水泥路面防裂断方法的探讨

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摘要:针对当前农村公路水泥路建设过程中出现的断板现象,本文通过大量工程实践和裂断过程试验,根据温度应力不超过混凝土早龄期强度的原理,提出用板温控制确定锯缝时机的方法,对水泥路面防裂断方法进行了有益的探讨。

Abstract: Based on the phenomenon of broken plates in the construction of rural cement road, this paper through a large number engineering practice and breaking process testing, according to the principle of the temperature stress not more than the concrete strength in early age, proposed the method to determine the sawing seam opportunity using the board temperature control, and discussedthe method to prevent concrete pavement cracking.

关键词:水泥路面;防裂断

Key words: cement pavement;prevent cracking

中图分类号:TU37 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)26-0074-01

0引言

混凝土路面开裂的主因有:收缩开裂,包括冷缩和干缩;动荷载(车辆荷载)作用下的疲劳破坏而开裂。其中疲劳破坏除车辆荷载作用外,也与板体内收缩拉应力有关。因此,要防止开裂,关键在于降低混凝土拉应力。混凝土内部的收缩拉应力主要取决于混凝土的收缩和外部限制条件。从扩散速度看,干缩比冷缩慢,其量值也大大小于冷缩,通过加强养护,干缩的影响还可以进一步消除。因此本文主要讨论冷缩产生的温度应力的影响。从我市农村公路水泥路面建设的大量工程实践表明,弄清施工早龄期混凝土的温度应力的性质用以指导混凝土路面施工,防止施工断板,具有重要意义。及时锯缝以释放混凝土的温度收缩应力,是防止施工断板最有效的措施。实际工作中常用温度时间和强度控制法等确定锯缝时机,但由于混凝土凝结过程受本身性质和湿度、气温、风速等多种因素影响,所以不易掌握;如果太早,混凝土强度低缝槽被锯缝机打成不规则毛边;如果太晚混凝土早龄期温度裂缝己形成,易造成施工断板。因此,提出简易合理的确定锯缝时机方法就显得非常必要。

1水泥砼路面收缩开裂机理

在强限制条件下,砼收缩变形会引起内部很大的弹性拉应力,此应力随着砼弹性模量的增大和收缩量的增加而增大,收缩徐变作用一定程度上可以减少此种应力,但徐变松弛后的拉应力增长超过砼抗拉强度时,砼路面就会开裂。由此可以得出控制砼路面开裂的主要条件为:砼自身冷缩和干缩,水泥砼路面面层与基层间强大的限制条件。

2水泥砼路面防裂技术

防止水泥砼路面开裂的两个途径:降低砼收缩量;减轻层间限制,将强限制转化为弱限制。这两种途径均能大幅降低砼路面板内的收缩拉应力,防止路面开裂。

2.1膨胀补偿收缩技术该项技术在许多工程项目中被采用,主要用于砼的防裂、自应力、防水、防渗等,在路面工程中运用还很少,但其作用原理是一致的,形象地说就是用“膨胀”来“补偿或抵消”砼的“收缩”。这主要靠膨胀水泥和膨胀剂来实现,目前市场上有许多产品可供选用。

2.2 层间减摩方法消除层间粘结剪应力的方法很多,如涂油、垫砂、铺油毡等。层间铺砂的办法在规范修订时予以取消了,主要原因在于:麻烦、费时费力;面层砼浇注时漏浆,砂与砼融为一体,靠砂隔离的设想难以实现。铺油毡可以完全隔离,但油毡厚度太大,影响面层与基层的结合,对荷载传递或协同受力不利,且费用高,不宜于大面积推广。通过对比,我们推荐采用塑料薄膜隔离的方法,施工简便,既起隔离作用,又不影响层间传力效果,价格也便宜。此法已在国内多个工程中采用,效果良好。

3路面锯缝时机的确定

施工阶段温度应力大于砼抗拉强度时就可能发生施工断板。分析砼凝固过程中的抗拉强度,与温度应力对比,判断发生断板的条件,最后用温度确定锯缝时机。

3.1 砼板凝固阶段的温度特性和一般材料一样,水泥砼具有热胀冷缩性能,砼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。在砼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,砼温度上升1℃,每m膨胀0.01mm。这种温度变形对大面积板块极为不利。在水化热、气温和日光辐射的作用下,板温随浇筑时间不同在不同时刻出现峰值和谷值。以砼浇筑时间为0计,对于525水泥来说,0～6小时、12～20小时为升温过程,6～12小时为降温过程。这是一个具有规律性的现象。如果暂不考虑翘曲应力和胀缩应力,6～12小时砼板处于降温收缩状态,容易发生裂缝。

3.2 砼板凝固阶段的强度特性资料表明,砼早龄期强度以10～12小时增长最为缓慢,抗裂能力的增长也最慢。由早龄期砼抗拉弹性模量的增长规律并对比上下午浇筑的砼抗拉弹性模量,下午浇筑的砼处于降温区间,模量值比上午低,在第10小时低2倍以上,对降低砼的温度应力有利,这一点回答了施工单位普遍反映的上午浇筑砼为什么容易发生施工断板的问题。

3.3 砼板的合理锯缝时机综上所述,可以认为第10小时是容易发生断板的控制时间。而容易断板的季节是在板内温度梯度较大的热季,因此编制出热季每天24小时气温与平均板温之间的典型关系,求出气温与板温的平均差值。利用气温变化曲线的规律性,根据当日预报的气温和浇筑水泥砼的时间,推出第10小时的板温作为控制锯缝的温度,从而求出锯缝时机。原则是:求出第10小时板温后,如果板温有继续升高的趋势,则温差还要增大,需要立即把砼板锯开;如果板温在下降,则温差不会再增大,只要在次日再次升高为第10小时的板温之前锯开砼板即可。

3.4 具体防治方法①由日气象预报预测施工开始时的气温T(t);②预测终凝时的板温。预测板温等于预测气温加上板温与气温的差。终凝时间一般不超过12小时。③将实测开始浇筑砼的温度T与第12小时的预测板温连线,求第10小时的板温为锯缝控制温度,从而求出合理锯缝时机。④上午浇筑的板当天锯缝,下午浇筑的板次日清晨锯缝,这是施工单位的常规做法。本文进行的定量分析从理论上说明了这种做法是合理的。以上提出的方法建立在温度应力不大于砼强度的理论上,由此方法推出的锯缝时机控制在砼浇筑后第10小时,这对早龄期强度增长较快的水泥是可以的,对强度增长较慢的水泥,锯缝时可能因砼强度不够而打坏缝槽边缘,需在施工中注意。从保证及时锯缝的角度,还是使用早期强度增长较快的水泥为好。

施工阶段的温度应力超过路面水泥混凝土强度是发生断板的根本原因。正确选择锯缝时机是防止断板的根本措施。本文根据温度应力不超过混凝土早龄期强度的原理,提出的用板温控制并求出锯缝时机的方法,简便易行,便于施工单位掌握。