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新建水泥混凝土路面断板的原因分析

2005-08-05 00:00    【  【打印】【我要纠错】

    摘要: 新建的水泥混凝土路面产生连续断板,由于这次断板处于夏季施工,且在施工过程中使用一些特殊的施工方法,造成干缩、冷缩裂缝并形成断板。对断板产生的原因就当时的施工的各种原因进行分析,并提出以后工作应注意的问题,以防止类似的现象的再次发生。

    关键词: 高温 温差 干缩裂缝 冷缩裂缝

    水泥混凝土路面在夏季施工应根据气候炎热的特点,采取必要的施工技术措施,来进行施工。否则就容易使新施工的水泥混凝土路面产生断板,甚至是连续断板。在一次夏季施工水泥混凝土路面,新建的水泥混凝土路面出现一些断板和连续断板现象,笔者觉得很有特殊性和典型性。故对断板产生的原因就当时的施工的各种原因进行分析,并提出以后工作应注意的问题,以防止类似的现象的再次发生。

    1. 断板产生的过程

    1.1.施工时间及气候条件

    施工时间为2000年7月24日上午6:00-12:00;

    气候条件:晴,最高气温35℃,东南风:4-5级。

    1.2.断板的产生

    上午从6 点开始,至中午12点,该段工地仍在施工水泥混凝土路面。在已处于高温及烈日暴晒的情况下,为防止太阳直接曝晒于板块表面。施工人员在用遮雨棚挡住一部分混凝土板外,同时用一部分黑色编织布及塑料布进行遮盖,在中午阳光的直射下,塑料布下混凝土在气温及水化热的双重作用下,温度上升很快,并且很快达到 65℃左右。施工人员在发现温度过高时,又在13:30左右时将混凝土表面的塑料布及编织布揭去。当天下午就发现了一块混凝土板出现横向裂缝。同时,没有及时采取措施尽快根据混凝板的实际情况提前进行切缝,因此在7月25日上午例行检查时,发现出现连续断板,共计断板10块,大多数为横向断板,并贯通整块面板。

    2.原因分析

    2.1.夏季施工没有采取必要措施避开高温阶段

    GBJ97 -87《水泥混凝土路面施工及验收规范》第4.8.4条(四)规定:气温过高时应避开中午施工,可在夜间进行。并在第4.8.3条规定,“当混凝土拌合物温度在30-35℃时,混凝土板的施工应按夏季施工规定进行。”查当天施工最高温度35℃度,晴天,日照充足,中午11:30-14:30时是气温进入最高温度阶段的时间,此时还在施工,温度对水泥混凝土路面的影响是可想而知的。另外,本段曾在6月13日上午施工一段的试验路。在上午11时停机,到下午2 点钟时,其混凝土表面已产生纵向、横向裂缝等大小不等的不规则裂缝和断板,当时分析就已经指出夏季施工应避开中午高温时间,防止产生裂缝或断板,7月24 日的断板再次证明这一规律。

    2.2.干缩裂缝

    在水泥混凝土中,水在水泥石中是以化学结合水,层间水物理吸附水以及毛细水等状态存在着,当这些水在混凝土硬化过程中失去时,水泥混凝土本体就会受缩,这些就是干缩。但是这是自由收缩,还不会导致裂缝的发生,惟有收缩受到限制而发生收缩应力时,才容易产生干燥收缩裂缝,水泥浆干缩的内部限制主要是混凝土中骨料对水泥浆的限制。在普通水泥混凝土中,水泥浆的收缩率被限制了90%,所以混凝土内部经常存在着引起干缩裂缝的应力状态。干缩裂缝一般为表面或不规则断板。

    混凝土面板在浇筑完成后。经过表面修整抹面后应尽快采取措施避免日光曝晒新浇筑的混凝土,使其表面减少蒸发量,防止混凝土面板表面迅速失水而产生干缩裂缝。

    本段混凝土在中午浇筑后,为防止阳光暴晒,虽然一部分采用遮阴棚,一部分采用了黑色塑料编织布覆盖,但在高温时揭走覆盖物而产生的表面迅速失水,就造成了水泥混凝土的表面蒸发的不均匀。水泥混凝土表面的迅速失水以及失水的速率不同,是该段产生干缩裂缝的一个重要因素。

    2.3.冷缩裂缝

    在提出这个问题时,有人会感到奇怪。在夏季施工时怎会产生冷缩裂缝呢?实际在特定的条件下,人为造成大温差,使表面迅速收缩,产生拉应力造成断板。

    和一般材料一样,水泥混凝土具有热胀冷缩性能,混凝土板块的热胀冷缩都是在相邻部分或整体性限制条件下发生的,故热胀属于变形压缩,而冷缩则属于拉伸变形很容易开裂。

    水泥的水化过程是一个放热过程。在混凝土硬化过程中释放大量热能,致使温度上升,在通常温度范围内,混凝土温度上升1℃,每m膨胀0.01mm.这种温度变形对大面积板块极为不利。

