淺談高強度混凝土施工病害防治

王釗 胡俊遠 虢旭東

摘要：高強度混凝土指的是強度等級為C60及其以上的混凝土，C100強度等級以上的混凝土稱為超高強混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加減水劑或同時外加粉煤灰、F礦粉、礦渣、硅粉等混合料，經(jīng)常規(guī)工藝生產(chǎn)而獲得高強的混凝土。高強混凝土作為一種新的建筑材料，以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優(yōu)越性，在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。高強混凝土最大的特點是抗壓強度高，一般為普通強度混凝土的4～6倍，故可減小構(gòu)件的截面，因此最適宜用于高層建筑。試驗表明，在一定的軸壓比和合適的配箍率情況下，高強混凝土框架柱具有較好的抗震性能。而且柱截面尺寸減小，減輕自重，避免短柱，對結(jié)構(gòu)抗震也有利，而且提高了經(jīng)濟效益。本文談?wù)摰闹攸c是對高強度混凝土施工病害防治。

關(guān)鍵詞：高強度混凝土;高層建筑;大跨度橋梁

高強混凝土作為一種新的建筑材料，以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優(yōu)越性，在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。高強混凝土最大的特點是抗壓強度高，一般為普通強度混凝土的4～6倍，故可減小構(gòu)件的截面，因此最適宜用于高層建筑。高強混凝土材料為預(yù)應(yīng)力技術(shù)提供了有利條件，可采用高強度鋼材和人為控制應(yīng)力，從而大大地提高了受彎構(gòu)件的抗彎剛度和抗裂度。因此世界范圍內(nèi)越來越多地采用施加預(yù)應(yīng)力的高強混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于大跨度房屋和橋梁中。

1.水泥混凝土路面病害的主要類型

1.1裂縫

板角裂縫，在兩縫交叉處的4塊板角中1塊或2塊先出現(xiàn)斷裂，斷裂后的板角在重載作用下很快發(fā)展成嚴重破碎，并擴大至相鄰板角;縱向開裂斷板，平行或大致平行路面中心線的縱向裂縫，主要發(fā)生在半填半挖或新舊路基結(jié)合處;沿縱向施工縫的破壞，發(fā)生在縱向施工縫的兩側(cè)，裂縫呈網(wǎng)狀，主要是半幅施工、半幅通車的影響所致;網(wǎng)狀裂縫，混凝土自身強度不夠而發(fā)生的網(wǎng)裂。路面裂開如圖一所示：

1.2 淤泥

板邊緣和角隅下路基或基層塑性變形累積，而同混凝土面層脫離接觸;接縫填封料失效，下滲的水積聚在面層下的脫空區(qū)內(nèi)。荷載作用積水變成有壓水，侵蝕基層并同基層內(nèi)沖刷出的細料攪混成懸液，沿接縫噴濺出。久之，引起錯臺發(fā)生并導(dǎo)致板出現(xiàn)裂縫。

1.3錯臺

板底脫空較嚴重部位，接縫或裂縫兩側(cè)板面出現(xiàn)高差，接縫處僅有部分傳遞荷載能力。荷載作用時，帶有沖蝕材料的有壓水沖蝕基層，使板底脫空，板面由于基層材料被沖蝕，在荷載作用下而下沉，即形成錯臺。錯臺的出現(xiàn)降低了路面行車的平穩(wěn)性和舒適性。

1.4沉陷

由于路基土沉降或固結(jié)所引起，特別是接近橋涵構(gòu)造物處，會由于壓實不足而產(chǎn)生。沉陷使路面平整度變差并導(dǎo)致板的開裂。

1.5拱起

在春季和炎熱夏季，接縫處板塊出現(xiàn)突發(fā)性的向上隆起。板收縮時接縫縫隙張開，填縫料失效，堅硬的碎屑落入縫內(nèi)，致使板在受熱膨脹時產(chǎn)生較大熱壓應(yīng)力，板發(fā)生縱向失穩(wěn)而出現(xiàn)拱起。拱起使路面平整度變差，而嚴重拱起會導(dǎo)致前后板塊斷裂。水凝路面拱起如圖二所示：

1.6其它

由于水泥質(zhì)量差（如安定性不合格）或使用礦渣水泥、臟集料、水灰比偏大、高溫下施工水分蒸發(fā)快、施工過度抹面或施工結(jié)束遇雨、養(yǎng)生不及時等原因引起板面表層內(nèi)出現(xiàn)的病害。

2.水泥混凝土路面病害的原因分析

2.1原材料不合格

水泥安定性差，強度不足，水泥中的游離氧化鈣在凝結(jié)過程中的水化很慢，水泥凝結(jié)硬化還在繼續(xù)起水化作用，當(dāng)水泥氧化鈣含量較大時，就會破壞已經(jīng)硬化的水泥混凝土或使其抗拉強度下降。砂、碎石含泥量有機質(zhì)含量超標，水泥混凝土路面所用砂、碎石的含泥量及有機質(zhì)含量超過規(guī)范的標準，就會造成水泥與骨料的界面粘結(jié)力不足，導(dǎo)致產(chǎn)生開裂。同時過量的粘土含量有降低混凝土面層耐熱性能，增大局部混凝土收縮膨脹的趨勢。砂、碎石的粒徑和級配較差，骨料粒徑的大小和級配對混凝土中的干縮值有密切關(guān)系，級配良好的骨料空隙率小，砂的用量少，收縮值也相對減小。水及砂中有害雜質(zhì)的腐蝕作用，有害雜質(zhì)與混凝土產(chǎn)生反應(yīng)生成易溶于水的物質(zhì)，使混凝土被腐蝕，強度降低，在車輛荷載的不斷作用下遭到破壞。

