橋面防水混凝土鋪裝層裂縫產(chǎn)生原因及防治

劉 偉

(哈同高等級公路管理處金家管理所)

橋面鋪裝層破壞而出現(xiàn)坑槽、裂縫、松散等病害是目前高速公路中非常常見的病害。哈同高速公路每年橋面鋪裝層損壞面約占坑槽維修面積的 1/3～1/2,有的橋面幾經(jīng)修補,但橋面病害仍時有發(fā)生。在橋面病害的處理過程中發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝破損嚴(yán)重處其防水混凝土鋪裝層也已破損。橋面病害的產(chǎn)生不僅與瀝青混凝土鋪裝質(zhì)量、橋面排水有關(guān),很大程度上取決于防水混凝土橋面鋪裝質(zhì)量。

由于裂縫是引起材料破壞、斷裂的根源。只有在弄清裂縫產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上才能對癥下藥,進行科學(xué)設(shè)計、科學(xué)施工,預(yù)防裂縫的產(chǎn)生,從而提高鋪裝層的使用壽命。

1 橋面鋪裝裂縫產(chǎn)生的原因及影響因素

1.1 厚度

防水混凝土設(shè)計厚度一般采用8cm。由于梁(板)體的拱度,梁(板)頂面并不是一個理想的平面,致使防水混凝土厚度不均,并且差異很大,變化頻繁。因此,在設(shè)計時應(yīng)考慮滿足規(guī)范要求的防水層結(jié)構(gòu)最小厚度;在施工時應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力梁(板)的存放時間,超出規(guī)范要求存放時間的應(yīng)采取預(yù)壓措施,從而保證梁(板)體拱度(預(yù)拱度或張拉起拱)的均勻性,減小鋪裝層厚度變異。

1.2 外摻料

(1)粉煤灰。

粉煤灰不僅可以改善混凝土的工作性,還可以利用石灰吸收效應(yīng)減少混凝土中的氫氧化鈣的含量,從而提高混凝土的耐久性。粉煤灰的內(nèi)比表面積和燒失量對水泥混凝土的干縮影響很大。一級粉煤灰的內(nèi)比表面積小,只有硅藻土的1/30,故可降低混凝土的干縮。而且粉煤灰的加入可降低混凝土水化熱。降低混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力的起始點溫度,減少混凝土降至環(huán)境溫度的溫差,防止溫度裂縫的產(chǎn)生。粉煤灰混凝土的摻量一般為水泥用量的15%左右。

(2)鋼纖維。

鋼纖維能有效抑制干縮的發(fā)展。在混凝土中加入體積摻量為 1.2%～2.0%的鋼纖維,可以在混凝土中形成亂向分布的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而抑制混凝土干縮。實驗表明,在混凝土脆性材料中加入1.5%的冷板切削鋼纖維,其抗折強度可以提高 30%,混凝土的彎曲韌性指數(shù)可以提高 22倍,混凝土抗折疲勞性能也可以大幅度提高,能有效防止重復(fù)荷載作用產(chǎn)生裂縫。

(3)外加劑。

適當(dāng)?shù)呐蛎泟┖鸵龤鈩τ谔岣呋炷量垢煽s和抗折強度有十分明顯的作用,根據(jù)有關(guān)參考文獻可知當(dāng)在混凝土中引入 2%～5%的含氣量,抗折強度可提高 10%～15%,抗折彈性模量可略有降低,研究表明,摻加 8%的微膨脹劑,可使混凝土干縮率大幅降低。

1.3 集料

(1)粗集料的最大粒徑。

路面材料的抗折強度是設(shè)計和施工控制中的第一力學(xué)指標(biāo),它對提高混凝土材料的質(zhì)量是極其重要的。施工中應(yīng)控制集料粒徑,最大粒徑應(yīng)不大于 20mm。隨著集料最大粒徑的增大,鋼纖維混凝土的抗折強度逐漸減小。

