夏季施工中混凝土路面早期裂缝产生的分析与防治

摘　要:介绍了具有较大水平表面积水泥混凝土产生早期裂缝的原因和防治方法。

关键词:混凝土;夏季施工;表面早期裂缝

中图分类号:U416.216 　　　文献标识码:C 　　　文章编号:1008 - 3383 (2006) 11 - 0017 - 03

1 　具有较大表面积的混凝土夏季施工主要特点

　　(1) 气候炎热、气温高。

　　(2) 混凝土的组成材料温度高。

　　由于气温高、阳光照射,用于组成混凝土混合物的砂、石材料温度较高。

　　新出厂水泥往往温度高,由于气候炎热,水泥中的热量不易散发,加上太阳照射等因素的影响,使得水泥的温度较高,某些水泥的温度可高达70 ℃。

　　(3) 混凝土基础或模板等支承物的温度高。

　　(4) 裸露面大受环境影响大。

　　(5) 气候多变。

2 　早期裂缝形成的内因

　　(1) 水泥混凝土堆聚结构的分层现象。水泥混凝土在浇捣过程中,都会发生不同程度的分层现象,由于混凝土形成堆聚结构的过程中具有分层性,这种分层性使混凝土从表层到内层其强度越来越强,表层的抗拉能力最弱,这便是混凝土产生裂缝的主要原因。

　　(2) 水泥的水化反应。在拌和、振捣、凝结、硬化的过程中,水泥与水自始至终存在着水化反应,试验表明在水化反应过程中混凝土有2 次升温与降温过程,混凝土的体积也有2 次胀、缩形变。如果混凝土体不受任何约束,这种胀缩变形就可以自由进行。

　　然而,事实上混凝土体在胀缩变形中,要受到其内部集料及外部边界的约束,这就使混凝土自由胀缩变形受阻,其内部必然要产生相应的拉压应力,且具有反复性。加之混凝土的导热性能差,使表面与内部的胀缩变形也不能同步进行,这样相互制约的约束也会产生拉压内应力。

　　(3) 水泥混凝土的干缩作用。水在水泥混凝土中,大约只有水泥重量的15 %～20 %。水是水化反应所必须的,其余大部分蒸发掉,使混凝土产生干缩变形。而其收缩量是不容低估的,根据有关资料介绍,由水泥混凝土中的水泥浆形成水泥石,在水泥石中只要产生3 %的体积变形,就足以使水泥石和集料界面上产生的拉应力达13 MPa。在混凝土凝结硬化期间,其内部的抗拉强度很小,由于冷缩和干缩产生的拉应力远远大于此时的抗拉强度,因而导致了混凝土内部及表面产生裂缝。

3 　早期裂缝形成的外因

3．1 　温度的变化

　　(1) 由于热胀冷缩的作用,气温较高的白天和上半夜浇筑的混凝土,在次日早晨气温最低时,必将产生体积收缩,即温度变形。或由于温度的急剧变化,如因大风、大雨造成的气温剧变,使混凝土急剧冷缩或干缩,加快了应力集中及混凝土早期裂缝的形成速度,也就是说,是混凝土强度的增长不足以抵抗因温度变化产生的温度应力,而形成早期裂缝。

　　(2) 夏季在阳光的暴晒和干热风影响下,砂、石料的温度可高达60～70 ℃,拌制出来的混凝土的温度可达40 ℃左右。温度高,水泥水化反应加快,混凝土凝结硬化快,和易性降低,易造成蜂窝、麻面,密实度降低,水分蒸发快,表面易干燥,养生不充分,造成强度降低,增加了出现干缩裂缝的可能性。

　　(3)“假凝”或早凝结造成早期裂缝的产生。原本温度就比较高的混凝土拌和物摊铺成型后,在太阳光的辐射下,温度迅速上升(尤其是表面部分) ,造成“假凝”或过早凝结,产生裂缝。

　　(4) 高温基层的影响也易产生早期裂缝。被暴晒而致高温的基层,在摊铺前基层温度降低不多,混凝土摊铺后在下部形成一高温层,以较快的速度凝结硬化及收缩,但受到基层的约束产生拉应力,形成微波纹,渐渐向上反应,成为早期裂缝。

