水泥砼路面裂缝原因分析及其预防措施

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.第21卷第3期南华大学学报(自然科学版)

Vol .21No .3

2007年9月Journal of University of S outh China (Science and Technol ogy )Sep.2007

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,直至最后完全失去承载力而丧失使用功能.本文对水泥混凝土路面产生裂缝的原因及防治措施作了较全面的分析、总结.旨在找出裂缝的防治措施,以便设计、施工时尽量避免裂缝在使用过程中产生,达到防范于未然的作用.

关键词:砼路面;裂缝;成因;预防措施中图分类号:U416　　　文献标识码:B

On the Causes and Countermeasures for

Crack of Cement Concrete Pavement

X I A He 2ji a ng

(H igh way Adm inistrati on of Shaoyang City,Shaoyang,Hunan 422000,China )Abstract:The crack,the main disease of ce ment concrete pave ment,will gradually de 2str oy the functi on of pave ment .This paper makes an analysis of its causes and counter 2measures in order t o avoid the disease during its constructi on and use .Key words:ce ment concrete pave ment;crack;causes;counter measures

　　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,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

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、合理的功能.一般地,基层的作用主要有:

1)调节路面板与土基之间的受力状态,使土基在规定的路面使用年限内,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

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

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,水泥混凝土路面的温度应力主要有二类:一类是温度不均匀上升或下降时引起板的热胀冷缩而在板内产生热压应力或收缩应力;另一类是由板截面上温度不一致引起的翘曲应力.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E o=30000MPa,M c=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.

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

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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Ⅱ级,不得使用不分级的统料,应按最大公称粒径的不同采用2～4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75μm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Ⅱ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2.0～3.5之间.

4)水:pH值不得小于4,不得含有油污、泥和其它有害杂质.

原材料在使用前必须按《规范》[2]规定,进行一系列的试验与检验,不符合技术要求的、不合格的不得使用.

2.2　进行配合比设计、并正确投料、施工、养护

1)普通水泥砼路面的配合比设计应满足弯拉强度、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》[2]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《基层施工规范》[2]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1.3～1.4倍时,一般很少因温度翘曲应力作用而破坏,同时按翘曲应力控制确定的缩缝间距一般都小于按混凝土均匀收缩控制所确定的缩缝间距,因此,前者能满足,后者便能满足要求,这也是文献[2]中规定的缩缝间距取值的依据所在.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:

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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

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[6]JTG F30-2003,公路水泥混凝土路面施工技术规范

[S].北京:人民交通出版社,2003.

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