水泥混凝土路面表面裂缝产生的原因及处理措施(1)

1水泥混凝土路面表面裂缝产生的原因及处理措施水泥混凝土路面是一种刚度大、扩散荷摘载能力强、稳定性强的路面结构。但由于在施工中水泥混凝土的原材料及配合比的控制未达到设计标准，施工工艺不规范。使得水泥混凝土路面道板出现了早期损坏，导致路面出现裂缝与断板，这就降低了路面使用性能，不能确保水泥混凝土路面的正常使用年限，不能发挥道路建设的投资效益。因此，需要对路面出现的裂缝与断板进行认真观测、分析、确定裂缝原因，制定切实可行的修补方案。一、裂缝分类与产生的原因水泥混凝土道面的裂缝，可分为表面裂缝和贯穿板全厚度的裂缝（简称贯穿裂缝）。（一）、表面裂缝水泥混凝土道面表面裂缝主要是由混凝土混合料的早期过快失水干缩和碳化收缩引起的。混凝土混合料是一种多相不均匀材料。由于构成混合料的各种固体颗粒大小、密度不同，混合料不可避免地会发生分层离析。1、泌水裂缝在路面水泥混凝土道面施工中混合料发生分层离析大2多是由于粗骨料在混合料中下沉，水分向上迁移，从而形成表层泌水。泌水的结果，使水泥混凝土道面表面含水量增加，经蒸发后混凝土表面形成凹面，此时混合料颗粒间产生较强的表面张力。当混凝土表面尚未充分硬化，不能抵御这一张力时，混凝土表面则发生裂缝。在混凝土浇筑后数小时，混凝土表面将出现大面积细微的龟裂。2、碳化裂缝当混凝土的水泥用量较低、水灰比较大时，空气中的二氧化碳易渗透到混凝土中，混凝土的碳化反应在空气相对湿度为30%-50%时最为激烈，此时混凝土的碳化收缩将引起混凝土表面龟裂。根治这类病害的方法是：在混凝土路面的混合料铺筑、振捣后，立即采用真空吸水工艺，此方法可以将混凝土中富裕的水分和空气一并吸出。这样既提高了混凝土强度又可控制混凝土表面的网裂病害。（二）、贯穿裂缝水泥混凝土路面贯穿裂缝为贯穿板全厚度的横向裂缝、纵向裂缝、交叉裂缝和板交裂缝。1、横向裂缝垂直与行车方向的不规则裂缝称为横向裂缝，导致水泥混凝土路面出现横向裂缝的原因较多，其主要原因有以下三方面。3（1）、干缩裂缝：在水泥混凝土中，水是以化学结合水、层间水、物理吸附水及毛细水等状态存在。当这些水再混凝土硬化过程中失去时，水泥浆体就会发生收缩，当收缩受到限制时而发生收缩应力时，才会引起混凝土的干燥收缩裂缝。水泥浆干缩的内部内部限制：主要来源于混凝土中的骨料对水泥浆的限制。在普通混凝土中，水泥浆的收缩率被限制了90%（或称水泥浆被占有了90%）。因此，混凝土内部存在着引起干缩裂缝的应力状态。水泥混凝土干缩的外部限制：主要是路面板块间或路面整体的限制，处于限制状态下的混凝土结构，只有当混凝土本身的抗拉应变与混凝土硬化干燥过程中的自由收缩应变不相适应时，混凝土才会发生裂缝。配合比：在混凝土中的水泥用量、集料粒径、细骨料含量等因素对混凝土的干缩都存在应响，但最重要的影响因素是混凝土的单位用水量。混凝土的单位用水量愈小，收缩就愈小。单在实际施工中，过小的单位用水量，往往满足不了混凝土路面施工的要求。因而在实际施工中，混凝土的现场拌和，是以塌落度控制水灰比、单位用水量。干缩裂缝引发的路面横向裂缝，出现在混凝土水化硬化的早期。有资料表明：水泥混凝土收缩量的14%-34%发生在水泥混凝土的14天龄期内。