3．2 　切缝工艺的影响

　　从理论上讲,只要在水泥混凝土块硬化收缩之前进行切缝工艺,就可以克服早期裂缝的产生。但切缝工艺要求混凝土达到一定强度(约5～10 MPa)方可进行,否则缝口将是不规则毛边,在这段时间内,由于化学收缩、干湿变形与温度变形的变形量最显著,而混凝土的强度低,容易产生早期裂缝。以前混凝土路面都是短胀缝距,先造成了有效的薄弱断面,使收缩裂缝只能在缩缝处发生。现在普遍采用的长胀缝和切缝施工工艺,给施工操作带来了较大的便利,加快了施工进度(一天最长可浇筑350 m) ,但较容易产生裂缝。

3．3 　纵向隔离层失效,填挡混凝土拉裂

　　在多车道混凝土路面工程施工中,常常是分车道间隔浇筑混凝土。当先浇筑的混凝土两侧板已完成横向切缝,而填挡混凝土未能及时切缝时,若两侧隔离层因涂刷不当,或因施工破坏,两侧板体的收缩通过摩阻力的作用而夹持填挡混凝土板块一同收缩,也会引起拉裂。

3．4 　传力杆安装不当

　　在某路段的一次施工中,有一种断裂发生在切缝的15 m 范围内,经调查分析,是传力杆放斜或自由端失效,致使混凝土板收缩受限制,产生路面断裂。

3．5 　混凝土配合比不均或拌和时间不足

　　施工中如果不能严格控制配合比,特别水灰比,也是酿成早期裂缝出现的重要外在因素之一。水灰比的大小直接影响混凝土的强度,也与干缩裂缝有关。水多,混凝土的干缩性就大;水泥量多,则塑性变形就大。骨料含泥量大,骨料表面形成泥浆薄膜的颗粒就多,骨料与水泥间的胶结力就会降低,混凝土内部的薄弱部位就增多。配料不准或搅拌时间不足,生产出的混凝土强度变化就不均匀,强度弱区应力就容易集中,促使混凝土产生早期裂缝。

3．6 　施工组织不正常

　　在混凝土浇筑过程中,因停电、机械故障、就餐停拌等因素,使已浇筑的混凝土的接荐面出现初凝,再浇筑时,先浇筑的混凝土与后浇筑的混凝土间就会出现人为的薄弱面,形成不规则的接缝。例如,桂林西环二期(将军路口至二机床厂段) 的一早期裂缝就是因停电不能连续作业又处理不当造成。另外,不及时拆除边模,使两侧模板约束板体的自由收缩,也可能产生早期裂缝。

3．7 　混凝土养生不当

　　水泥混凝土的养生是保证混凝土质量的重要工序之一,养生的目的是为混凝土的硬化在最佳温度与湿度下完成,使混凝土的强度得以顺利增长。养生不足,混凝土将被“烧灼”。养生不当混凝土表面水分蒸发过快,形成干缩裂缝。

3．8 　基层质量的影响

　　混凝土板块的自由伸缩受侧向和底面的约束。所谓底面约束面是指基层顶面,如果基层发生变异,如基层本身有裂缝,粗糙度大或小等,都将因摩擦力的作用,导致混凝土板产生裂缝。

4 　防治措施

4．1 　选择适宜的养护方法尽早开始养护

　　尽早开始养护并保持混凝土表面湿润,可以防止蒸发,减少收缩,保障混凝土表面水化顺利进行。对采用各种养护的新浇混凝土,争取在混凝土表面整形完成后和表面水膜消失前即开始养生,但养生时一般不能污染或损伤混凝土已成型表面,因此必须选择适宜的养护方法及最佳的养护开始时间。

4．2 　增大空气相对湿度

　　增大空气相对湿度可以有效降低混凝土表面水分蒸发率,在新浇混凝土上风向或周围采用喷水雾的办法来增加空气的相对湿度,是一种简便易行、费用低廉的有效措施。简易的喷雾的办法可以用带针孔的塑料软管架设在新浇混凝土工地四周或上风向,通过注入一定水压的水使其形成针孔喷雾。

4．3 　降低混凝土温度

　　降低混凝土温度可以有效减少混凝土表面水分蒸发而造成的塑性收缩,防止热裂缝的产生,同时可以降低硬化混凝土的温度,减少混凝土由于温度收缩而产生收缩裂缝的可能性。降温可采用以下办法: (1) 用搭棚遮盖等措施使新浇混凝土免受阳光直接照射,降低混凝土表面的环境温度; (2) 对混凝土的各种组成材料进行降温,控制混凝土新拌合物的温度在32 ℃以下。夜间和早晨气温较低,基础或模板的温度也较低,因此,可以有效降低混凝土温度和混凝土表面水分蒸发率。

