探讨水泥砼路面断板原因与解决方法

发布时间：2022-10-05 10:07 热度：

　　摘　要:本文分析了水泥混凝土路面断板形成的原因 ,并提出了相应的防止措施。混凝土板块断裂是水泥混凝土路面长期存在的问题。通过几年来施工 ,并且同有多年施工经验的老工人和施工技术人员进行切磋 ,总结出断板产生的主要原因及防止措施。

　　关键词：公路工程 水泥砼路面 断板 解决方法

　　1　水泥砼路面断板的原因

　　水泥混凝土路面产生断板后，对路面的使用品质及行车安全和舒适性都会有较大的影响，断板数量的多少是评定路面的主要依据之一，混凝土面板一旦产生断板，其它病害就会伴随发生，如错台，脱空，裂缝，拱起，等等破坏。对于裂缝较宽的断板，如果不及时进行处理，会促使水泥混凝土板发展成为破碎板，严重破坏路面，使路面丧失承载能力。温度应力和荷载应力超过砼的抗弯拉强度,水泥砼路面板就会产生断裂并发展为断板。水泥砼路面断板是指水泥砼板产生横向或纵向贯通裂缝,致使板块产生整体断裂现象。下面从内因和外因2个方面进行分析。

　　1.1 内　因

　　引发水泥混凝土路面出现断板的原因很多。水泥砼路面面板是一种用水、水泥、碎石和砂按一定比例混合而成的堆聚结构物,在制作和硬化过程中,由于物理、化学作用产生拉应力,这是产生早期裂缝的内因,即在路面成型后,硬化初期出现裂缝和断板。原因之一是水泥的水化反应。水泥与水刚接触时迅速而短暂的反应,可在几分钟内使放热量达到最大值,然后迅速下降。水泥与水混合后6~8h,放热量又增至最大值,砼内部温度可达40~70℃,这一温度时高时低的过程,使砼因温度应力作用而产生变形。这一作用重复发生,一旦其温度变形速度超过砼的徐变速度,就会出现裂缝。原因之二是水泥石的干缩。砼硬化前,由于内部骨料的不断沉积及混合料还未获得强度,砼仍处于塑性状态,迅速失水引起表面干缩而导致断裂,水分蒸发使砼因塑性变形而使其表面或内部有形成裂缝的倾向。

　　1.2　外　因

　　1.2.1　设计原因

　　一般说来,设计方案不当是影响工程质量的直接原因之一。

　　1)路基不均匀沉降。水泥砼路面是永久性建筑,它需要有足够强度、刚度和整体稳定性的路基作保证,路基整体稳定性差是水泥砼产生裂缝的主要原因之一。

　　2)结构尺寸。由于设计时外业调查交通量不准，路基、基层、底基层的模量和材料参数选用不当等原因而使路面厚度偏薄，就会使路面寿命缩短，过早地出现开裂断板;同时路面的平面尺寸不合理、防冻厚度不足也是造成路面断板的主要原因之一。

　　3)材料。选用不合理的材料,使水泥砼收缩过大, 混凝土产生碱—集料反应或抗冻融差等耐久性问题导致水泥砼板断裂导致水泥砼板断裂。

　　4)路基排水设计不健全,使路基范围内的地表水不能及时排除,甚至长久积水。路面内相对湿度较高,在周而复始的高低气温作用下,面板出现不同程度的变形,经荷载作用,导致路面断裂。

　　1.2.2　施工原因

　　施工不当是水泥砼路面断裂的又一直接原因,主要有以下几方面:

　　1)水泥砼路面厚度达不到设计要求。

　　2)路基及基层整体强度和稳定性差。

　　3)施工工艺不当。①砼拌和时间不合理,集料温度过高;②振捣时间不合理,振捣不到位;③传力杆安装位置不合理;④养生不及时或养护方法不当,造成砼干缩裂缝;⑤未及时切缝及切缝深度不足;⑥施工时日温差过大;⑦下承层平整度差。

　　4)配合比不当。如矿料级配不好或材质不均匀,造成自身强度低;水灰比大,造成水泥和水的用量增大,从而使水化热增大,砼的膨胀增大,待温度下降后砼收缩加快,断板的几率直线上升。相反,若水泥用量低,也会造成路面强度下降。

　　5)单质材料选用不合适。首先,水泥是砼的胶结材料,它的品种选择是材料中的关键,直接影响砼的造价和质量;其次,矿料级配、针片状、含泥量及有机质含量不适当。

　　1.2.3　环境因素

　　水泥砼浇筑时,温度、湿度和风速对砼板的收缩有直接影响。温差变化大,会产生温度收缩应力,使砼板在薄弱断面产生过大的应力集中而出现断板。

　　1.2.4　车辆超限运输

　　根据现行水泥砼路面设计参数,水泥砼路面按使用初期设计车道,每日通过的标准轴载作用次数分为特重(>1 500次)、重(200~1 500次)、中等(5~200次)、轻(<5次)四级,其路面板厚度分别初估为>25 cm(特重)、21~23 cm(中等)、<21 cm(轻)。现在二级路砼路面设计厚度一般为22 cm,一级路设计厚度为24 cm。行驶其上的超限货车轴载质量每增加1倍对砼板的破坏系数增加16倍。

