混凝土道面早期施工裂缝形式成因控制

混凝土道面早期施工裂缝研究（形式、成因、控制）在水泥混凝土道面的施工中常发现早期裂缝，被称为混凝土的顽症，影响道面的外观，影响道面的使用寿命。为了消除早期裂缝，提升混凝土道面的品质，课题组通过室内外试验进行分析研究，召开专题会议查找原因制定措施，邀请专家召开现场论证会，采取了积极的防治措施。1裂缝的形式裂缝长度5-10mm，较长的可达1-2m，宽度0.5-2.0mm，深度2-4mm，较深的可达板厚的1/3。形状多为纵向或斜向。2裂缝产生的时间裂缝发生的时间一般在施工做面后，初凝开始到终凝阶段，终凝之后至一天龄期裂缝有发展。3裂缝的成因造成水泥混凝土道面板早期开裂的原因多种多样，大多数的裂缝不是单一因素所致，往往是多种因素复合效应，是一个量的积累到质的变化过程。但起主导作用的因素是混凝土的收缩。混凝土的收缩主要包括沉降收缩、塑性收缩、干燥收缩、化学收缩、炭化收缩和自收缩等（见2.1.4），具体那一种收缩导致了混凝土早期开裂，根据施工环境、材料和作业人员的不同而不同，不便再细化和单一的查找其原因，而应对广义的收缩加以研究。引起混凝土收缩的主要因素有：①、混合料的施工性能混凝土混合料的和易性和保水性较差易产生泌水、离析和塑性沉降，是沉降收缩的主要原因。②、砼的密实成型和振捣振捣不密实或不均匀易引起沉降收缩。③、混凝土的收缩特性和做面时机混凝土凝结硬化前的收缩经历四阶段，即塑性沉降阶段、主要塑性收缩阶段、自收缩阶段、次要收缩阶段，四个阶段各有特点，施工中时机掌握不好，混凝土便产生收缩裂缝。④、混凝土入仓温度混凝土入仓温度决定混凝土早期失水速度，入仓温度高，水化速度快，混凝土早期温升大，失水快。⑤、水泥的品种C3A含量高的水泥水化速度快，早期水化消耗水分多，早期水化热大，化学收缩较大。⑥、砂、石料的质量含泥（泥块）量和软颗粒含量大，经振捣、提浆，泥（泥块）和软颗粒等比重较轻的物质上浮，形成强度较低的砂浆面层，易产生收缩裂缝。⑦、环境温度、湿度和风速环境温度、湿度和风速对混凝土道面影响较大，是产生干燥收缩的主要因素。⑧、太阳幅射太阳幅射强，混凝土表面水化蒸化快，易产生干燥收缩。⑨、施工配合比水灰比过大混凝土收缩量大，砂率大混凝土的收缩量大，水泥用量大混凝土的收缩量大，对裂缝的影响大。4裂缝的控制措施机场混凝土道面施工是大面积露天作业，受自然环境影响较大，不可预计因素较多，必须采取以防止收缩裂缝为主的综合措施，才能控制混凝土早期裂缝的发生和发展。4.1材料控制加强材料的检验试验，不合格的材料不得用于砼道面的施工，确保砼道面的质量。（见2.7.2）4.2优化配合比设计1、控制水灰比水灰比是混凝土的一个敏感指标。采用同一种水泥时，混凝土的强度大小主要取决于毛细管孔率或胶孔比，这些参数都难以测定。但是充分密实的砼在任何水化程度下毛细管孔隙率可由水灰比所确定。在水泥强度等级相同的条件下，水灰比愈小，水泥石强度愈高，与骨料的粘结力也愈大，混凝土的强度也愈高。混凝土的收缩来源于水泥石的收缩，水灰比大，收缩大。所以减少用水量是减少水泥混凝土收缩的重要措施。同时为考虑对混凝土和易性，水泥用量等方面的要求，水灰比又不宜太小，否则同样会影响强度的发展和混凝土的收缩。2、控制水泥的品种、细度、温度和用量水泥在凝结硬化过程中，放出热量，使混凝土温度上升，温升与水泥品种、细度、温度和用量有关，由于混凝土的温度上升，而混凝土的体积变形又受到约束，使混凝土产生应力（温度应力）。混凝土的内外温差会引起内部约束应力，混凝土整体温度下降会引起收缩，当收缩受限时，会引起外部约束应力，使混凝土开裂。⑴、水泥品种水泥的品种不同，C3A的含量不同。C3A含量高的水泥，水化热大，混凝土的温度上升快，在较大的温度应力作用下，使混凝土开裂，图3-1为砼绝热升温曲线。