4．4 　控制集料含泥量

　　粘土的收缩远远大于水泥石的收缩,集料中含有小量的粘土会引起混凝土的高收缩,而引起开裂,因此,夏季施工更应严格控制集料的含泥量。

4．5 　优化混凝土配合比设计

　　通过优化混凝土配合比设计,选用级配良好的大粒径集料,减少水泥用量,减小水灰比或掺加能减小收缩、防止开裂的材料或外加剂等,可以有效地减少水泥混凝土塑性收缩和干缩,提高混凝土的抗裂性能。

4．6 　减少温差效应

　　夏季高温季节施工时,要将暴晒于烈日下的砂石料洒水润湿,并尽量避开烈日高温施工,以防止早期裂缝的产生。冬季施工要备好挡风、保暖棚,并采取相应的冬季施工措施。

4．7 　采用正确的切缝工艺

　　(1) 掌握切缝的合理时间。切缝的目的在于把混凝土内部的应力适时地释放,而切缝又要求混凝土必须具备一定的强度。一般以混凝土抗压强度达5～10 MPa 时为适宜的切缝时间。另外,也可根据经验现场确定,即用指甲在混凝土路面上划痕,若不出现痕沟,只出现灰白色划痕时,则可切缝。

　　(2) 控制切缝的长度和深度。切缝深度一般为板厚的1P3～1P4 为宜(或按设计) 。切缝从一端走向另一端,如果端头为填挡混凝土还没有施工,可以留1 cm 左右不切通,以免填挡混凝土施工时水泥浆漏入缝内,待填挡混凝土切缝时一起切通。

4．8 　掌握合理的拆模时间

　　纵缝施工时,对已浇混凝土板的缝壁要均匀地涂刷二道60 # 沥青,以减小侧面的摩阻力,并把先浇与后浇的混凝土板隔开,防止断裂传递。在模板接头处,从模板内侧用油毛毡或水泥袋纸堵缝,防止浇筑完的板块侧面暴露,同时,达到拆模强度时及时拆模,消除模板造成的板块侧面受力不均。

4．9 　严格规范施工,确保工序质量

　　(1) 安装传力杆装置时,一定要保证自由端绝对自由,并垂直截面,以确保其使用功效。

　　(2) 严格按质量要求施工,按配合比单配料,严格选料,含泥量大的骨料一定要冲洗,尽可能采用较小水灰比,即半干硬性或干硬性混凝土,并尽可能采用收缩率小的普通水泥,以提高混凝土的早期强度。

　　另外,混凝土的拌和时间也要按要求,一般强制式搅拌机应不少于60 s ,自落式不少于90 s ,最佳办法采用搅拌站集中搅拌,搅拌车运料。

　　(3) 拌和、摊铺、振捣混凝土之前,要仔细检查各种机具的完好程度,检查电路、水路、运输道路是否通畅无阻。严禁带病机具上岗,确保浇筑混凝土的连续性,存在施工缝时须按规范进行处理。严禁将已初凝的混凝土倒运到作业面上摊铺。

　　(4) 在振捣过程中,采用3 次振捣法。即插入式振捣、平板震动、振动梁或整平机振动。最后在混凝土表面使用真空吸水或收水抹面,进一步排除混凝土中多余的水分,增加混凝土的密实度和提高混凝土的早期强度,同时使混凝土在初凝中产生的细微裂缝重新愈合。

　　(5) 加强混凝土的养生工作。用湿养生法养护时,湿草袋或湿麻袋不能漏盖,每天视气温情况均匀洒水,养护期不少于14 d。在非雨季应尽量采用喷塑养护工艺,该工艺在冬季可起一定的保温作用,夏季可大大防止水分的过快蒸发。在夏季施工时,应进行适当的湿水降温或在薄膜上涂一层石灰浆,以免在混凝土板中产生温度梯度而开裂。

　　(6) 做好基层质量验收。基层是混凝土面层的底面约束层。其密实度和平整度直接影响混凝土面层的质量,同时基层成型养生结束后,要及时摊铺混凝土,以防基层暴露时间过长而产生干缩裂缝,从而导致面层裂缝的产生。若基层产生裂缝,在摊铺前必须作好处理。

　　由于复合外加剂中的膨胀剂能产生具有膨胀性的水化产物,而使混凝土具有一定的膨胀变形,它能补偿一部分混凝土的收缩,其早强组分提高了早期强度,从而使混凝土内部裂缝减少。复合外加剂缓凝组分可推迟和减小收缩,从而可降低早期缩裂现象。