淺析混凝土路面早期裂縫的成因及控制方法
一、 前言
2007年夏天,我于奎屯市開(kāi)發(fā)區(qū)主持修建了958米長(zhǎng)的水泥混凝土道路,路面寬16米,厚0.2米,縱向分四個(gè)板快,每個(gè)板快寬4米,橫向每5米設(shè)一道縮縫,縫寬6毫米,深60毫米,每50米設(shè)一道脹縫,縫寬20毫米。脹縫與路緣石及縱縫交界處設(shè)放射狀角隅鋼筋。在修建的過(guò)程中,我發(fā)現(xiàn)在路的表面出現(xiàn)了個(gè)別的不規(guī)則橫向裂縫,直接影響了整個(gè)工程的觀感及整體性。
針對(duì)混凝土路面出現(xiàn)早期裂縫這種現(xiàn)象,我查閱了有關(guān)資料,并觀察了其余幾個(gè)標(biāo)段的路面情況,和幾個(gè)同行業(yè)人士進(jìn)行了一些交流,對(duì)其成因進(jìn)行了歸納總結(jié)。
二、 成因分析
使混凝土產(chǎn)生變形應(yīng)力的因素主要有以下幾點(diǎn):
1、地基的影響因素
。1)混凝土路面基層要求平整、密實(shí)、土質(zhì)均勻。實(shí)際施工中如基土表面平整度達(dá)不到要求,則澆筑的混凝土厚度將不均勻,混凝土收縮時(shí),較薄處易產(chǎn)生裂縫。
。2)土質(zhì)不均勻處在含水率達(dá)到一定程度時(shí),經(jīng)過(guò)振動(dòng)式壓路機(jī)來(lái)回碾壓,使局部的土層象彈簧一樣具有一定彈性,水分不易晾干,即所謂的“橡皮土”,這部分土如不挖除,則可能因?yàn)榫植康鼗休d力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而導(dǎo)致局部混凝土板塊斷裂。
。3)在局部基層如有濕陷性土質(zhì),則養(yǎng)護(hù)用水或雨水順縱縫或縮縫滲入基層后,局部地基下沉也容易造成混凝土板塊懸空而而斷裂。
2、溫差因素
由于奎屯地處古爾班通古特沙漠南緣的綠洲上,屬典型的溫帶大陸性氣候,晝夜溫差太大。澆筑的路面混凝土凝結(jié)過(guò)程中放熱,積聚在混凝土與路基土層間,而混凝土表面在夜間與空氣溫度相差無(wú)幾,收縮的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于底部,于是在混凝土表面產(chǎn)生了較強(qiáng)的拉應(yīng)力。夏天中午時(shí),大氣溫度較高,給路面急劇加熱,而經(jīng)過(guò)一夜的降溫,路面基層的戈壁溫度已經(jīng)降了下來(lái),在混凝土底部產(chǎn)生了較強(qiáng)的拉應(yīng)力。就這樣,晝夜交替,混凝土表面與底部產(chǎn)生了拉鋸式的拉伸與收縮,在整個(gè)路面上相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)就產(chǎn)生了裂縫。就本地區(qū)而言,溫差因素是形成混凝土表面裂縫的最主要因素。
3、混凝土施工中的技術(shù)因素
在實(shí)際操作過(guò)程中,混凝土還受到諸如配合比、振搗的密實(shí)程度、切縫時(shí)間、養(yǎng)護(hù)方法等原因的影響。
(1)在施工中配制混凝土?xí)r,如各種骨料及水泥計(jì)量不準(zhǔn)確,使?jié)仓浆F(xiàn)場(chǎng)的混凝土中各種骨料在不同部位的含量及分布不同,使混凝土在收縮過(guò)程中,粗骨料抵抗收縮的能力在各部位相差太大而產(chǎn)生裂縫。
。2)混凝土的拌制過(guò)程中,水灰比要控制得當(dāng),均勻一致。如相鄰兩盤混凝土水灰比相差過(guò)大,則現(xiàn)場(chǎng)混凝土中這兩盤料交接處容易由于凝固時(shí)所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力不同而產(chǎn)生裂縫。同時(shí)整個(gè)澆筑過(guò)程中,水灰比過(guò)大也會(huì)使混凝土強(qiáng)度降低引起早期裂縫。
(3)振搗因素:在混凝土施工過(guò)程中,有些操作工人為了使表面易于收光,將混凝土過(guò)分振搗,將水泥漿提至混凝土表面而導(dǎo)致了離析現(xiàn)象,粗骨料集中于下層,含漿量少,抵抗收縮能力強(qiáng),細(xì)骨料集中于表面,含漿量多,抵抗收縮能力弱,一強(qiáng)一弱,收縮不均勻極易造成混凝土表面開(kāi)裂。如振搗不均,有個(gè)別地方混凝土不密實(shí),就會(huì)在內(nèi)部形成不易發(fā)現(xiàn)的蜂窩及孔洞,強(qiáng)度局部降低造成應(yīng)力集中使混凝土開(kāi)裂。
。4)澆筑混凝土路面時(shí),通常一次性澆筑100米左右,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),前后間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使各處混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)不一致,收縮值也不等,產(chǎn)生裂縫。由于上述原因,切縫時(shí)間應(yīng)掌握好,不宜太早或太遲,太早易產(chǎn)生切片兩側(cè)混凝土松動(dòng),影響觀感,太遲則混凝土收縮應(yīng)力大于其抵抗拉伸的能力而產(chǎn)生開(kāi)裂,再則切縫太遲,混凝土強(qiáng)度太高不易切動(dòng),容易損壞切割機(jī)輪片。