从中可以看出低热水泥的温度上升值远小于普通硅酸盐水泥；因此，应选用C3A≤5.0%的低热水泥。⑵、水泥细度水泥的细度直接影响其活性和强度，颗粒越细，与水反应的表面积就越大，水化反应就快而完全，早期强度高，但在空气中的硬化收缩较大。国家标准规定硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg，普通硅酸盐水泥经80Mm的方筛筛余量不得超过10%。但是水泥过细（比表面积达到500-600m2/kg或小于10Mm的颗粒超过50%）或非球形不规则的颗粒含量多，会增大用水量，增大混凝土空隙率，引起自干燥。⑶、水泥温度水泥温度高会加速其水化，温升加快、混凝土早期收缩。因此要求散装水泥的出厂温度≤60℃。⑷、水泥用量水泥用量越多，产生的水化热越大，混凝土的自收缩也越大，见表3-3和图3-2。因此，水泥混凝土道面混凝土中水泥用量应≤320kg/m3。表3-3混凝土配合比编号W/B水泥水砂碎石AS-10.53001508401210AS-20.53501758401135图3-2水泥用量对自收缩的影响3、骨料含量水泥石与骨料的粘结力与骨料的表面状况有关，骨料表面粗糙，则水泥粘结力大，故在原料及坍落度相同情况下，碎石混凝土比卵石混凝土强度高。增大骨粒粒径，可以减少用水量，而使混凝土的收缩和泌水随之减少。同时，骨料本身的强度一般比水泥石强度高（轻骨料除外），所以不直接影响砼强度，但若骨料经风化等作用而强度降低时，则其配制的混凝土强度也较低。混凝土中骨料重量与水泥重量之比称为骨灰比。骨灰比对35MPa以上的混凝土强度影响很大。在相同水灰比和坍落度下，混凝土强度随骨灰比的增大而提高，因为骨料增多后表面积增大，吸水量也增加，从而降低了水灰比，使混凝土强度提高。另外水泥浆相对含量减少，致使混凝土内总孔隙率体积减少，也有利于混凝土强度的提高。在混凝土内部，骨料对水泥石的收缩起约束作用。混凝土的收缩对净水泥浆收缩的比取决于混凝土的骨料含量Va（以体积的%计）。骨料含量越大则收缩越小。并可近似用式3-1表式：εs=εo(1-Va)2式中：εs——混凝土的收缩值εo——净水泥浆的收缩值Va——骨料的含量（以体积的%计）细骨料的含量越多，单位需水量越大，水泥用量也愈多，混凝土的收缩值愈大，因此砂率应控制在35%以内。4、采用纤维混凝土在几百年前人们就知道添加纤维（麻刀或纸筋）的方法来提高室内抹灰的抗裂性能。聚丙烯纤维属低弹性模量合成纤维，当掺入混凝土后，依靠纤维与水泥基材料的界面粘结在未开裂的低应力水平下共同承受外力。在混凝土固化过程中，相对于塑性阶段混凝土的弹性模量，纤维的弹性模量已足够高，故能对混凝土和各种塑性变形起有效的约束作用。因此对混凝土的早期裂缝有限制作用。纤维对自收缩的抑制效果见表3-4和图3-3。从中可以看出纤维对收缩（膨胀）有明显的约束，可以认为这是由于部分收缩（膨胀）能转化为纤维的弹性应变所致。表3-4纤维混凝土、纤维混杂混凝土收缩（膨胀）试验结果编号配合比kg/mm3W/B（水胶比比）收缩（膨胀）率率/×100-6CPFAEPPPVASRWR1d3d7d14d28d130035250.9055714332.160.384554.692.4105.546.852300352500.655714332.160.3847.160.7112.314356.7330035250.90.655714332.160.3836.945.178.289.244.843003500056414512.010.3812.315-11.5-48.7-51.3530035000.656414512.010.3818.9-10.5-10.7