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【昆明水泥制品厂】水泥混凝土常见病害分析

来源:http://www.ygsnc.com/news/118.html       发布时间:2018-12-13

摘要:水泥混凝土路面是一种高级路面,具有强度高、承载力强、刚度大、稳定性好、养护工作量少等优点。根据目前国、省道及农村路网水泥混凝土路面建设比较普遍的情况,针对施工中出现的开裂、啃边、断板、沉陷、错台等质量病害,从水泥混凝土路面病害类型、产生的原因入手,分析建筑材料、混凝土配合比、水灰比、施工操作等对质量的影响,最后提出相应的预防对策。

关键词:水泥混凝土路面;病害分析;防治问题;探讨

前言

近十多年来,水泥混凝土路面建设发展迅猛,但工程质量并不尽人意,导致路面养护费用大大增加,为了能更好地控制水泥混凝土路面质量,下面就针对一些常见的水泥混凝土路面质量病害及防治问题进行浅析。水泥混凝土路面产生质量问题的原因除路基本身质量欠缺而影响到路面质量外,主要还有路面施工不规范及组成材料不合格的问题。

1.水泥混凝土路面病害的主要类型

1.1裂缝

1.1.1板角裂缝

在两缝交叉处的4块板角中1块或2块先出现断裂,断裂后的板角在重载作用下很快发展成严重破碎,并扩大至相临板角。

1.1.2纵向开裂断板

平行或大致平行路面中心线的纵向裂缝,主要发生在半填半挖或新旧路基结合处。

1.1.3沿纵向施工缝的破坏

发生在纵向施工缝的两侧,裂缝呈网状,主要是半幅施工、半幅通车的影响所致。

1.1.4网状裂缝

混凝土自身强度不够而发生的网裂。

1.2唧泥

板边缘和角隅下路基或基层塑性变形累积,而同混凝土面层脱离接触;接缝填封料失效,下渗的水积聚在面层下的脱空区内。荷载作用积水变成有压水,侵蚀基层并同基层内冲刷出的细料搅混成悬液,沿接缝喷溅出。久之,引起错台发生并导致板出现裂缝。

1.3错台

板底脱空较严重部位,接缝或裂缝两侧板面出现高差,接缝处仅有部分传递荷载能力。荷载作用时,带有冲蚀材料的有压水冲蚀基层,使板底脱空,板面由于基层材料被冲蚀,在荷载作用下而下沉,即形成错台。错台的出现降低了路面行车的平稳性和舒适性。

1.4沉陷

由于路基土沉降或固结所引起,特别是接近桥涵构造物处,回由于压实不足而产生。沉陷使路面平整度变差并导致板的开裂。

1.5拱起

在春季和炎热夏季,接缝处板块出现突发性的向上隆起。板收缩时接缝缝隙张开,填缝料失效,坚硬的碎屑落入缝内,致使板在受热膨胀时产生较大热压应力,板发生纵向失稳而出现拱起。拱起使路面平整度变差,而严重拱起会导致前后板块断裂。

1.6隆起

由于路基土冻胀或膨胀土膨胀而使板块抬起,严重时会导致板块断裂。

1.7接缝碎裂

邻近板纵、横向接缝约60厘米范围内,板边缘混凝土的开裂、断裂或成碎屑。

1.8填封料损坏

接缝填封料老化,同板边缘脱开、缺损等现象。纵缝由于未设拉杆而缝隙张开。由于填封料损坏和缝隙张开,水分易渗入而导致唧泥、错台、接缝碎裂等病害出现。

1.9其它

系由于水泥质量差(如安定性不合格)或使用矿渣水泥、脏集料、水灰比偏大、高温下施工水分蒸发快、施工过度抹面或施工结束遇雨、养生不及时等原因引起板面表层内出现的病害。

2.水泥混凝土路面病害的原因分析

2.1原材料不合格

1)水泥安定性差,强度不足 水泥中的游离氧化钙在凝结过程中的水化很慢,水泥凝结硬化还在继续起水化作用,当水泥氧化钙含量较大时,就会破坏已经硬化的水泥混凝土或使其抗拉强度下降。水泥强度不足也会影响水泥混凝土路面的初期强度,使裂缝、断板出现的机率大大增多。水泥的水化热高、收缩性大,也容易导致开裂和断板。

