夏季施工中混凝土路面早期裂縫產(chǎn)生的分析與防治

摘　要:介紹了具有較大水平表面積水泥混凝土產(chǎn)生早期裂縫的原因和防治方法。

關(guān)鍵詞:混凝土;夏季施工;表面早期裂縫

中圖分類號:U416.216 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:C 　　　文章編號:1008 - 3383 (2006) 11 - 0017 - 03

1 　具有較大表面積的混凝土夏季施工主要特點

　　(1) 氣候炎熱、氣溫高。

　　(2) 混凝土的組成材料溫度高。

　　由于氣溫高、陽光照射,用于組成混凝土混合物的砂、石材料溫度較高。

　　新出廠水泥往往溫度高,由于氣候炎熱,水泥中的熱量不易散發(fā),加上太陽照射等因素的影響,使得水泥的溫度較高,某些水泥的溫度可高達(dá)70 ℃。

　　(3) 混凝土基礎(chǔ)或模板等支承物的溫度高。

　　(4) 裸露面大受環(huán)境影響大。

　　(5) 氣候多變。

2 　早期裂縫形成的內(nèi)因

　　(1) 水泥混凝土堆聚結(jié)構(gòu)的分層現(xiàn)象。水泥混凝土在澆搗過程中,都會發(fā)生不同程度的分層現(xiàn)象,由于混凝土形成堆聚結(jié)構(gòu)的過程中具有分層性,這種分層性使混凝土從表層到內(nèi)層其強(qiáng)度越來越強(qiáng),表層的抗拉能力最弱,這便是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。

　　(2) 水泥的水化反應(yīng)。在拌和、振搗、凝結(jié)、硬化的過程中,水泥與水自始至終存在著水化反應(yīng),試驗表明在水化反應(yīng)過程中混凝土有2 次升溫與降溫過程,混凝土的體積也有2 次脹、縮形變。如果混凝土體不受任何約束,這種脹縮變形就可以自由進(jìn)行。

　　然而,事實上混凝土體在脹縮變形中,要受到其內(nèi)部集料及外部邊界的約束,這就使混凝土自由脹縮變形受阻,其內(nèi)部必然要產(chǎn)生相應(yīng)的拉壓應(yīng)力,且具有反復(fù)性。加之混凝土的導(dǎo)熱性能差,使表面與內(nèi)部的脹縮變形也不能同步進(jìn)行,這樣相互制約的約束也會產(chǎn)生拉壓內(nèi)應(yīng)力。

　　(3) 水泥混凝土的干縮作用。水在水泥混凝土中,大約只有水泥重量的15 %～20 %。水是水化反應(yīng)所必須的,其余大部分蒸發(fā)掉,使混凝土產(chǎn)生干縮變形。而其收縮量是不容低估的,根據(jù)有關(guān)資料介紹,由水泥混凝土中的水泥漿形成水泥石,在水泥石中只要產(chǎn)生3 %的體積變形,就足以使水泥石和集料界面上產(chǎn)生的拉應(yīng)力達(dá)13 MPa。在混凝土凝結(jié)硬化期間,其內(nèi)部的抗拉強(qiáng)度很小,由于冷縮和干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此時的抗拉強(qiáng)度,因而導(dǎo)致了混凝土內(nèi)部及表面產(chǎn)生裂縫。

3 　早期裂縫形成的外因

3．1 　溫度的變化

　　(1) 由于熱脹冷縮的作用,氣溫較高的白天和上半夜?jié)仓幕炷?在次日早晨氣溫最低時,必將產(chǎn)生體積收縮,即溫度變形?；蛴捎跍囟鹊募眲∽兓?如因大風(fēng)、大雨造成的氣溫劇變,使混凝土急劇冷縮或干縮,加快了應(yīng)力集中及混凝土早期裂縫的形成速度,也就是說,是混凝土強(qiáng)度的增長不足以抵抗因溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力,而形成早期裂縫。