-32.6-41.663003500.90.656414512.010.3820.411.3-12.7-15.1-30.1730035250055714332.060.3844.362.2115227.751.983003500056414512.010.38-23-18.3-30.9-51.4-75.6C—水泥PFA—粉煤灰E—膨胀剂PP—单丝聚丙烯纤维PVA—双丝聚丙烯纤维S—砂R—石WR—碱水剂5、采用膨胀混凝土膨胀混凝土以其膨胀能做功实现补偿收缩与自应力两大主要功能，在材料研究中对膨胀混凝土的膨胀机理和补偿收缩原理及模式进行了研究，在室内外试验的基础上，在XX机场试验段的施工中获得了成功。膨胀剂对自收缩的抑制效果，见表3-5和图3-4。从图中可以看出掺入膨胀剂后自收缩明显低于基准混凝土。表3-5混凝土配合比编号W/B水泥粉煤灰水砂碎石膨胀剂(%)AS-10.430014017580010000AS-20.430014017580010001.2AS-30.430014017580010001.46、采用聚丙烯纤维增张膨胀混凝土实现复合效应膨胀混凝土中加入适量的聚丙烯纤维后，三维乱向颁布的低模量聚丙烯纤维对膨胀剂的限制作用，能有效地抑制后期膨胀可能产生的结构损伤，相比纤维或膨胀剂的单一作用，进一步改善混凝土的内部结构。同时部分膨胀能转化为纤维的弹性应变，在混凝土中建立一定的自应力，提高混凝土抵抗变形的能力（见材料研究）。7、混凝土配合比设计混凝土抗折强度5.0MPa，混合料维勃稠度为（20-30）s，坍落度（1-2）cm。经计算试配调整确定混凝土的配合比如表3-6。表3-6混凝土配合比混凝土种类单位用量kg//m3S/S+RW/BCPFAEPPSRWR纤维混凝土3103900.9678131300.340.43膨胀混凝土2853925067813151.3960.340.43纤维膨胀混凝土土28539250.967813151.3960.340.43C—水泥PFA—粉煤灰E—膨胀剂PP—单丝聚丙烯纤维PVA—双丝聚丙烯纤维S—砂R—石WR—碱水剂4.3混合料质量控制1、自动化控制及计量精度控制道面大板混凝土的配比中外加剂及掺和料较多，传统的搅拌站上料系统与计量系统难以满足多种外加剂和各种材料的全自动化控制要求，我们所采用1000升强制式混凝土搅拌站，需要增加两组上料系统和计量系统，计算机要增加四套传感控制器。设备经过自动改装后：砂石等骨料的计量误差可控制在1.5%以内；水泥、粉煤灰及其他外加剂计量误差可控制在0.7%以内；水的计量误差可控制在1%以内。2、投料顺序控制要合理的确定原材料的设放顺序,首先要分清各材料的特性（见表3-7）。表3-7混凝土组成材料特性特性分类类材料名称容重形状搅拌流动性水溶性颗粒间隙20-40mmm加碎石石大块状极差不溶很大5-20mm碎石石大块状极差不溶很大砂子较大颗粒状较强不溶较小水泥较小粉末状较强不溶很小粉煤灰较小粉末状较强不溶很小膨胀剂较小粉末状较强不溶很小减水剂较小粉末状较强可溶很小纤维非常小丝状或网状极差不溶很大水—液体极强—无砂石集料按先投粒径大、颗粒间隙大的，再投粒径小、颗粒间隙小的，可以在投放过程中最大限度的填充石子的颗粒间隙；砂子应覆盖胶凝材料之上，以防止粉末状的胶凝材料产生扬尘；由于粉煤灰、膨胀剂具有与水泥相似的物理特性，所以可以将三者同时放入料斗；纤维容重小、搅拌流动性差，将其投放在大小石子之间，靠石子之间的挤压摩擦来使纤维达到均匀化；减水剂为可溶性材料，可按比例将其溶入水。混凝土的原材料投放顺序是：20mm—40mm碎石—纤维—5m～20mm碎石—膨胀剂—水泥—粉煤灰—砂—水（减水剂）。