　　1.2.5　过早开放交通

　　水泥砼路面改建工程一般是在原有道路基础上改造而成,由于现有道路运输较为紧张,彻底中断交通不太可能,一般实施路面半幅施工。由于地方利益的驱动,有的完工路段未达到规范强度要求就开放交通,造成砼路面早期强度破坏,为砼路面后期断板、碎板埋下隐患。这是目前砼路面出现断板的最重要外在因素。

　　2　水泥砼路面断板预防措施

　　2.1　设计方面

　　公路路面设计必须由资质合格的设计单位根据工程性质、公路等级、使用要求和建设单位要求,到现场实地勘察后进行。对当地的地质、筑路材料来源及时进行周密调查,并充分考虑交通发展情况,初步拟定路面设计方案后上报建设单位。由建设单位(或设计监理)对设计方案进行系统论证,确定较为合理的路面设计方案。避免因设计方案不当,造成在设计使用年限内由于交通量快速增长及超重载车辆增加使面板破坏。值得一提的是,地质条件较差、路基填挖交替频繁的路段(包括旧路拓宽填方大的路段)不宜设计水泥砼路面。旧路拓宽时,若填挖小的路段经填挖后按规范要求的压实度碾压,重新填筑的路段路基的整体稳定性有了保证,方可以设计水泥砼路面。设计中应注意以下几点:

　　1)水泥砼路面要求基层和垫层刚度大、整体性及稳定性好,以免下承层出现空洞或错台现象。二级(含二级)以上公路应采用水泥稳定粒料及工业废渣稳定粒料基层,二级以下公路可采用石灰土、二灰土等基层。同时,路面结构厚度应满足防冻要求。

　　2)水泥砼路面面层是路面结构的重要层次,是主要承受车辆荷载作用的结构层,应具有较高的强度、较大的弹性模量,其弯拉应力必须大于水泥砼的极限抗拉应力,这就要求水泥砼面层具有足够的厚度。其厚度的拟定必须按水泥砼路面设计规范要求并结合远景交通量进行周密计算确定,路面边缘应设补强钢筋。

　　3)选用适合当地环境、满足质量标准要求的原材料。

　　4)加强路基排水设计,将路基范围内的地表水引出路外,使地表水及地下水不会侵蚀路基路面。

　　2.2　施工方面

　　1)铺筑路基时要层层严格把关,密实度要百分之百合格。摊铺砼前,在基层上均匀地洒1~2次水,保持基层湿润、平滑。

　　2)严格把住材料质量关。水泥砼路面所用的水泥、砂、碎石和水等材料都要通过试验,各项指标都应达到规定要求,要采取合理的级配。

　　3)加强对混合料拌和质量的控制,保证各种材料配合比和外加剂掺量的准确性。保证混合料的拌和时间,使拌和的混合料保持同样的稠度。在运输时,高温天要加盖保护,防止混合料水分散失。另外,摊铺、振捣要密实、均匀,并及时铺面层。

　　4)切缝时间的控制至关重要,早了,缝的质量不好,晚了,不好切,且易断板。一般切缝时间控制在250~300℃·h(浇筑后的时间与日平均气温之积),宁早勿晚。应注意的是,白天铺筑的一般须在第二天凌晨温度降至最低之前切完,因凌晨温度最低,板块收缩最厉害,最易断板。如果气温突然下降,而切缝时间还不到,要采取保温措施,加盖草袋或苫布等,否则极易发生断板。

　　5)切实搞好养生,初凝前先用湿麻袋封盖,初凝后再用湿麻袋覆盖,养生时间在21 d以上。养生期不到不准开放交通,使砼得到极好的保护。

　　2.3　环境因素方面

　　砼路面板无论是在施工期还是在养护阶段,始终暴露于大气环境中,其水分损失受温度、湿度和风速等气候条件的直接影响,砼所处的周围介质的相对湿度对收缩也有很大影响。延长湿养护时间,可推迟干缩的发生和发展,但对最终的收缩率并无显著影响。风速对砼干缩的影响非常大,风速越大,砼板的水分蒸发速度增大,干缩速度加快。当风速增大到一定程度时,砼路面板的施工就要受到限制,并采取加盖挡风棚等措施,避风遮阳。

　　除采取上述预防措施外,还应严格控制超载车辆的使用,杜绝过早开放交通。

　　3　水泥砼路面断板的常用处理方法

　　1)将板块沿裂缝按一定宽度划线,将划线内部分整齐凿出,检查裂缝处基底有无问题。处理好后,将砼侧壁凿出直径4 cm、深约10 cm、水平间距30~40 cm的孔洞,埋入直径18~20 mm、长约20 cm的Ⅱ级钢筋。封堵孔洞,将凿出的槽润湿,用超早强微膨胀水泥砼或快凝砼浇捣,进行表面处理。

　　2)裂缝不很规则又很大时,可划出一定范围,将砼面板凿去5~8 cm深,清理干净,配一层钢筋网。钢筋网必须覆盖裂缝,并在每边留有一定宽度,湿润后用砼浇捣进行表面处治。

　　3)裂缝很大时,把断裂的整块板凿除,配双层钢筋网,重新浇筑砼。

　　4　结　语

　　实践证明,只要采用正确的预防措施,水泥砼路面的断板率就会大大减少。这对于保证水泥砼路面施工质量,延长砼路面的使用寿命十分重要。

　　参考文献:

　　[1]　水泥混凝土路面修补技术[M].北京:人民交通出版社,2006.

　　[2]　JTG D40-2002,公路水泥混凝土路面设计规范[S].