kuò)展過程，及對帶裂縫的混凝土路面板疲勞壽命進(jìn)行估計(jì)。

三、早期裂縫的種類及產(chǎn)生原因

（一）塑裂

產(chǎn)生于 混凝土塑性狀態(tài)，其縫短而細(xì)、細(xì)而淺。產(chǎn)生這種裂縫的主要原因是：混凝土在硬化初期內(nèi)部溫度高于表面溫度，混凝土又是熱的不良導(dǎo)體，在內(nèi)外膨脹不均勻的情況下，在混凝土表面必將產(chǎn)生很大的應(yīng)力，當(dāng)外部混凝土所受拉應(yīng)力一旦超過混凝土當(dāng)時(shí)的極限抗拉強(qiáng)度，就將產(chǎn)生裂縫，俗稱“芝麻縫”。這種裂縫一般在混凝土硬結(jié)后終止，危害較小，遇荷載作用則會繼續(xù)發(fā)展。

（二）縮裂

產(chǎn)生于混凝土硬結(jié)以后，通車之前，由于施工現(xiàn)場劇烈的溫度、濕度的變化，混凝土內(nèi)外部產(chǎn)生的不均勻變形的拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度后，混凝土路面收縮開裂。這種裂縫可導(dǎo)致混凝土板的斷裂，成為不合格的混凝土板塊，對水泥混凝土路面質(zhì)量影響極大。

（三）防止早期收縮裂縫的技術(shù)措施

對于塑裂由于產(chǎn)生在混凝土的塑性狀態(tài)，如有效地控制其發(fā)展則不會成為危害水泥混凝土路面的主要因素。在施工中安排專人對新澆筑的混凝土面板進(jìn)行看護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)進(jìn)行抹面處理即可解決。對于縮裂，應(yīng)該做為控制水泥混凝土路面的主要質(zhì)量通病進(jìn)行治理，主要應(yīng)采取以下技術(shù)措施：

1.縮小施工現(xiàn)場溫度差、濕度差，抑止收縮

(1)合理地安排作業(yè)時(shí)間，盡量避免在中午氣溫高峰時(shí)間進(jìn)行施工，盡可能地把施工時(shí)間安排在早上或傍晚。這樣水泥進(jìn)行水解固化反應(yīng)時(shí)，不會因周圍環(huán)境的氣溫驟變而產(chǎn)生較大的影響。

(2)水箱加蓋、水管掩埋，保證施工用水的溫度。必要時(shí)還要對碎石適當(dāng)灑水降溫，以降低拌和物與周圍環(huán)境的溫度差。

(3)縮短作業(yè)延遲時(shí)間，把在烈日和旱風(fēng)下作業(yè)的時(shí)間縮短到最短，無法避免時(shí)可設(shè)遮陽棚。

(4)控制開始養(yǎng)生的時(shí)間及條件，保證混凝土養(yǎng)生齡期。應(yīng)在混凝土澆筑完成，收漿后即開始覆蓋灑水養(yǎng)生，同時(shí)要保證覆蓋物表面保持在濕潤狀態(tài)，一般養(yǎng)生齡期為7天。

(5)因?yàn)榇箫L(fēng)對拌和物的水分蒸發(fā)量比高氣溫還要大，所以大風(fēng)天氣應(yīng)停止水泥混凝土路面的施工。

(6)在施工水泥混凝土路面前，還要注意對基層的頂面進(jìn)行整平及灑水潤濕。這樣可保證混凝土路面厚度均勻，受力和變形均勻。

2.嚴(yán)格控制施工配合比，保證混凝土的自身強(qiáng)度

(1)對集料的含泥量要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，特別是砂子中夾雜的泥團(tuán)要篩出，涂裹粘土的碎石要清洗或剔除。

(2)加強(qiáng)對水泥質(zhì)量的復(fù)檢，特別是水泥的安定性。水泥中的游離氧化鈣（f-CaO）在凝結(jié)過程中水化很慢，水泥凝結(jié)硬化后還在繼續(xù)起水化作用，當(dāng)f-CaO超過一定限量時(shí)，就會破壞已經(jīng)硬化的水泥石或使抗拉強(qiáng)度下降。

(3)控制好施工水灰比，嚴(yán)格按配合比投料。水泥混凝土的強(qiáng)度主要取決于其內(nèi)部起膠結(jié)作用的水泥石的質(zhì)量，水泥石的質(zhì)量取決于水泥的特性和水灰比。水灰比對強(qiáng)度的影響是很大的，但不是唯一的影響因素。因此，根據(jù)混凝土強(qiáng)度與水泥水化的固體產(chǎn)物在有效空間的關(guān)系，即強(qiáng)度增長與膠空比的關(guān)系，合理地確定施工水灰比，并嚴(yán)格按配合比投料，是確保水泥混凝土路面質(zhì)量的重要措施。

3.及時(shí)進(jìn)行割縫，誘導(dǎo)裂縫在接縫位置展開

(1)及時(shí)及早鋸切橫縮縫，縫深必須嚴(yán)格達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度，在縮裂發(fā)生前及早形成弱斷面。需要時(shí)，還可以考慮在橫縮縫位置的混凝土板底部加設(shè)誘導(dǎo)裂縫的木塊，使弱斷面效應(yīng)更加顯著。

(2)道路設(shè)窨井處，橫縮縫要騎窨井設(shè)置（橫縫連線平分井框），使窨井部位自然形成弱斷面與橫縮縫合而為一，否則在井框部位易形成不規(guī)則早期收縮裂縫。

(3)鋸縫設(shè)備配置不足時(shí)，宜先隔3~4塊板跳鋸一條橫縫，最后補(bǔ)齊。不得已時(shí)還可以考慮以壓縫代替鋸縫。

以上闡述了研究水泥混凝土路面裂縫的意義，重點(diǎn)對水泥混凝土路面早期裂縫產(chǎn)生的原因及治理的技術(shù)措施進(jìn)行了論述，在施工中注意了對細(xì)節(jié)問題的處理，同時(shí)利用的科學(xué)的方法指導(dǎo)施工，就能有效地解決這一質(zhì)量通病。

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