试述水泥砼路面初期裂缝产生原因及如何预防

来源:用户上传      作者: 樊铭京

　　摘要：本文分析了水泥砼路面出现初期裂缝的原因，并提出了预防初期裂缝的若干措施，它对于保证水泥砼路面的质量意义重大。
　　关键词：水泥砼路面；裂缝；施工质量；预防措施
　　
　　1、引言
　　
　　近年来，随着交通量的急剧增加，公路工程也迅速向高标准、高质量方面发展。水泥砼路面以它的强度高、耐久性好、使用寿命长、养护费用少等优点，得到了广泛使用。但它的一些缺陷也给人们带来新的烦恼，其中路面出现初期裂缝便是需要亟待解决的问题之一。
　　引起水泥砼路面出现初期裂缝的原因很多，要彻底根治这些裂缝，首先应当弄清产生裂缝原因，否则，盲目修补很容易导致坏了修补，补了又坏，坏了再修的恶性循环。为此，笔者对水泥砼路面产生初期裂缝的原因及其防治措施提出一些粗浅的看法。
　　
　　2、初期裂缝原因分析
　　
　　水泥砼是一种由多种材料组成的非均匀质材料，初期产生裂缝的原因可分为内在因素和外界因素两个方面。
　　2.1　内在因素：水泥砼路面产生初期裂缝的内在因素归纳起来有如下几个方面：
　　2.1.1　界面缺陷：水泥砼中水泥石与骨料的界面粘结往往是薄弱的环节，砼的初期裂缝大多产生于此。造成界面缺陷的因素很多，其主要因素是水泥砼水灰比的控制和骨料的表面性能。
　　根据国内外砼学者的研究结果，水泥完全水化的最低水灰比大约为0.26～0.29。为了保证砼施工的和易性，考虑到砼在浇筑过程可能出现的失水因素，水泥砼路面施工常用水灰比大多在0.45左右。水泥砼内剩余的水份加大了水泥水化初期骨料表面产生的水膜层厚度。尽管随着水泥水化的进行，水化产物在水膜层中不断增生，但因水膜层太厚，层内新生物浓度必然降低，从而形成疏松多孔结构，出现界面薄弱环节。
　　骨料表面矿物具有自动吸附水分子的能力，由此会减薄水膜层的厚度。在相同水灰比条件下，石灰岩、石英岩等骨料亲水性好，自动吸附水分子能力强，这类骨料与水泥石间界面粘结力大，界面缺陷少。反之，花岗石等骨料亲水性差，吸附水分子能力弱，骨料与水泥石间界面缺陷多。
　　2.1.2　水泥水化反应产生的拉压应力：水泥与水混合，立即发生水化放热反应，放出相当量的热。水化反应初始几分钟内，放热速度最快。此时，仅有很少的水泥被水化，大部分水化物附着在水泥颗粒表面形成薄膜包裹层，阻碍着水泥水化反应的进行，受其影响，水泥水化反应减慢，放热量减少。水化反应进行到一定的程度，由于渗透压作用，放热速度开始增大，约在水化反应后6～8h，放热量又增至最大值，随后水化反应逐渐减慢，放热量降低。
　　由于水泥水化过程中放热量的变化，致使砼体积产生热胀冷缩变形，而这种变形又要受到内部骨料及外部边界的约束，这样砼内部就产生了相应的拉压应力。此外，砼的导热性能差，表面与内部的胀缩变形无法同步，它们之间相互制约也会产生拉压应力。
　　2.1.3　水泥石的干缩：由于温度和湿度的变化，会引起水泥石中水分的变化。伴随着水泥石失水的过程，必然引起水泥石的收缩，致使水泥石发生体积变化。有资料表明，在水泥石中只要有0.3％的体积变化，就足以使水泥石和骨料间界面上产生的拉应力达到13MPa的程度。事实上水泥石的体积变化有的甚至可以大干0.3％。因此，在砼承受荷载之前就产生了内部微裂缝。一旦受到外部的不良作用，砼内部的裂缝就会扩展，形成一个微裂缝网络，在极端的情况下，便使砼发生严重的裂缝破坏。
　　2.2　外界因素：水泥砼路面产生初期裂缝的外界因素很多，归纳起来主要有下述几个方面：
　　2.2.1　路基问题：路基是路面的支承结构，路基塑性变形量过大，就会使板底出现脱空现象而促使水泥砼路面开裂。
　　造成路基塑性变形量大的原因主要有两条。一是路基施工时不认真，达不到设计要求；二是路基设计时考虑不周实际荷载超过设计能力。
　　2.2.2　施工时的环境条件：水泥砼浇筑时，风速过大，温度、湿度的急剧变化，昼夜温差大，造成砼急剧冷缩或干缩，加快了砼的应力集中速度，致使砼初期裂缝出现。
　　2.2.3　施工质量控制：砼施工时，由于原材料质量控制不好，计量误差大，施工时的实际配合比与设计配合比相差较大，有许多施工单位仍凭工人经验加水，水灰比时大时小，人为地加大了砼质量的不均匀性。路面各部砼强度差异大，强度低的地方缺陷多，应力就容易集中，导致砼初期出现裂缝。骨料的含泥量亦是施工中的一个大问题，含泥量高，骨料表面形成泥浆薄膜，降低了水泥石与骨料间的界面粘结力，造成砼内部缺陷增多，产生初期裂缝机率增大。