4（2）、冷缩裂缝（温度裂缝）：水泥混凝土具有热胀冷缩的性能，混凝土板块的热胀冷缩都是在相邻部分或整体限制条件下发生的，故热胀属于变性压缩，而冷缩则属于拉伸变形，很容易引起开裂。水泥的水化反映是一个放热的过程。在混凝土硬化过程中，释放大量热能，使温度上升，通常混凝土温度上升1摄氏度，每米膨胀0.01m。水泥水化反应的放热速度初始较缓慢，25分钟后增温，在水泥终凝12小时后，水话温度可达80-90摄氏度，使混凝土内部产生显著的体积膨胀，板面的温度则是随着空气气温而变化的。当外界气温降低时，板面冷却收缩。此时混凝土路面内部膨胀，外部收缩，因而产生很大的拉应力。当混凝土的极限抗拉强度小于此拉应力时，板块将出现裂缝或断板。施工期在高温季节内，当日平均温度约为35-40摄氏度，由于高温暴晒，未能采取越过高温时间段的施工措施，使得面层表面失水过快，而混凝土内部和底部大量水分却不能及时排出，由于水分的作用使混凝土上、下表面出现温差，在温度应力的作用下，使得混凝土表面出现横向不规则裂缝或断板。上述因素是混凝土路面出现裂缝或断板的主要原因。防治这类病害的方法很多，比较简单的方法是：在混凝土路面5的收水抹面后及时覆盖朔料布，根据施工期气温情况确定覆盖时间。此方法可以解决混凝土早期养护用水，并使此时的混凝土内、外部温差较小。这就避免了混凝土早期断板的病害。（3）、切缝不及时的原因水泥混凝土路面缩缝（横缝）切割时间应视施工期温度而定，当气温在30摄氏度时，切缝时间应在混凝土浇筑的12-15小时后进行。采用真空吸水工艺时，切缝时间可在混凝土浇筑5-7小时后进行。当施工气温在20-25摄氏度时，切缝时间应在混凝土浇筑15-21小时后进行。采用真空吸水工艺时，可在混凝土浇筑8-11小时后进行。切缝深度应为混凝土路面厚度的1/4（厘米）。由于切缝不及时，切缝深度不足，导致混凝土表面出现横向裂缝或断板。（4）、养生不及时混凝土路面在硬化的初期内，需要大量水进行保湿养生。由于养生水不足或养生不及时，使混凝土表面暴晒失水，这是混凝土路面极容易产生横向裂缝或断板。（5）、板块分格应合理混凝土路面的板块分格应严格按设计的要求施工。设计规范规定：混凝土路面板块的长宽比不得大于1.3，板块面积不得大于25m2。6由于板块分格不合理，不能满足设计要求，混凝土路面将会出现横向不规则裂缝。2、纵向裂缝沿路前进方向出现的裂缝称为纵向裂缝。水泥混凝土路面的动力荷载传递顺序为面层、基层、路基。由于路基的填料土质、湿度不均匀，膨胀土、粘土压实度不足等多种原因，导致路基强度不均匀。当道路的基层和面层铺筑后，尽管道面传到路基顶面的荷载应力很小，只要路基稍有不均匀沉降的现象出现，在板块自重和行车压力作用下将产生纵向裂缝。开始裂缝很小，一般小于0.05mm,但随着雨水侵入使基层软化、液化，而产生唧泥、淘空，使裂缝加大。纵向裂缝的防治原则是：在新筑路基或旧路加宽改造时，要严格按着新筑路基或旧路拓宽改造的施工程序实施，确保路基的稳定性，并在混凝土路面浇筑之前严格检查基层顶面回弹模量是否符合规范要求。使之控制纵向裂缝的产生。3、交叉裂缝水泥混凝土在拌和、运输、振捣、凝结、硬化的过程中始终存在着水泥的水化反应。