(2)集料的含量。

集料的含量對混凝土干縮影響的關(guān)系為:Sc=SP+(1-a)n,式中Sc和SP分別混凝土及水泥漿的收縮量,a為集料含量,n為與集料彈性性質(zhì)有關(guān)的常數(shù),一般為 1.2～1.7。從中可以看出,混凝土中集料體積含量高,能使混凝土的收縮減少。

(3)集料彈性模量、熱膨脹系數(shù)。

集料的彈性模量對混凝土干縮也有影響,集料的彈性模量不同,致使同樣的變形起的應(yīng)力各異。集料彈性模量高,使混凝土的干縮和徐變受阻。低彈模的干縮和徐變比高彈模泥土的干縮和徐變增加可達 2.5倍。密致的石灰和石英比砂巖和卵石具有較高的彈性模量。集料的熱膨脹系數(shù)影響著混凝土的脹縮,石灰石的熱膨脹系數(shù)較小,比較適合用橋面鋪裝層。

1.4 層間粘結(jié)狀況

根據(jù)理論分析可知,結(jié)構(gòu)層間接觸條件對其底部受力情況影響極大,提高層間接觸程度可以顯著提高結(jié)構(gòu)層的疲勞壽命。層間滑動時的最大主拉應(yīng)力較層間連續(xù)時的大 4～5倍。因此在施工中應(yīng)盡可能采取措施保證各層粘結(jié)良好,避免滑動。當(dāng)車輛對鋪裝層產(chǎn)生沖擊作用時,會在鋪裝層與預(yù)制板層間產(chǎn)生剪切應(yīng)力,一般新舊混凝土層間粘結(jié)強度為1.5MPa左右,一旦層間粘結(jié)強度小于剪切強度,將破壞預(yù)制板與鋪裝層的粘結(jié),由于荷載重復(fù)作用在鋪裝層底面而形成裂縫。

1.5 養(yǎng)護

養(yǎng)護對裂縫的產(chǎn)生有重要影響,尤其是對防止早期裂縫產(chǎn)生具有重要意義。混凝土干縮裂縫屬于早期裂縫,它的產(chǎn)生在很大程度上是由于養(yǎng)護不當(dāng)造成的。其中,溫度與濕度對養(yǎng)護的影響最大。一方面,混凝土干縮隨環(huán)境相對濕度的增加而減少,較高的濕度對防止混凝土干縮有利;另一方面,不同環(huán)境溫度對應(yīng)于一個臨界相對濕度。如果養(yǎng)護不良,環(huán)境濕度低于相應(yīng)溫度下的臨界濕度,就會在混凝土表面產(chǎn)生大量的干縮裂縫。因此,夏季施工時,應(yīng)采取圍堰養(yǎng)護、并派人專門管理的措施,可以在很大程度上避免干縮裂縫的出現(xiàn)。

2 橋面鋪裝裂縫的防治

(1)鋪裝層裂縫產(chǎn)生的原因分為干縮裂縫、溫度裂縫和疲勞裂縫。鋪裝層處于四周及預(yù)制板的限制作用下而不能自由收縮,鋪裝層存在溫度梯度,以及鋪裝層的不均勻性是鋪裝層產(chǎn)生裂縫的主要原因。

(2)在設(shè)計、施工時應(yīng)充分考慮梁(板)體拱度(預(yù)拱度或張拉起拱),盡可能減小鋪裝層厚度變異,并保證規(guī)范要求鋪裝層最小厚度。

(3)摻加一定數(shù)量的粉煤灰、鋼纖維、引氣劑和微膨脹劑可有效地改善防水混凝土性能,防止裂縫的產(chǎn)生,提高鋪裝層的使用壽命。

(4)橋面鋪裝層與預(yù)制板的粘結(jié)影響重復(fù)荷載作用下的裂縫產(chǎn)生,粘結(jié)越牢,鋪裝層使用壽命越長。

(5)高溫條件下施工,要根據(jù)不同的溫度保持一定的濕度,可防止干縮裂縫的出現(xiàn)。