　　(2) 夏季在陽光的暴曬和干熱風(fēng)影響下,砂、石料的溫度可高達(dá)60～70 ℃,拌制出來的混凝土的溫度可達(dá)40 ℃左右。溫度高,水泥水化反應(yīng)加快,混凝土凝結(jié)硬化快,和易性降低,易造成蜂窩、麻面,密實度降低,水分蒸發(fā)快,表面易干燥,養(yǎng)生不充分,造成強(qiáng)度降低,增加了出現(xiàn)干縮裂縫的可能性。

　　(3)“假凝”或早凝結(jié)造成早期裂縫的產(chǎn)生。原本溫度就比較高的混凝土拌和物攤鋪成型后,在太陽光的輻射下,溫度迅速上升(尤其是表面部分) ,造成“假凝”或過早凝結(jié),產(chǎn)生裂縫。

　　(4) 高溫基層的影響也易產(chǎn)生早期裂縫。被暴曬而致高溫的基層,在攤鋪前基層溫度降低不多,混凝土攤鋪后在下部形成一高溫層,以較快的速度凝結(jié)硬化及收縮,但受到基層的約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,形成微波紋,漸漸向上反應(yīng),成為早期裂縫。

3．2 　切縫工藝的影響

　　從理論上講,只要在水泥混凝土塊硬化收縮之前進(jìn)行切縫工藝,就可以克服早期裂縫的產(chǎn)生。但切縫工藝要求混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度(約5～10 MPa)方可進(jìn)行,否則縫口將是不規(guī)則毛邊,在這段時間內(nèi),由于化學(xué)收縮、干濕變形與溫度變形的變形量最顯著,而混凝土的強(qiáng)度低,容易產(chǎn)生早期裂縫。以前混凝土路面都是短脹縫距,先造成了有效的薄弱斷面,使收縮裂縫只能在縮縫處發(fā)生。現(xiàn)在普遍采用的長脹縫和切縫施工工藝,給施工操作帶來了較大的便利,加快了施工進(jìn)度(一天最長可澆筑350 m) ,但較容易產(chǎn)生裂縫。

3．3 　縱向隔離層失效,填擋混凝土拉裂

　　在多車道混凝土路面工程施工中,常常是分車道間隔澆筑混凝土。當(dāng)先澆筑的混凝土兩側(cè)板已完成橫向切縫,而填擋混凝土未能及時切縫時,若兩側(cè)隔離層因涂刷不當(dāng),或因施工破壞,兩側(cè)板體的收縮通過摩阻力的作用而夾持填擋混凝土板塊一同收縮,也會引起拉裂。

3．4 　傳力桿安裝不當(dāng)

　　在某路段的一次施工中,有一種斷裂發(fā)生在切縫的15 m 范圍內(nèi),經(jīng)調(diào)查分析,是傳力桿放斜或自由端失效,致使混凝土板收縮受限制,產(chǎn)生路面斷裂。

3．5 　混凝土配合比不均或拌和時間不足

　　施工中如果不能嚴(yán)格控制配合比,特別水灰比,也是釀成早期裂縫出現(xiàn)的重要外在因素之一。水灰比的大小直接影響混凝土的強(qiáng)度,也與干縮裂縫有關(guān)。水多,混凝土的干縮性就大;水泥量多,則塑性變形就大。骨料含泥量大,骨料表面形成泥漿薄膜的顆粒就多,骨料與水泥間的膠結(jié)力就會降低,混凝土內(nèi)部的薄弱部位就增多。配料不準(zhǔn)或攪拌時間不足,生產(chǎn)出的混凝土強(qiáng)度變化就不均勻,強(qiáng)度弱區(qū)應(yīng)力就容易集中,促使混凝土產(chǎn)生早期裂縫。

3．6 　施工組織不正常

　　在混凝土澆筑過程中,因停電、機(jī)械故障、就餐停拌等因素,使已澆筑的混凝土的接薦面出現(xiàn)初凝,再澆筑時,先澆筑的混凝土與后澆筑的混凝土間就會出現(xiàn)人為的薄弱面,形成不規(guī)則的接縫。例如,桂林西環(huán)二期(將軍路口至二機(jī)床廠段) 的一早期裂縫就是因停電不能連續(xù)作業(yè)又處理不當(dāng)造成。另外,不及時拆除邊模,使兩側(cè)模板約束板體的自由收縮,也可能產(chǎn)生早期裂縫。

