浅谈水泥混凝上路面早期开裂的原因及预防

浅谈水泥混凝上路面早期开裂的原因及预防

伍全华

中建二局第三建筑工程有限公司北京100070

摘要：混凝土路面的早期开裂主要是由于混凝土失水所产生的干燥收缩、水泥水化所产生的混凝土自收缩以及水泥水化热所产生的温度应变所引起。本文主要介绍水泥混凝土路面早期开裂原因及在工程实践中的一些预防措施。

关健词：混凝土路面早期开裂；原因分析；预防措施

1工程概况

南京市江宁区园中路，城市支路，车行道宽12m，在道路刷黑之前，施工单位根据设计要求对破损混凝土面板做了破除处理，并用C30混凝土进行浇筑，浇筑混凝土3天后，混凝土面板陆续出现了一些早期裂缝，分布呈网状和单条裂缝状，钻芯取样后发现，有的裂缝已贯穿整块面板，遂对混凝土开裂原因进行分析，并对后期破损板块的重新浇筑提出预防措施。

2混凝土路面早期开裂的原理

大多数学者认为，混凝土的早期开裂是由于塑性收缩、自收缩以及干燥收缩引起。混凝土的开裂条件为：

ε=Rp/E＞εL

式中：ε为混凝土的应变；Rp为混凝土的抗拉强度；E为混凝土的弹性模量；εL为混凝土的极限应变。即当混凝土所产生的应变ε大于它的极限应变εL时，混凝土就产生开裂。表征混凝土开裂参数不是收缩值，而是极限抗拉应变值。虽然在凝结阶段是混凝土开裂的最敏感阶段，但这只是内因，混凝土开裂必须有外因，这个外因就是应变、如果混凝土没有应变或应变小于极限应变，那么混凝土就不会开裂。在混凝土凝结阶段.还没有荷载作用(自重除外),如果不考虑基础下沉,那么应变主要来源于混凝土失水引起的塑性收缩应变、水泥水化所引起的自收缩以及水泥水化热引起的温度应变。塑性收缩也称硬化前或凝结前收缩。主要是由于混凝土在塑性阶段表面失水速率超过泌水上升速率时。新拌混凝土迅速干燥而产生。如果表面的混凝土已相当稠硬不能流动,但强度不足以抵抗因收缩受到限制所引起的应力时，就产生开裂。影响混凝土塑性收缩的主要因素是风速、相对湿度、气温和混凝土本身温度。高风速、低相对湿度、高气温和高的混凝土温度将使混凝土失水加剧,从而增加塑性收缩。混凝土自收缩大也是它早期易开裂的另一原园。混凝土在没有温度变化和没有与外界发生水分交换也不受外力作用下发生的表观体积变化称为自生变形,自生变形时的体积减缩称为自收缩。混凝土的自收缩其实质是水泥水化时的化学减缩所引起。水泥与水起化学反应时，固相体积逐渐增加,而水泥—水体系的总体积逐渐减少,留下一定数量的减缩孔,因此水泥浆体的减缩与水化程度有关,水化程度越高化学减缩越大。

温度应力是水泥工作者容易忽视的问题。有学者认为，混凝土的2/3应力来自于温度变化,1/3来自干缩和湿胀。水泥水化热是混凝土早期温度应力的主要来源。水化热对大体积混凝土如大型房屋的基础底板和水利工程堤坝会引起不良影响。由于混凝土导热系数小,不容易散热,水泥水化放出的热量可使大体积混凝土内部温度升高20~40℃以上,混凝土内外温差的应变就会产生应力而导致裂缝。

3混凝土早期开裂产生的原因

针对混凝土早期开裂的原理理，以及本工程实施时的具体情况，混凝土产生早期开裂的原因主要有如下几点:

1)现场施工的原因

浇灌混凝土时,振捣或插入不当，过振、漏振或振捣棒抽撤过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性,在密度小的区域混凝土面板下部多呈蜂窝和空洞状,形成了承受应力的薄弱部位或区域,从而诱导开裂的产生。

2)切缝时间的原因

当水泥达到终凝时.水泥混凝土即将凝固成型,这时水泥混凝土体收缩变形也在不断进行,并产生了较大的拉应力,当混凝土路面面板与基层之间的摩擦力大于这个成型凝固产生的收缩拉应力时,在混凝土面板承受拉应力最薄弱的位置就会被拉断而产生开裂。这是因为没有及时准确地切缝,才导致开裂的。

3)养护原因

在水泥混凝土路面施工中,养护是一道十分重要的工序。对保证其强度和预防裂缝产生有着一定的影响。在养护中,由于养护方法不当、洒水量不够或时间较短,混凝土表面水分不够或蒸发过快或养护时间不够,使混凝土表面产生收缩裂缝。