　　在砼浇筑过程中，因停电、机械故障等原因，使砼浇筑不能连续作业，已浇筑砼的接茬面出现初凝，再浇砼时新老砼间就会出现薄弱面，引起应力集中，人为地造成一条不规则的裂缝。
　　此外，砼拌和时间过长或过短，振捣不密实，模板严重变形，浇筑顺序不当等均会造成砼缺陷，为砼初期裂缝的产生创造了条件。
　　2.2.4　切缝不及时：切缝的目的是为了人为地制造薄弱部位把应力集中引导到切缝处的断面上，形成规则分缝。因此，切缝如不及时，应力集中就无法控制，造成不规则的贯穿裂缝出现。
　　2.2.5　养生问题：水泥砼路面的养生目的在于：①防止砼中水分蒸发过快，而产生缩裂。②保证水泥水化过程顺利进行。养生不足或养生不及时，就会出现砼初期干缩裂缝。
　　
　　3、预防初期裂缝的措施
　　
　　3.1　加强施工管理
　　3.1.1　路基施工：水泥砼路面的基层设计都有一定的安全系数，质量的好坏关键在于基层施工的认真程度，基层施工中，一定要按照设计要求，保证基层的密实度和平整度，使其具有足够的强度。基层成型养生结束后，应及时浇筑路面砼以防基层暴露时间过长，而产生干缩裂缝。
　　若基层发生裂缝，在浇筑砼前必须进行处理，使其裂缝封闭。否则，基层裂缝将会影响到砼路面上。
　　3.1.2　原材料挑选及砼配合比控制：用于路面砼的原材料应严格挑选，因水泥稳定性不合格造成砼表面开裂、疏松的事故时有发生。施工单位必须按照规范要求，对每批水泥都应进行强度、稳定性试验。骨料应选择干净、含泥量较小的砂、石骨料。并且要符合规定级配。掺用外加剂时，应在使用前认真试验不能轻易随便使用，以免造成不必要的损失。
　　砼配合比控制上的失误主要有：一是称量拌和设备的自动化程度低，精确度不够。二是施工人员不重视，仍凭经验加水和体积计量。施工部门应积极创造条件，添制工艺较先进的生产设备。在一时无条件的地方，应认真按照施工规范要求，根据天气变化，在工地试验确定施工配合比。然后，再进行砼原材料的重量计量，同时要严格控制拌和水及计量时误差在±1％以内。
　　3.1.3　工序衔接：砼路面施工时，必须注重施工程序的衔接，以防人为制造施工缺陷，造成砼路面不规则开裂。砼拌合料运输过程中，应根据要求选择运料机具，掌握好运输速度，尽可能不要使拌合料产生大的分层离析。砼振动成型时，要认真处理好边角部位，振动器的功率选择应恰当，既要振捣密实，又要保证不产生大的分层离析。
　　3.2　积极推广应用砼真空脱水技术：砼振捣完毕，采用真空脱水技术，将砼表面及内部的游离水和空气排出，以达到进一步密实砼作用。在路面砼施工中，采用真空脱水技术，可大大提高水泥石与骨料的界面结合力，减少砼缺陷。其次，砼经过真空脱水后，内部多余水灰比大大降低，这对防止砼浇筑时泌水过多而产生收缩裂缝也很有效。再者，真空脱水处理后砼具有一定的初始结构强度，这对抑制砼浇筑时产生裂缝是极为有利的。
　　砼路面施工时采用真空脱水技术，早期强度提高幅度较大，一般一天可提高90～120％，3天可提高60～80％，7天可提高40～60％。砼早期强度的迅速发展，有利于抑制砼初期裂缝的产生和发展。此外，真空脱水工艺的使用还可大大改善砼的其他物理力学性能，提高耐久性能。
　　3.3　及时切缝或预压缝：从理论上讲，砼路面的切缝应放在水泥砼硬化收缩之前进行。实际应用中，往往无法实现，一般当砼达到设计强度25～30％时采用切缝机切割，这样就大大避免砼路面出现裂缝。
　　有的在砼路面施工中，每隔20～30m预先人为地预压一道缝，作为收缩裂缝的预留位置，这样，即使切缝不及时，板面发生断裂也基本上在预压缝位置上。在具备切缝强度后，再按所设标记位置进行切缝。
　　3.4　加强砼的养生：传统的砼路面养护方法是用草袋遮盖，洒水养护。采用这种方法养护时，应注意草袋不能漏盖，每天洒水要均匀，且养生期不能少于两周。采用新型的养护剂进行路面养护，工艺简单，操作方便，有利于文明施工，节省养护费用。使用养护剂时，要注意喷洒均匀，不能漏喷。喷洒的时间要控制好，不要过早亦不要过迟，养护剂喷洒后，应采取措旋，严防被人在路面板上践踏、磨耗。喷洒中途如遇天气变化，大雨天冲淡或；中刷掉养护剂，应及时补喷。
　　工程实践证明，只要采取正确的预防措施，砼路面的初期裂缝就可基本得到控制。这对于保证砼路面施工质量，提高路面砼使用寿命是十分有利的。

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