3．7 　混凝土養(yǎng)生不當(dāng)

　　水泥混凝土的養(yǎng)生是保證混凝土質(zhì)量的重要工序之一,養(yǎng)生的目的是為混凝土的硬化在最佳溫度與濕度下完成,使混凝土的強(qiáng)度得以順利增長。養(yǎng)生不足,混凝土將被“燒灼”。養(yǎng)生不當(dāng)混凝土表面水分蒸發(fā)過快,形成干縮裂縫。

3．8 　基層質(zhì)量的影響

　　混凝土板塊的自由伸縮受側(cè)向和底面的約束。所謂底面約束面是指基層頂面,如果基層發(fā)生變異,如基層本身有裂縫,粗糙度大或小等,都將因摩擦力的作用,導(dǎo)致混凝土板產(chǎn)生裂縫。

4 　防治措施

4．1 　選擇適宜的養(yǎng)護(hù)方法盡早開始養(yǎng)護(hù)

　　盡早開始養(yǎng)護(hù)并保持混凝土表面濕潤,可以防止蒸發(fā),減少收縮,保障混凝土表面水化順利進(jìn)行。對采用各種養(yǎng)護(hù)的新澆混凝土,爭取在混凝土表面整形完成后和表面水膜消失前即開始養(yǎng)生,但養(yǎng)生時一般不能污染或損傷混凝土已成型表面,因此必須選擇適宜的養(yǎng)護(hù)方法及最佳的養(yǎng)護(hù)開始時間。

4．2 　增大空氣相對濕度

　　增大空氣相對濕度可以有效降低混凝土表面水分蒸發(fā)率,在新澆混凝土上風(fēng)向或周圍采用噴水霧的辦法來增加空氣的相對濕度,是一種簡便易行、費用低廉的有效措施。簡易的噴霧的辦法可以用帶針孔的塑料軟管架設(shè)在新澆混凝土工地四周或上風(fēng)向,通過注入一定水壓的水使其形成針孔噴霧。

4．3 　降低混凝土溫度

　　降低混凝土溫度可以有效減少混凝土表面水分蒸發(fā)而造成的塑性收縮,防止熱裂縫的產(chǎn)生,同時可以降低硬化混凝土的溫度,減少混凝土由于溫度收縮而產(chǎn)生收縮裂縫的可能性。降溫可采用以下辦法: (1) 用搭棚遮蓋等措施使新澆混凝土免受陽光直接照射,降低混凝土表面的環(huán)境溫度; (2) 對混凝土的各種組成材料進(jìn)行降溫,控制混凝土新拌合物的溫度在32 ℃以下。夜間和早晨氣溫較低,基礎(chǔ)或模板的溫度也較低,因此,可以有效降低混凝土溫度和混凝土表面水分蒸發(fā)率。

4．4 　控制集料含泥量

　　粘土的收縮遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水泥石的收縮,集料中含有小量的粘土?xí)鸹炷恋母呤湛s,而引起開裂,因此,夏季施工更應(yīng)嚴(yán)格控制集料的含泥量。

4．5 　優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計

　　通過優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計,選用級配良好的大粒徑集料,減少水泥用量,減小水灰比或摻加能減小收縮、防止開裂的材料或外加劑等,可以有效地減少水泥混凝土塑性收縮和干縮,提高混凝土的抗裂性能。

4．6 　減少溫差效應(yīng)

　　夏季高溫季節(jié)施工時,要將暴曬于烈日下的砂石料灑水潤濕,并盡量避開烈日高溫施工,以防止早期裂縫的產(chǎn)生。冬季施工要備好擋風(fēng)、保暖棚,并采取相應(yīng)的冬季施工措施。

4．7 　采用正確的切縫工藝

　　(1) 掌握切縫的合理時間。切縫的目的在于把混凝土內(nèi)部的應(yīng)力適時地釋放,而切縫又要求混凝土必須具備一定的強(qiáng)度。一般以混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)5～10 MPa 時為適宜的切縫時間。另外,也可根據(jù)經(jīng)驗現(xiàn)場確定,即用指甲在混凝土路面上劃痕,若不出現(xiàn)痕溝,只出現(xiàn)灰白色劃痕時,則可切縫。