水化反应可分为：初始期、休止期、凝结期及硬化期四个阶段。水泥水化反应在混凝土发生升温和降温过程中产生体积的胀缩变形，在内部骨料及外部边界条件约束下使混凝土的自由胀缩变形受阻，而产生拉7压应力。由于安定性不足的水泥中残存着一些过烧的Cao和Mgo,它们的水化速度较慢，往往是在水泥硬化后再水化，引起水泥浆体积膨胀、开裂甚至溃散，在浇筑后的混凝土路面上出现大面积龟裂。因此，在水泥混凝土路面施工中要严格控制水泥的质量，严格按混凝土的设计配合比操作，保证混凝土强度。4、板角断裂与混凝土板角两边接缝相接的贯穿板厚的裂缝称为板角断裂。板角是混凝土路面的薄弱部位，由于板角很难振捣密实，板角强度相对较小。相邻板角之间无传力杆，传荷能力较差。当车轮荷载作用在板角时很容易出现板角断裂。，预防板角断裂的措施：采用水稳性好的基层；横、纵缝填缝前要清理干净，填料要饱满；施工中板角、板边要振捣密实。二、裂缝与断板的修补措施1、一般裂缝此裂缝的处理可采用环氧树脂修补圬工工艺方法进行。详见“环氧树脂修补圬工工艺”。2、断板裂缝这类裂缝处理可视裂缝走向，确定切割宽度，切缝应与混凝土路面分格的横缝平行，切割深度为12厘米，将切割区内的原混凝土凿除并清洗干净，并将底部的裂缝凿成“V”8型槽，用环氧树脂胶拌和水泥砂浆灌实。然将槽底部用1：1水泥砂浆铺平，并放置方孔为5mm的钢丝网，再浇注抗折强度不小于4.5Mpa的细石混凝土进行振捣压实，经收水抹面后覆盖养生。细石混凝土中应掺配膨胀剂，其比例为水泥重量的15%。混凝土路面的裂缝或断板按上述措施修补后，应建立观测点，观测修补后的道路使用情况。附：混凝土路面修补工艺及参考表。环氧树脂修补砼工艺一、配合比工艺1、先将水泥、中（粗）砂与水按其设计配合比进行配制。2、将环氧树脂与稀释剂搅拌均匀。当环境温度低于20度时，可用温水溶法，（即将拌和物装入器皿内置入水中加温）使树脂溶化，加热温度不超过40度。3、将硬化剂加入已稀释的树脂溶液中，迅速搅拌。如使用间苯二胺（或乙二胺）作硬化剂时，应用温水溶法预先将硬化剂加热溶化，但温度不得超过65度。4、将加好硬化剂的树脂倒入拌和好的粗细填料中，将含有环氧树脂的砂浆混合物，边和拌边压入裂缝中。5、加入硬化剂后的树脂料，一般不宜加热。如气温过低影响操作或拌和时，间苯二胺（或乙二胺）有产生结晶析9出现象时，可用温水溶法稍微加热，但不得局部加热或加热过高，以防拌和物早期凝固。6、含有环氧树脂的拌和物，应在浅槽内拌和，便于及时散除化学热。环氧树脂拌和物的配合比为：水泥：砂：环氧树脂：间苯二胺（乙二胺）：水=1：3：0.25：0.02：0.45。本配合比为重量比。拌和物应在30分钟内用完。二、方法选用1、裂纹宽小于0.15mm,一般不作修补，必须进行封闭时，可涂二层树脂涂料；2、裂纹宽0.15-0.3mm时，沿裂纹凿一条外口宽20mm，深约3mm的“V”形槽，然后涂一层厚约0.2mm的树脂涂料，再用树脂砂浆修补平整；3、裂纹宽大于0.3mm时，沿裂纹凿一条外口宽20mm，内口宽约6mm，深约7mm的梯形槽，修补方法同2；4、圬工（混凝土路面）表皮剥落或大块混凝土脱落时，凿除松散砂浆或混凝土，涂一层厚约0.2mm树脂涂料，用树脂砂浆修补平整。二00五年八月九日