4)气候温差原因

当施工环境的温差大、气候干燥时,如果不注意混凝土的浇灌时间及防护措施,混凝土表面也极易出现开裂。

4混凝土开裂的预防措施

1)施工中严把原材料关

原材料是构成混凝土路面的主体,如果由于施工中管理不严,购进材料质量低劣,那么这样的材料组成的混凝土路面面板的弯拉应力就达不到设计要求,很容易在施工期间产生不规则断裂。所以,必须要按照配合比设计要求进行原材料选择,以确保工程质量

2)严格控制施工配合比

在施工中要经常检查骨料的级配和杂质,合理选择好混凝土的设计坍落度,如发现所购进的骨料级配与原试验级配不符时.必须及时调整施工配合化,同时还要检查含泥量,使其不能超标,在施工中应注意水灰比的控制,单位水泥用量要精确,误差值控制在1%以内,用水量误差不超过1%,外加剂控制在2%以内。因此,在施工中要严格把住混合料的配比关,特别是水灰比这一关。

3)控制基层质量

当基层表面凹凸不平，不仅会使面板与基层间的摩擦力增大,而且使面板下面的摩阻力形成不均匀的片状区,这样在不均匀片状区的边缘部位和摩阻力集中的区域就最容易形成开裂；另一方面,当基层标高低时，浇筑的混凝土面板就偏厚,而切缝深度又是按正常板厚实施的,这样在混凝土凝周过程中产生的拉压力的作用下,就会在面板相对比较薄的部分产生不规则裂缝。因此必须使基层的压实质量达到规定的压实度和弯沉值,保证基层有足够均匀的强度、稳定性。

4)在施工中必须振捣均匀密实

浇捣时,振捣棒要快插慢拔,根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间,避免过振、漏振,振捣速度应缓慢而均匀,连续不间断行进使混凝土均匀密实。

5）施工缝的处理

在混凝土浇筑过程中,要始终保持施工作业的连续性,一旦出现间断作业，必须设置一道施工缝,并布置传力杆,传力杆的安装设置必须遵照规范要求,按设计进行,使传力杆与道路中心线及路面平行。如果传力杆安装偏斜,定位精确度不足时，则在传力过程中会将混凝土顶坏,从而形成裂缝。

6)在施工中尽量避免产生较大的温差效应

温差效应过大或突变,容易造成混凝土面板强度的形成不同步。当气温高时，上部强度的形成比下部要慢。在这样的情说下，面板强度的形成不同步,容易出现翘曲变形,一旦有不规则裂缝发生就会使强度较低部位拉断开裂,所以在施工中要注意尽量避免温差大天气或大风天气施工或者当混凝土浇筑完毕后立即采用遮阳酒水,喷洒养护剂等措施,使混凝土体的表面始终保持潮湿,确保昼夜温差不至太大,以预防混凝土路面开裂。

7)正确地在纵坡变化处、平曲线及构造物结合部设置胀缝

纵坡变化处、平曲线及构造物结合部都是应力应变集中的位置,在此处设置胀缝,是减少或释放应力应变的最佳方案,它可以大大降低在此处的断板率。

8)及时准确地切缝是预防裂缝的有力措施

切缝的时间一定要在产生最大收缩应力之前,在混凝土抗压强度达到1.1MPa-1.4MPa之间时,进行切缝才有效,切缝深度约为板厚的1/3,不宜切缝太浅或太深,这样可以有效地引导混凝土路面开裂在预定的切缝位置上断裂,壁免了不规则裂纹的产生。

9)控制基层的暴露时间

基层养生结束后,要及时浇筑水泥混凝土路面,以防止基层因暴露时间长而产生干缩裂缝,导致基层裂缝反射到混凝土路面上来。

10)加强混凝土的养护

在混滠土裂缝的防治工作中,对新浇筑混凝土的早期养护工作尤为重要。对新浇筑完的混凝土要及时覆盖养生,一定要按规定的天数和洒水次数进行混凝土养护,使混凝土表面始终保持湿润状态。当混凝土达到设计弯拉强度后,方可开放交通。所以,在工程施工中,要针对工程实际情况,认真分析水泥混凝土路面开裂的原因.对症下药,抓好每一个环节,采取行之有效的质量控制措施,减少混凝土路面开裂的数量,进而提高行车的舒适性,延长水泥混凝土路面的使用年限。

5结语

1)混凝土的早期开裂主要由混凝土失水产生的干燥收缩、水泥水化产生的混凝土自收缩以及水泥水化热产生的温度应变所引起。

2)施工人员在混凝土浇注后应立即进行保湿保温养护,减少混凝土失水,避免混凝土内外的温差过大,减少收缩应变和温度应变。浇筑后立即盖塑料薄膜或盖湿麻袋或初凝后浇水养护等均是避免混凝土早期开裂的有效措施。

参考文献

[1]《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011）

[2]《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/TF30-2014）