　　(2) 控制切縫的長度和深度。切縫深度一般為板厚的1P3～1P4 為宜(或按設(shè)計) 。切縫從一端走向另一端,如果端頭為填擋混凝土還沒有施工,可以留1 cm 左右不切通,以免填擋混凝土施工時水泥漿漏入縫內(nèi),待填擋混凝土切縫時一起切通。

4．8 　掌握合理的拆模時間

　　縱縫施工時,對已澆混凝土板的縫壁要均勻地涂刷二道60 # 瀝青,以減小側(cè)面的摩阻力,并把先澆與后澆的混凝土板隔開,防止斷裂傳遞。在模板接頭處,從模板內(nèi)側(cè)用油毛氈或水泥袋紙堵縫,防止?jié)仓甑陌鍓K側(cè)面暴露,同時,達(dá)到拆模強(qiáng)度時及時拆模,消除模板造成的板塊側(cè)面受力不均。

4．9 　嚴(yán)格規(guī)范施工,確保工序質(zhì)量

　　(1) 安裝傳力桿裝置時,一定要保證自由端絕對自由,并垂直截面,以確保其使用功效。

　　(2) 嚴(yán)格按質(zhì)量要求施工,按配合比單配料,嚴(yán)格選料,含泥量大的骨料一定要沖洗,盡可能采用較小水灰比,即半干硬性或干硬性混凝土,并盡可能采用收縮率小的普通水泥,以提高混凝土的早期強(qiáng)度。

　　另外,混凝土的拌和時間也要按要求,一般強(qiáng)制式攪拌機(jī)應(yīng)不少于60 s ,自落式不少于90 s ,最佳辦法采用攪拌站集中攪拌,攪拌車運料。

　　(3) 拌和、攤鋪、振搗混凝土之前,要仔細(xì)檢查各種機(jī)具的完好程度,檢查電路、水路、運輸?shù)缆肥欠裢〞碂o阻。嚴(yán)禁帶病機(jī)具上崗,確保澆筑混凝土的連續(xù)性,存在施工縫時須按規(guī)范進(jìn)行處理。嚴(yán)禁將已初凝的混凝土倒運到作業(yè)面上攤鋪。

　　(4) 在振搗過程中,采用3 次振搗法。即插入式振搗、平板震動、振動梁或整平機(jī)振動。最后在混凝土表面使用真空吸水或收水抹面,進(jìn)一步排除混凝土中多余的水分,增加混凝土的密實度和提高混凝土的早期強(qiáng)度,同時使混凝土在初凝中產(chǎn)生的細(xì)微裂縫重新愈合。

　　(5) 加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)生工作。用濕養(yǎng)生法養(yǎng)護(hù)時,濕草袋或濕麻袋不能漏蓋,每天視氣溫情況均勻灑水,養(yǎng)護(hù)期不少于14 d。在非雨季應(yīng)盡量采用噴塑養(yǎng)護(hù)工藝,該工藝在冬季可起一定的保溫作用,夏季可大大防止水分的過快蒸發(fā)。在夏季施工時,應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臐袼禍鼗蛟诒∧ど贤恳粚邮覞{,以免在混凝土板中產(chǎn)生溫度梯度而開裂。

　　(6) 做好基層質(zhì)量驗收?；鶎邮腔炷撩鎸拥牡酌婕s束層。其密實度和平整度直接影響混凝土面層的質(zhì)量,同時基層成型養(yǎng)生結(jié)束后,要及時攤鋪混凝土,以防基層暴露時間過長而產(chǎn)生干縮裂縫,從而導(dǎo)致面層裂縫的產(chǎn)生。若基層產(chǎn)生裂縫,在攤鋪前必須作好處理。

　　由于復(fù)合外加劑中的膨脹劑能產(chǎn)生具有膨脹性的水化產(chǎn)物,而使混凝土具有一定的膨脹變形,它能補(bǔ)償一部分混凝土的收縮,其早強(qiáng)組分提高了早期強(qiáng)度,從而使混凝土內(nèi)部裂縫減少。復(fù)合外加劑緩凝組分可推遲和減小收縮,從而可降低早期縮裂現(xiàn)象。