。5)混凝土早期硬化過(guò)程中,養(yǎng)護(hù)是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié),高溫季節(jié)水分蒸發(fā)較快,如不及時(shí)養(yǎng)護(hù),容易造成混凝土早期脫水,影響其強(qiáng)度增長(zhǎng),表面與底部混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)不一致,造成表面開(kāi)裂。
。6)通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn),在混凝土表面不覆蓋的情況下,刮風(fēng)的天氣混凝土表面開(kāi)裂的幾率要比不刮風(fēng)的天氣大的多,分析其原因,是因?yàn)楣物L(fēng)增大了混凝土表面的空氣流動(dòng)性,加快了其表面水分及熱量的散發(fā),使混凝土表面與底部形成較大的溫度差,收縮不均勻產(chǎn)生裂縫。因此覆蓋混凝土也是減少裂縫的重要措施之一。
三、混凝土路面早期裂縫的控制方法
由于混凝土早期裂縫受到多種因素影響,其控制方法也應(yīng)根據(jù)氣候、施工環(huán)境、地基土質(zhì)等因素不同而綜合考慮,制定完備而詳細(xì)的專項(xiàng)防治方案。如只注重單方面因素,那么收益一定不大,難以從根本上防止裂縫的產(chǎn)生。
1、地基土盡量選擇承載力條件較好的土,且土質(zhì)要均勻。地基表面碾壓后用水平儀復(fù)測(cè)其表面,如坡度及平整度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求則應(yīng)重新平整、墊土、碾壓,直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。如碾壓過(guò)程中發(fā)現(xiàn)“橡皮土”,應(yīng)及時(shí)挖除,換與相臨地基土質(zhì)相同的土進(jìn)行回填、碾壓,直到合格為止。
2、減弱溫度差對(duì)混凝土的影響,混凝土澆筑后及時(shí)用草席或鋸末均勻覆蓋其表面,充分濕水后鋪塑料布兩層封嚴(yán),用重物壓緊,防止風(fēng)將塑料布吹開(kāi)或吹破。濕鋸末或草席是熱的不良導(dǎo)體,使混凝土在短時(shí)間內(nèi)溫度保持恒定,長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)溫度變化緩慢,不至于因溫度差產(chǎn)生應(yīng)力造成混凝土表面破壞在中午前后陽(yáng)光強(qiáng)烈時(shí)向混凝土表面灑水降溫,灑水時(shí)間不可間隔過(guò)長(zhǎng)。
3、配制混凝土?xí)r,各種骨料及水泥應(yīng)計(jì)量準(zhǔn)確,其誤差不得超過(guò)允許范圍。嚴(yán)格控制用水量,使水灰比、坍落度保持恒定。攪拌時(shí)間應(yīng)符合要求,在運(yùn)輸過(guò)程中不得產(chǎn)生離析現(xiàn)象,否則要到攪拌現(xiàn)場(chǎng)重新攪拌。
4、振搗混凝土不宜多振也不宜漏振,振點(diǎn)要均勻,待混凝土表面不再產(chǎn)生氣泡且混凝土面不再下沉即已振好,兩盤料搭接處應(yīng)充分拌和后振搗密實(shí)。
5、選擇適宜的切縫時(shí)間,一般情況下混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的25%-30%時(shí)即可進(jìn)行切縫,夏季一般以12小時(shí)為宜。估計(jì)該切縫的時(shí)候先試切,如切片兩側(cè)混凝土不分散,不崩裂,則恰倒好處,。切縫時(shí)深度一定不能少于60毫米,因?yàn)榍锌p以下的部分要自然開(kāi)裂,如切太淺則開(kāi)裂時(shí)將不一定沿縫開(kāi)裂,而是無(wú)規(guī)則開(kāi)裂。
6、派專人負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)工作,養(yǎng)護(hù)應(yīng)均勻,邊角處不得遺漏,鋪草墊或鋸末應(yīng)均勻,不得有裸露的混凝土面層。在中午前后一定要勤灑水,不得使混凝土長(zhǎng)期在陽(yáng)光下受熱。
7、混凝土裂縫主要是由于自身的收縮變形而導(dǎo)致的,根據(jù)這一特點(diǎn),在不影響其強(qiáng)度的情況下,可選用適當(dāng)?shù)耐饧觿┗蜻m當(dāng)調(diào)整其配合比,使其早期強(qiáng)度增長(zhǎng)加快或適當(dāng)增加粗骨料含量而增加其自身抵抗收縮的能力,從而達(dá)到治理早期裂縫的目的。
四、 治理成效
吃一塹,長(zhǎng)一智,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后,我在后來(lái)的2009年奎屯市開(kāi)發(fā)區(qū)市政道路的施工中開(kāi)展綜合防范治理,取得了較好的效果,獲得了驗(yàn)收各方的一致好評(píng)。