摘要:本文从早期水泥混凝土路面施工产生裂缝切入,叙述水泥混凝土路面早期裂缝的类型, 以及裂缝的危害并分析其产生的原因。从原材料选择、 混凝土配合比设计及施工工艺、 施工组织、养护等各方面阐述预防水泥混凝土路面早期裂缝的措施和方法进行了分析。通过分析对本文的主要观点基结论进行总结,并提出今后进行相关研究的建议。
关键词:水泥混凝土;早期裂缝;防治策略
1 早期水泥混凝土路面施工裂缝的类型及产生的危害
具体来讲,早期水泥混凝土路面施工裂缝的类型主要有沉降裂缝、温度裂缝、干缩裂缝及冻融裂缝等。由于早期裂缝的产生,大大的影响了水泥混凝土的使用寿命,导致了额外的经济损失和不良影响。这已经成为了众多施工现场的通病,渐渐地被道路建设者们关心和研究。裂缝的产生破坏了路面的整体性,导致路面的抗冲击、抗振动的能力大大下降,同时造成了道路基层与混凝土面层因无法紧密结合而产生了反复交错的相对位移。产生了裂缝,路面的防水性能便大大降低,由于水的渗透作用有进一步的加深了对结构基层的伤害。基层的破坏又导致了没面层产生了更多的裂缝,这样造成了彼此伤害恶性循环的局面。渐渐地,水泥混凝土丧失了原本的使用功能。
2 早期水泥混凝土路面施工产生裂缝的原因
早期水泥混凝土路面施工产生裂缝的原因有很多种,其中的主要因素有变性作用(如温度和湿度的变化)、原材料不达标、施工组织和施工工艺不足、基础不均匀沉降等。
2.1原材料不达标引发的裂缝
原材料符合标准是保证施工的前提,材料不合格,其他都是空谈。首先,水泥混凝土中最重要的便是水泥的性能,如果水泥的品质无法符合要求,安定性较差,那么就会引发水泥混凝土早期裂缝的产生。没有进过充分煅烧的水泥熟料会产生过多的游离氧化钙,游离氧化钙的水化速率远小于水泥,致使在水凝结硬化后游离氧化钙还继续水化造成水泥混凝土的体积膨胀且变化不均,造成了路面出现龟裂甚至是断板。骨料也是水泥混凝土的主要基本组成部分,在结构中起到了骨架支撑作用。骨料品质的优良对水泥混凝土性能的影响也是很大的。当骨料的粒径越大,级配越好,孔隙率越小时,则可以在一定程度上减少水泥混凝土中水泥及水的用量,这样砂浆含量减少,水化热降低,收缩值则相对减少。选用的砂偏细时则会造成水泥混凝土的收缩值变大,容易是水泥混凝土产生裂缝。针片状的石子含量较高的话容易架空水泥混凝土的内部结构,使孔隙率超过正常指标而影响了水泥混凝土的强度,内部发虚而容易引发裂缝。如果骨料中掺杂了二氧化硅也会造成水泥混凝土结构的破话,因为二氧化硅是活性材料,能够和水泥中的碱性氧化物发生一系列化学反应,生成硅酸凝胶。当硅酸凝胶吸水后会膨胀,胀开了水泥混凝土的内部结构使路面出现了裂缝,这就是我们所说的碱——骨料反应。还有,如果骨料中的含泥量超标,致使水泥混凝土内部的泥浆 收缩量变大而水泥与骨料的结合度降低也会促使裂缝的产生。
2.2温度变化引发的裂缝
在水泥混凝土凝结硬化的过程中会散发出大量的水化热,其结构内部的温度会持续升高,但是混凝土自身是不良导体,而温度的升高导致了混凝土内部发生膨胀,外部却因为热量损失而收缩,这样就在混凝土表面产生了拉应力。当温度不再持续升高而缓缓下降的时候,因为遭到了结构基层的舒服,又在水泥混凝土的结构内部产生了拉应力,同时温度的下降也会令水泥混凝土的表面产生较大的梁。由于这些应力的累积,在超出了水泥混凝土的抗裂能力后便产生了裂缝。
2.3湿度变化引发的裂缝
湿度变化引发的是塑性收缩裂缝,塑性收缩是指在塑性阶段的混凝土因表面失水而产生的收缩。新拌合的水泥混凝土,拌合物可颗粒间充满水分,如果养护不足而造成其表面的失水速度过快,远大于了内部水分向表面运动的速度,就促使了毛细管中产生了负压,使水泥混凝土发生收缩。造成水泥混凝土塑性收缩的内部原因是水灰比、细掺料、混凝土的温度、凝结时间等,外部因素是风速、环境温度、相对湿度等。
2.4水泥混凝土配合比不良引发的裂缝