2.2混凝土配合比選用不當(dāng)

單位水泥用量偏大，在混凝土中，水泥是收縮的主要成分。水泥用量過大，必然導(dǎo)致混凝土的收縮率增大，從而引起水泥混凝土路面裂縫;水灰比偏大，混凝土中的拌合水分自由水和化合水兩部分?；纤淖饔檬鞘顾嗨夂退Ｓ嗟慕詾樽杂伤?，它是為了滿足操作的要求。自由水在混凝土硬化過程中逐漸蒸發(fā)，使混凝土內(nèi)部形成空隙;砂、碎石用量偏大，在現(xiàn)場施工中，雖然有試驗室出具的混凝土配合比試驗報告，但施工單位為了追求經(jīng)濟效益，在業(yè)主、監(jiān)理監(jiān)督不力的情況下，隨意增加砂、碎石用量，從而影響了混凝土強度[1]。

2.3基層的施工質(zhì)量較差

基層的標高控制不好，造成混凝土面層的厚度厚薄不一，過薄或厚薄交界處將成為薄弱斷面，在混凝土收縮時，難以承受拉應(yīng)力的作用而產(chǎn)生裂縫、斷板;基層平整度差，這會增加基層與混凝土面層的摩阻力，容易造成在薄弱部位開裂斷板;用松散材料調(diào)整基層標高，會使面層的混凝土中的水分和砂漿會下滲到基層松散材料中，使面層混凝土下部變?yōu)槭杷?，造成混凝土強度下降，整體強度不均勻，較弱部位的面層容易開裂、斷板;基層干燥，造成基層吸收混凝土中的水分，使面層底部的混凝土失水，影響混凝士強度，導(dǎo)致裂縫斷板。

2.4氣候影響

水泥混凝土路面相對于結(jié)構(gòu)混凝土的蒸發(fā)表面積要成倍的增大，因此，受氣候的影響及表面溫度變形也相對大得多。高溫氣候影響：促使混凝土水化熱在較短時間內(nèi)集中產(chǎn)生，造成混凝土強度裂縫，而且高溫照射下的混凝土集料，蘊含大量的熱能，使得混凝土入模溫度過高，加劇了已澆筑混凝土早期熱量的增加，進而影響混凝土內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的平衡，形成裂縫。干燥氣候的影響：當(dāng)大氣溫度較低、外界水分不能及時得以補充時，混凝土表面水分的喪失，將很快造成表面的干縮裂縫。溫差的影響：當(dāng)外界氣溫變化較大時，混凝土內(nèi)部的溫差將進一步增加，溫差梯度達到一定值時，混凝土的溫度應(yīng)力將造成路面板沿較小斷面的開裂。

3.水泥混凝土路面裂縫防治對策

3.1材料選擇與配合比設(shè)計

路面混凝土因主要承受豎向荷載的作用，其受力特性以抗折強度為主，而影響混凝土抗折強度的主要因素有：混凝土水泥用量、水灰比、粗集料粒徑粒形及水泥品種、性能、外加劑的品種、摻量等，在上述材料確定后，混凝土配合比的優(yōu)化選擇、混凝土的拌制方法、澆筑工藝、養(yǎng)護狀態(tài)，則是保證混凝土強度形成的關(guān)鍵。因此，從路面材料的選擇及配合比設(shè)計的優(yōu)化著手，應(yīng)注意以下幾個方面的問題。

3.1.1水泥的選用

除水泥混凝土路面專用水泥——道路硅酸鹽水泥外，宜選用的水泥品種有：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥。選用時，除考慮水泥品種、強度等級外，還應(yīng)注意水泥的含堿量（一般情況下，不大于0.6）及水泥中混合材料的種類、摻量等。在水泥使用于澆筑水泥混凝土路面時，宜進行水泥的安定性、強度、凝結(jié)時間等自檢試驗，只有自檢符合國家規(guī)定的各項技術(shù)指標后，方可投入工地使用[2]。

3.1.2集料的選擇

從粗骨料對水泥混凝土強度的粒徑效應(yīng)方面考慮，用于混凝土路面的粗骨料的最大粒徑，不宜大于40mm，且宜采用連續(xù)級配的碎石，細集料宜采用中粗砂，其細度其數(shù)定在25m以上。在提高混凝土耐疲勞極限方面，礫石仍優(yōu)于碎石，小粒徑骨料優(yōu)于大粒徑骨料。而影響溫度變形的主要因素是石料的種類（可選用堿性石料、酸性石料，石英巖較差）、砂漿的總量以及碎石的總表面積。

4.結(jié)語

防止水泥混凝土路面開裂、斷板等病害，搞好混凝土路面的質(zhì)量，除了要求路基穩(wěn)定、基層堅固外，采用先進的機械化施工工藝、良好的施工組織、合理的施工工班是十分必要的。同時還應(yīng)當(dāng)在指導(dǎo)思想上克服小生產(chǎn)的分散施工模式，以專業(yè)化大生產(chǎn)及流水作業(yè)的方法來安排施工，才能收到良好的效果。

參考文獻

[1]張明華， 陳新祖. 淺析高速公路隧道水泥混凝土路面施工技術(shù)及病害防治[J]. 中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）， 2020， 603（02）：188-189.

[2]陳剛， 周清暉， 徐銓彪，等. 預(yù)應(yīng)力鋼絞線超高強混凝土管樁受彎性能研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報， 2019， 40（7）：10.