3、搅拌时间控制混凝土因强度及功能要求的不同而使用不同的配合比及外掺和剂，针对不同的外掺组分的材料性质及搅拌机的特性确定相应的搅拌时间，既能保证搅拌质量，同时又兼顾到施工产量。经反复试验测试，确定采用JQ1000型装配式混凝土搅拌站，所需搅拌时间见表3-8。表3-8JQ1000型装配式混凝土搅拌站每拌时间表混凝土组分砂石子水泥加纤维加膨胀剂加减水剂加粉煤灰搅拌时间（秒）90※※※120※※※※105※※※※120※※※※90※※※※注：“※”表示掺有相应组分，掺加多种组分时，混凝土搅拌时间以所掺加组分中搅拌时间最长的组分为准。4、集料性能控制混凝土中集料体积占3/4，集料的粒径大小、颗粒形状、级配组成、矿物成份、弹性模量等均会对道面大板混凝土的强度、形变性能、碱一集料反应以及耐久性能产生重要的影响。所以除了在选择料源时要进行检验外，还应对进场材料进行抽检，以防在开采或运输中有不合格材料混入，如泥块、软颗粒等，在砂石料的堆场内存放、搬运和上料的过程中亦应保持材料的固有性能，避免受到大的磨损或冲击压碎或混入其他成份而影响其性能。4.4施工环境和作业条件1、高温施工混合料的温度高于或等于35℃时的施工属于高温施工，会给混凝土施工质量带来严重影响。①、为保证混凝土施工所需要的工作度，加水量比正常气温下多，从而导致的收缩量增大，28d强度较低。②、坍落度损失较大、较快、混凝土凝结快，容易产生振捣不实和假凝（橡皮状）现象。③、塑性开裂的可能性增大表3-9为有关文献给出的不同相对湿度下混凝土塑性开裂的极限温度。表3-10为不同环境条件下的水分蒸发速率，当水分蒸发速率≥0.5kg/m2h以上时，必须注意道面板裂缝的发生。表3-9不同相对湿度下混凝土塑性收缩开裂的极限温度相对湿度/%90807060504030混凝土温度/℃℃40.637.835.032.229.426.729说明：相对温度——即空气中实际含水汽量和在同样温度下所能含最大限度的水汽量（即饱和水汽量）之比，以百分数来表示，相对湿度越低越干燥。表3-10不同环境条件下的水分蒸发速率混凝土温度℃风速（m/s）02.04.5相对湿度度(%)气温℃70605040307060504030706050403035350.10.20.20.30.30.30.40.50.60.70.60.81.01.21.2250.30.30.40.40.40.60.70.80.80.91.21.41.61.71.8150.40.40.40.50.51.01.01.11.11.21.21.71.81.92.025150.20.20.20.20.20.40.40.40.40.50.70.80.91.01.01550.10.10.10.10.10.20.20.30.30.30.40.40.40.50.5④、养护水分蒸发较快，混凝土表面易产生收缩裂缝。⑤、高温施工与混凝土凝结时的冷却（或突遇寒流降温）开成温差，温度应力加大，易产生温差裂缝。⑥、太阳暴晒蒸发发速率增大大，容易产产生裂缝。2、风天施施工①、风风速大，混混凝土混合合料的蒸发发速率加大大，易产生生收缩裂缝缝。试验研研究认为当当风速大于于3级（风速≥5.0mm/s）不宜施工工。②、风风天往往伴伴随着扬尘尘，砂尘和和杂物落在在道面混凝凝土表面，与与表面水泥泥砂浆混合合在一起，形形成软弱面面，不但容容易产生裂裂缝而且也也是起砂，脱脱皮的成因因。应采用用风速计在在现场测量量风速或现现测自然现现象，确定定风级，并并按表3-111的规定采采取防止塑塑性收缩列列裂的措施施。