水泥混凝土的配合比也是决定产品质量的重要因素。如果进场的骨料与试验级配不吻合,泥含量超标等都会影响设计配合比。施工过程中要注意的就是对水灰比的控制,这也是关键的环节,很多施工案例中都会因为水灰比不稳定,起伏较大影响了施工质量。如果水灰比时大时小,水泥混凝土摊铺阶段有没注意其均匀性,便会引起裂缝。如果水灰比过大,混合料则会偏稀,在水泥混凝土凝结硬化的过程中收缩率就会变大,而一旦缩缝的设置和施工没能做出相应的调整,那么就促使了缩缝间距相对过长。从而因为过大的收缩应变作用造成了裂缝的产生,严重的情况下甚至会形成贯通的水泥混凝土路面断板。所以在施工过程中一定要慎重对待混合料配比这道程序,尤其要掌握好对水灰比的控制。
2.5施工工艺不足引发的裂缝
水泥混凝土的施工工艺中主要注意的应该是材料的搅拌和混凝土的振捣。如果材料的搅拌时间不够,搅拌不均,或者是混凝土的振捣存在漏振或过振的现象,振捣不密实等则会致使水泥混凝土的结构整体强度不统一。如果水泥混凝土振捣不均匀,则会影响水泥混凝土的密实度。水泥混凝土面层内部密实度较小的区域往往呈现为蜂窝和空洞的现象,这就造成了其承受能力大大下降,当无法满足应力需求时则出现了开裂甚至断开。所以,在施工中就要求必须设置施工缝和传力杆,防止这一现象的发生。如果在施工中遇到了突发情况,如在施工时突然下雨,不能还按照原来的施工速度进行,否则会影响工程质量。
2.6养生不正确引发的裂缝
水泥混凝土的养生很重要,正确的养生方法才会保证施工的正常进行。温度和风速是加快水分蒸发的因素,当在夏天高温时施工,由于水分流失速度很快,若不及时洒水养生或者这扫水不均匀,导致水泥混凝土的强度下降,水分过快的蒸发致使拉应力急剧增大,在没有达到切缝时机的时候便产生了混凝土裂缝或者断板。针对这两点因素,在施工过程中一定要多多关注天气变化,在温度太大或者风力等级较高的时候停止施工或者在浇筑完以后马上采取措施保护,如及时洒水,提高洒水频率,撒布养护剂,有条件的还可以采取遮阳降温等措施,令水泥混凝土的表面一直维持湿润,创造一个合适的养生环境,保证昼夜温差不至于有太大的变化,以防止裂缝的产生。在初步养生时严禁车辆通行,控制好现场交通。水泥混凝土路面浇筑完毕后必须达到设计强度后方可开放交通。
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2.7水泥混凝土路面的结构设计缺陷引发的裂缝
设计中是根据设计年限内累积的当量轴次来设计结构厚度的,而实际当中无论是否按照标准车的轴载,在不断发展和累积的过程中,车辆的实际轴载均会超过设计轴载。因此,设计路面实际承受的当量轴次远远大于作为其设计依据的设计年限内的累计当量轴次。所以目前很多的新建路面早期开裂破坏情况较多的诟病之一便是道路在短期内 (如2~3年)就达到设计年限内的累计当量轴次。
3 早期水泥混凝土路施工中裂缝的防治策略与解决方法
3.1防治策略
3.1.1原材料的质量控制
施工过程中对于原材料的把控很重要,为了防范早期混凝土裂缝现象的发生,首先要做的就是严格检验原材料。采购水泥的相关负责人员一定要负起责任,挑选信誉良好的厂家,水泥出厂必须检验并出具出厂合格证,进场后必须要有材料复试,且是经过正规的检测中心检测的,在系列的检查中一旦发现次品坚决不能投入使用。因为水泥混凝土中的泥含量对其强度和耐久性有很大的影响,所以一定要控制其中的泥土含量,对于砂子、石子及细骨料等可能掺杂过量泥土的材料进行检查,条件允许的话需要将砂子、石料等进行清洗。水泥混凝土的骨料应该选用具有较高弹性模量的石料,相同的情况下,应用弹性模量较低的石料制作而成的水泥混凝土的收缩和徐变会比高弹性模量制作出的混凝土高2—3倍。所以要优先选择致密的石灰石、石英石这种具有更高的弹性模量的骨料。
3.1.2对施工时温度的掌控
温度对水泥混凝土施工的影响上文已经叙述,那么如何改善呢。我们可从控制温度和改善约束条件两方面切入。(1)影响浇筑温度,在进行水泥混凝土拌合时掺入适量的水或者用水将碎石冷来达到降低混凝土浇筑温度的目的;计划好合理的拆模时间,时刻关注天气变化,如果发现气温骤降或者风力较大需要及时进行表面保温,避免水泥混凝土以为表面发生急剧的温度梯度变化而开裂;施工中长期暴露的混凝土浇筑路面或者在寒冷季节也要采取保温措施。(2)合理控制切缝时间;合理的安排施工工序,避免基础过大起伏,避免过大的高差和侧面长期暴露。混凝土常见的裂缝大多数裂缝是不同深度的表面裂缝,其主要是温度梯度造成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。适宜的温、湿度条件是互相影响的,混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。现浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失,进而使水泥的水化反应出现了延迟现象,表面混凝土最容易且直接受到这种不利影响。
