水泥砼路面裂缝原因分析及其预防措施

1、第21卷第3期南华大学学报(自然科学版)()Vol.21No.3文章编号:1673-0062(2007)03-0108-03水泥砼路面裂缝原因分析及其预防措施夏和江(邵阳市公路管理局,湖南邵阳422000)摘要:水泥混凝土路面最主要的危害当属裂缝,它会把路面板分为数块,破坏路面结构的完整性,进而逐步丧失路面整体刚度,能.总结.旨在找出裂缝的防治措施,以便设计、,达到防范于未然的作用.关键词:BOntheCausesandCountermeasuresforCrackofCementConcretePavementXIAHe2jiang(HighwayAdministrationofShaoya

2、ngCity,Shaoyang,Hunan422000,China)Abstract:Thecrack,themaindiseaseofcementconcretepavement,willgraduallyde2stroythefunctionofpavement.Thispapermakesananalysisofitscausesandcounter2measuresinordertoavoidthediseaseduringitsconstructionanduse.Keywords:cementconcretepavement;crack;causes;countermeasures

3、为适应公路建设经久耐用、就地取材、节约成本需要,目前,我省干线公路、县乡公路大部分采用水泥混凝土路面.水泥混凝土路面,是以水泥浆为胶凝材料,以粗细骨料为强度刚架形成强度的一种高级路面.其具有刚度大、强度高、耐磨特性好、整体性与稳定性优等特点.但水泥混凝土路面,受原材料、配合比、施工工艺、使用环境等因素的影响,也会发生危害.水泥混凝土路面最主要的危害当属裂缝,它会把路面板分为数块,破坏路面结构的完整性,进而逐步丧失路面整体刚度,直至收稿日期:2007-09-05最后完全失去承载力而丧失使用功能.所以,通过分析砼面板产生裂缝的原因,在设计和施工时预防砼面板产生裂缝极为重要.笔者根据多年的实践经验,

4、对引起混凝土路面裂缝的主要原因进行了研究和分析,并提出了一些预防措施,给工程技术提供一些有益的技术支撑.1裂缝原因分析1.1强度偏低一般混凝土路面设计强度等级为C35,设计作者简介:夏和江(1956-),男,湖南邵阳人,邵阳市公路管理局工程师.主要研究方向:公路桥梁.© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第21卷第3期夏和江:水泥砼路面裂缝原因分析及其预防措施109抗折强度为5MPa.由于施工的不均匀性、组成材料的质量(包括水泥、碎石与砂骨等材料的级配)

5、不符合技术要求、施工工艺不妥、振捣不密实、过早通车、养护不规范、配合比不正确、施工时严重偷工减料等原因,往往实际的混凝土路面强度达不到设计强度.混凝土路面板在车轮轴载的反复作用产生荷载应力与其它应力共同作用之下,当应力的不利组合达到或超过其强度应力时,便产生裂缝,如此持续作用,将导致混凝土破坏.这类破坏的特点是不通车不开裂,通车后,裂缝愈早出现,说明强度愈低.这是路面破坏的主要原因,属施工质量问题.1.2基层强度与刚度不足混凝土路面基层是为保证路面的整体强度,防止唧泥和错台,延长混凝土路面使用寿命的重要结构层.具有调节路面板与土基之间的关系,使路面整体结构具有其经济、.,基层的作用主要有:1)

6、,使土,不发生过大的积累变形,以便使路面板在均匀坚实稳定支承的基础上保证其正常的使用寿命.车轮荷载通过路面板对其支承体地基(土基、垫层或基层)的作用不论是单位压力还是作用频率,在各个部位是不相同的.实践和研究实验表明,在轮载的反复作用下,在板边、角的地基较板中的地基会产生较大的塑性变形,使部分地基与板底之间失去紧密的接触条件,造成板下的局部脱空现象,使板内产生附加应力而导致板的过早破坏.2)基层的另一个作用是缓和或降低水份和湿度对土基的影响,防止唧泥现象.所谓唧泥,是指在混凝土板的接缝、裂缝或边缘部位的土和水的混合物,在轮载的反复作用下,产生强制性位移,导致路面板失去均匀支承而产生破坏.实践表

7、明,造成唧泥必须具备三个条件:(1)遇水会软化,继之成为悬浮的塑性土;(2)能侵入到板下的地面水或地下水;(3)反复行驶的车轮荷载.1.3土基的不均匀和不稳定1水泥混凝土路面直接暴露在大气中,由于一年中大气温度周期性的变化以及每天白昼黑夜气温的变化,使得混凝土路面的温度也随之产生周期性的变化,使混凝土路面产生收缩与膨胀等变形.尤其是带状结构的道路,其温度变化引起的路面纵向变形更为突出.一旦路面因温度变化所产生的变形受到约束,不能自由伸缩,路面将产生巨大的温度内应力;同时,混凝土路面的表面同大气直接接触,直接受到外界温度的影响,而且热量向路面内部传导仍需一定的时间.因此,沿着路面的厚度方向温度并