表3-11刮刮风天混凝凝土路面防防止塑性开开裂措施风力相应自然现象风速（m/s）防止路面塑性收收缩开裂措措施I级弱风烟能表示风向，水水面有鱼鳞鳞波≤1.5正常施工，喷洒洒一遍养生生剂，原液液剂量0..30kgg/m22级轻风人面有感，树叶叶沙沙响，风风标转动，水水波显著1.6-3应加厚喷洒一遍遍养生剂，剂剂量0.445kg//m23级微风树叶和细枝摇晃晃，旗帜飘飘动，水面面波峰破碎碎，产生飞飞沫4-5.6路面摊铺完成后后，立即喷喷洒第一遍遍养生剂，拉拉毛后，再再喷洒第二二遍养生剂剂。两遍剂剂量共0..60kgg/m24级和风吹起尘土和纸片片，小树枝枝摇动，水水波出白浪浪5.7-7.99除拉毛前后喷洒洒两遍养生生剂外（两两遍剂量共共0.6kkg/m2）还需覆覆盖塑料薄薄膜5级清劲风树叶小树开始摇摇动，大浪浪明显，波波峰起白沫沫8.0-10..7使用抹面机械抹抹面，加厚厚喷一遍剂剂量0.445kg//m2的养生剂并覆覆盖塑料薄薄膜或麻袋袋草袋，使使用钢刷做做细观抗滑滑构造，使使用硬刻槽槽机刻出抗抗滑沟槽。无无机械抹面面措施时，应应停止施工工6级强风大树枝摇动，电电线呼呼响响，出现长长浪，波峰峰吹成条纹纹10.8-188必须停止施工3、旱季施施工①、旱旱季空气相相对湿度较较低，蒸发发速率较大大，容易产产生收缩裂裂缝，如果果气温较高高，裂缝便便会大面积积产生。②、旱旱季施工基基础、模板板都比较干干燥，吸收收水泥混凝凝土混合料料中的水分分，易产生生收缩裂缝缝。③、旱季多大风、扬扬尘造成施施工困难。综上所述，高温温天气、大大风天气、旱旱季施工，水水泥混凝土土道面易产产生收缩裂裂缝，应采采取有效的的措施：①、大气温度高于于30℃时，应调调整作业时时间，改为早早晨、傍晚晚或夜间施施工，避开开高温和太太阳幅射。②、风力大于3级级时应采取取挡风防砂砂措施，风风力大于3级时应停停止施工。③、旱季应洒水湿湿润基础和和模板，并并采取措施施调节空气气湿度。④、高温时，对拌拌合物采取取降温措施施，水泥出出厂温度不不得大于660℃，砂、石石料堆加盖盖遮阳蓬，抽抽用地下冷冷水或冰水水在砂、石石料堆上洒洒水降温，并并抽用地下下水或冰水水拌合。⑤、改善施工环境境和作业条条件，控制制施工温度度、湿度，消除热风、干干燥对道面面施工的产产生不利影影响。避免免在高温、太太阳幅射、大大风和相对对湿度小的的环境下施施工。在高高温季节应应采取洒水水、支立作作业棚等方方式改善施施工条件。避避免砼道面面早期裂缝缝的作业环环境是：风风速<5m/s，相对湿湿度>60%，混凝土土拌合入仓仓温度≤32℃，大气温温度≤30℃。4.5工艺艺控制1、加强土土基、基础础的质量控控制，预防防由于土基基、基础的的不均匀沉沉陷引起的的裂纹。土基、基础的不不均匀沉陷陷，往往在在面层施工工时就反应应出来，主主要是施工工的车辆荷荷载和摊铺铺振捣等引引起基础顶顶面的软化和和变形。因因此，对土土建和基础础应采取“双控措施”。土基顶面以下00-1000cm，深深度压实度度98%，土基顶顶面反应模模量≥40MNN/m3;;基础压实度988%,基础顶面面反应模量量≥70MNN/m3;;若因施工车辆碾碾压使基础础表面疏松松,应洒水后后碾压达到到密实要求求,方可铺筑筑混凝土面面层.2、二次振振捣增加混混凝土的密密实度。采用二次振捣的的方法，即即排式振捣捣器纵向振振捣后，再再用平板振振动器横向向振捣，消消除纵向振振捣产生的的“犁”现象，增增加混凝土土的密实性性，防止裂裂缝的发生生。3、注意斜斜坡部位的的摊铺和振振捣秩序。斜坡部位应由坡坡底至下而而上摊铺和和振捣，以以避免重力力作用引起起的混凝土土下滑，而而出现沉降降收缩裂缝缝。4、模板应应加固牢固，防防止施工中中模板位移移引起的裂裂缝。5、传力杆杆、连接钢钢筋应放置置适当，防防止放置不不当引起裂裂缝。6、做面要要掌握时机机，掌握操操作要领，防防止因搓抹抹过度引起起裂缝。7、拉毛用力要均均匀，防止止由于拉毛毛过度用力力而引起裂裂缝。8、采用养护剂，喷喷膜加无纺纺布养