3.1.3对施工中混凝土配合比控制
现阶段水泥混凝土路面的施工中多数应用的是干硬性混凝土。相比而言干硬性混凝土的混合料中含有较多的粗集料。在上文的叙述中我们提到过,这样水泥和水的用量相对减少可有利于防范水泥混凝土路面早期裂缝的产生。但是这种材料一样有它的曲线,那就是它的和易性、工作性不是很好,在减水剂使用不当时这种情况尤为突出。所以要控制好其中水及水泥与粗集料的关系。也就是上文提到的水灰比,这是水泥混凝土配合比的重中之重。同时,规范施工人员操作,强化人员质量意识,不要懈怠工作,不能偷工减料,严格按照设计配合比进行生产,保证最终生产出的混合料合格。
3.1.4施工中混凝土的振捣工艺
水泥混凝土施工中采用大功率的平板振动器进行充分的振捣,振捣时以能够把混凝土中的水泥浆提出为检验标准。同时,还要特别注意的是振捣的均匀性,务必使整体的均匀性达到一致,上文也提到了,漏振的位置则很容易使混凝土产生裂缝。对于振动棒的使用要做到“快插慢拔”。快插是目的是为了防止先将表面混凝土振实而与下面混凝土发生分层、离析现象,慢拔是为了使混凝土能填满振动棒抽出时造成的空洞。对于干硬性混凝土,有时还要在振动抽出的洞旁不远处,再将振动棒重新插入才能填满空洞。在振捣过程中,宜将振动器上下略为抽动,以使上下振捣均匀。
3.1.5采用正确的方法进行混凝土养生
养生工作也是控制水泥混凝土施工品质的重要部分。通常情况下,相对湿度大于94%时,水泥混凝土的硬化体积会膨胀,小于94%时则会收缩。正常施工中的水泥混凝土路面的相对湿度基本是小于这个值的,那么就需要正确的对混凝土进行养生,最大程度上来减少水分流失,保障混凝土渐渐凝结硬化而具有较高的抗拉强度,这样可以有效地减少早期裂缝。水泥混凝土路面早期养护主要是为了降低不利温、湿度对混凝土的影响,避免不利的干缩和冷缩,为混凝土正常的水化作用保驾护航,令其逐渐拥有设计的强度和抗裂能力。因此浇筑混凝土之后的养护在施工中尤为重要。
3.1.6掺加外加剂
从科学的角度讲,外掺剂(如防冻剂、早强剂等)可以有效的防止水泥混凝土早期裂缝的产生。
3.2早期水泥混凝土裂缝的解决方法
(1)在出现裂缝的位置涂抹水泥浆、环氧胶泥或者涂刷油漆、沥青等防腐材料,防止更多的水分渗透或者其他的腐蚀发生。还可以在混凝土的裂缝表面这贴玻璃纤维布等材料来对抗混凝土因受到各种作用的影响而持续开裂。(2)利用压力设备将水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等胶结材料压入混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。
4 结语
本文对早期水泥混凝土施工中产生裂缝的原因进行了分析,并对相关的防止措施进行了探讨。水泥混凝土早期裂缝的成因有很多,不一定会同时遇到,但是要做到同时防范。科学技术不断发展,施工人员在施工过程中严格按照操作规程和技术要求进行,不断完善施工工艺,注意采取相应的混凝土开裂防范策略,早期水泥混凝土的裂缝现象也是可以避免的。
参考文献
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[3]周金足.水泥混凝土路面裂缝的成因与防治[J].科技视界,2015(20).
论文作者:张丹静
论文发表刊物:《基层建设》2017年3期
论文发表时间:2017/5/8
标签:混凝土论文; 水泥论文; 裂缝论文; 路面论文; 骨料论文; 水灰比论文; 温度论文; 《基层建设》2017年3期论文;