    有资料表明,水泥水化过程中的放热速度是变化的,初始较慢,25min 后增温,大约在终凝后12h的水化热温度可达80-90℃。使内部混凝土产生显著的体积膨胀,而板面温度随着晚上气温降低,湿水养护而冷却收缩,致使混凝土路面内部膨胀,外部收缩,产生很大的拉应力。当外部混凝土的受拉应力一旦超过混凝土当时的极限抗拉程度时,板块就产生裂缝后横向断裂。此外,从最高温度降温,由于受到已有基层或已硬化混凝土的约束力,在温度下降时,就不能自由收缩,就要产生裂缝,这种裂缝大多是贯通路面的。

    当板温均匀下降时,其温度差引起的应力可用下式计算:

    板中:σx=ErαΔTP/(1-μc)

    板边:σx= -ErαΔTP

    式中:α— 混凝土的线膨胀系数,一般为1×10-5

    p — 因温度应力作用时间长,考虑徐变影响的应力松弛系数,一般取2/3;

    ΔT— 温度差;

    μc — 混凝土各龄期的泊松比,设为0.15;

    Er— 混凝土各龄期的弹性模量(MPa)。

    本段混凝土在施工完成后加塑料布覆盖,由于气温高再加上水化热的作用,混凝土表面温度以达到65-75℃,而施工人员在这种情况下把塑料布揭去人为造成混凝土表面温差,查当时最高气温为35℃,以65℃来计算,其温差为35-65=-30℃,根据公式,查有关资料:

    在Er=2.5×104Mpa;ΔT=-30℃时,则板中的温度应力为:

    σx=2.5×104×1×10-5×(-30) ×2/3/(1-0.15)=-5.88MPa

    一般混凝土抗弯拉强度仅为抗压强度的1/8-1/7,即为4.38-5.0Mpa,本段水泥混凝土设计抗弯拉强度为5.0Mpa,可见气温骤降30℃的温度应力在短时间内超过混凝土的设计抗弯拉强度,板块的横向裂缝已不可避免。

    2.4.切缝不及时

    由于高温季节施工,又是在覆盖升温的情况下,应加强观察提前进行切缝,使混凝土内部的拉应力释放在切缝端。

    该水泥混凝土路面施工没有采用真空吸水工艺,再加上夏季施工外加剂中掺有缓凝剂。正常是在下午开始施工,当板面成活后,在当时温度条件下一般都要在16-18小时才可以切缝,而该段混凝土路面在施工过程中由于在上午施工,经过中午烈日高温影响,再加上人为覆盖增温,因此混凝土板强度形成较快,作为施工人员,应当随时注意观察,一旦强度允许,及时切缝。

    2.5.施工人员经验不足,遇到问题处理不当

    笔者认为,在当时已用塑料布覆盖的情况下,如果不是揭去覆盖物而是既然已使用就暂时不动,让混凝土在高温情况下继续保持湿润,那么塑料布就会保证混凝土表面不至于迅速的大量的失去水分,同时也不会产生较大的温差。施工人员应加强观察,在高温高湿情况下混凝土强度上升很快,及时切缝,这样就可以减少断板,甚至不断板。

    3.综上所述,该段混凝土产生连续断板的因素是多方面的,而且是相互作用的。因此,通过这次问题的出现,给了我们以下的启示:

    3.1.夏季施工,必须避开高温时间,这是防止裂缝和断板的最有效的方法。

    在这段问题出现之后,后面的工程都采用了午后3-4点开始施工,一直施工到深夜的时间段,再加上其他措施得当,施工了3万多平方米的混凝土路面目前尚未发现一块断板 .

    3.2.对已完成的混凝土板面,应注意防止表面失水太快,形成干缩裂缝,一般都是采用喷洒养护剂及遮雨棚防止曝晒的形式来避免。

    3.3.防止冷收缩,特别在施工中突然遇到雷阵雨气候的情况,应及时采取措施,对已形成强度的混凝土板应加快切缝进度,减少冷收缩裂缝的产生(这也是GBJ97-87规范附录三中规定的)。更不要人为的造成温差,要做好保温保湿工作。

    3.4.要根据不同情况,及时作好混凝土板面切缝工艺,并保证一定的切缝深度,使切缝部位足以释放混凝土板内部产生的拉应力,不至于产生断板现象。

延伸阅读:新建 混凝土 路面
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