8、不是均匀的,而是存在一定的温差.同样,在晚间,大气温度下降,混凝土路面表面散热快,内部散热慢,也一样会出现同一截面温度不一致和不均匀.因此:;.当温度内应力超过容许范围,路面板即产生裂缝或被挤碎而破坏.1)收缩应力.混凝土路面在外界温度下降时,产生收缩.由于路面板和基础之间存在摩擦阻力的约束,而且这种摩擦阻力不同于一般面板底部与基础表面之间的滑动摩擦.由于现场浇筑混凝土时水泥浆渗入基础,与基础表层材料粘结成整体,当板面出现滑动趋势时,阻力来自基础材料内部的水平抗剪力,且这种摩擦阻力远远超过一般的滑动摩擦阻力.因此这种约束会引起路面的收缩应力.未设接缝的混凝土路面板在温度下降15时,如取Eo=3

9、0000MPa,Mc=0.15,T=-15,最大收缩应力可达5.29MPa.这一应力作用于新浇筑的混凝土路面,由于混合料在终凝以后很短的时间内容许拉应力极低,混凝土路面通常会出现横向贯穿裂缝,以后在轮载的作用下,将出现唧泥而破坏.2)翘曲应力.由于砼板、基层、土基的热导性能较差,当气温变化快时,砼板面与板底产生温差,因而板底与板顶的胀缩变形大小不同.这些变形又将受到板的自重、地基反力和相邻板的钳制作用,因而产生温度翘曲应力,在荷载作用下,使面板产生破坏.刚性路面下土基承受的应力比较小,一般不会超过0.05MPa,因此混凝土路面无需对土基的强度提出过高的要求.然而,土基的不稳定或不均匀时,在轮载

10、的反复作用下,以及在周围水温变化的影响下,会出现较大的不均匀变形,仍将导致混凝土路面使用品质的下降和路面板的损坏、断裂.1.4温度应力2裂缝的预防与控制2.1严格控制原材料质量1)水泥:特重、重交通路面宜采用旋窑道路硅酸盐水泥,也可采用旋窑硅酸盐水泥或普通硅© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 110南华大学学报(自然科学版)2007年9月酸盐水泥;中轻交通的道路可采用矿渣硅酸盐水泥.选用水泥时,应通过混凝土配合比试验,根据其配制弯拉强度、耐久性和工作性

11、优选适宜的水泥品种、强度等级.2)粗集料:粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、碎卵石.干线公路混凝土路面使用的粗集料级别应不低于级,不得使用不分级的统料,应按最大公称粒径的不同采用24个粒级的集料进行参配,并应符合规范要求的合成级配范围.碎卵石或碎石中粒径小于75m的石粉含量不宜大于1%.3)细集料:细集料应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂或混合砂,干线公路混凝土路面使用的细集料应不低于级,特重、重交通混凝土路面宜使用河砂,砂的硅质含量不应低于25%,细度模数在2.03.5之间.4)水:pH值不得小于4,、其它有害杂质.规定,进行,、不合格的不得使用.2.2进行配合比设计、并正确投

12、料、施工、养护1)普通水泥砼路面的配合比设计应满足弯压平整的土基或垫层,有利于提高路面施工质量.2.4防止不均匀沉降在施工中,要特别注意路基的均匀压实,在路基排水不良地段增加垫层,以排除或隔断地下水对基层的影响;对路面结构下埋有地下设施、高填方、软土地基、填挖交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时,应采用设置接缝的钢筋砼面层,防止裂缝产生,给混凝土路面创造良好的工作环境.2.5防止收宿应力在施工时,应尽量控制工作温差,并按规定及时锯切缩缝,同时,提高基层的平整度,以减少基层与面层之间的摩擦阻力.实践表明,水泥混凝土路面板长控制在板宽的1.31.4倍时,一般很少,同时按翘曲应力控,前者能满足,后者

13、,这也是文献2中规定的缩缝间.在施工中,为了控制翘曲应力影响破坏混凝土路面,一般按文献3规定要求进行施工,就能基本解决问题.3结束语水泥砼路面裂缝的种类和产生的原因很多,以上仅对水泥砼路面裂缝产生的几个主要原因和预防措施进行了简单的阐述,起到抛砖引玉的作用.水泥砼路面裂缝是一种可防而难维修的危害,因此,在设计、施工时注意以上几个方面的处理可大大减少砼面板的裂缝,可节约养护成本,提高水泥砼路面的使用寿命.参考文献:1吴铁,孟庆.水泥混凝土路面产生裂缝的原因及拉强度、工作性和耐久性三项技术要求;在施工中应根据现场材料的含水量调整配合比,保证配合比的准确性.2)粗、细骨料要根据筛分试验数据,结合规范

14、控制级配合理.3)严格控制混凝土路面各工序的施工工序质量,尤其要注意“振捣密实”.4)加强养护,防止在混凝土路面强度未达到设计强度时,开放交通.2.3增加基层的强度和刚度对基层的技术要求是刚度较大、强度足够,以保证路面板得到地基紧密、均匀、坚强的支承.水泥碎石稳定集料基本上能满足上述的技术要求,但施工中要根据基层的作用机理,根据基层施2工规范的要求进行认真的施工.在土基和面板之间修筑适当的基层后,再在基层上做一沥青封层,可以降低轮载对土基的压力,隔断或减轻地面水对土基的作用,使基层具有耐冲刷、耐侵蚀和良好排水的功能,提高路面的整体结构强度,改善路面板的工作条件,保证面层厚度均匀和保护碾2预防J.交通科技与经济,2004,(2):18-19,24.2曹瑛,韩铁.浅析水泥混凝土路面裂缝的原因J.黑龙江交通科技,2005,(1):44.3徐宪江.最新公路工程施工要点与通病防治大全M.北京:兵器工业出版社,