2)砂、碎石含泥量及有机质含量超标 水泥混凝土路面所用砂、碎石的含泥量及有机质含量超过规范的标准,就会造成水泥与骨料的界面粘结力不足,导致产生开裂。同时过量的粘土含量有降低混凝土面层耐热性能,增大局部混凝土收缩膨胀的趋势。

3)砂、碎石的粒径和级配较差 骨料粒径的大小和级配对混凝土中的干缩值有密切关系,级配良好的骨料空隙率小,砂的用量少,收缩值也相对减小。使用粒径偏细的砂,会使混凝土的收缩值增大,造成混凝土的离析,粗、细集料聚集,形成强度和变形的薄弱区域。

4)碎石针片状颗粒含量过多 针片状颗粒不仅本身容易折断,而且回增加骨料的空隙率,影响混凝土的质量。同时由于这些颗粒的回旋阻力大,对混凝土混合料的和易性有明显的影响[a]。

5)水及砂中有害杂质的腐蚀作用 有害杂质与混凝土产生反应生成易溶于水的物质,使混凝土被腐蚀,强度降低,在车辆荷载的不断作用下,遭到破坏[b]。

2.2混凝土配合比选用不当

1)单位水泥用量偏大;在混凝土中,水泥是收缩的主要成分。水泥用量过大,必然导致混凝土的收缩率增大,从而引起水泥混凝土路面裂缝。

2)水灰比偏大;混凝土中的拌合水分自由水和化合水两部分。化合水的作用是使水泥水解和水化,剩余的皆为自由水,它是为了满足操作的要求。自由水在混凝土硬化过程中逐渐蒸发,使混凝土内部形成空隙。施工时采用较大的水灰比,是为了满足和易性的要求,但是偏大的水灰比增大了水泥混凝土初期在骨料表面的水膜厚度,在混凝土中形成空隙,从而影响了混凝土强度。但水灰比偏小时,因和易性差,影响施工操作,也难以振捣密实,使混凝土强度降低。因此要严格控制水灰比。

3)砂、碎石用量偏大;在现场施工中,虽然有试验室出具的混凝土配合比试验报告,但施工单位为了追求经济效益,在业主、监理监督不力的情况下,随意增加砂、碎石用量,从而影响了混凝土强度。

4)施工中计量不准确;混凝土的配合比设计是根据水泥混凝土路面的强度、耐久性、耐磨性以及施工要求的和易性来确定的。计量误差允许:水泥1%,粗骨料3%,水1%,外加剂2%[c]。施工中若不准确计量各种材料,就会影响砂石料的级配和混凝土配合比的准确性,导致混凝土的强度和密实度难以达到设计要求。长期在日光下暴晒的过干骨料,会大量吸收拌和用水而影响水灰比的准确性,从而影响混凝上强度。因此,应配备自动计量设备,禁止用体积法计量。

5)砂石材料含水率的测定;砂石材料的合水量是随气候变化而变化的。施工中住往根据设计而不考虑这一因素,从而使水灰比失去控制。事实上,在施工现场要在每班开工前及天气变化时,对砂石材料进行含水量的测定,及时对水灰比进行调整。

2.3基层的施工质量较差

1)基层的标高控制不好;造成混凝土面层的厚度厚薄不一,过薄或厚薄交界处将成为薄弱断面,在混凝土收缩时,难以承受拉应力的作用而产生裂缝、断板。

2)基层平整度差;这会增加基层与混凝土面层的摩阻力,容易造成在薄弱部位开裂断板。

3)用松散材料调整基层标高;会使面层的混凝土中的水分和砂浆会下渗到基层松散材料中,使面层混凝土下部变为疏松,造成混凝土强度下降,整体强度不均匀,较弱部位的面层容易开裂、断板。

4)基层干燥;造成基层吸收混凝土中的水分,使面层底部的混凝土失水,影响混凝士强度,导致裂缝断板。

2.4气候影响

水泥混凝土路面相对于结构混凝土的蒸发表面积要成倍的增大,因此,受气候的影响及表面温度变形也相对大得多。

1)高温气候影响;促使混凝土水化热在较短时间内集中产生,造成混凝土强度裂缝,而且高温照射下的混凝上集料,蕴含大量的热能,使得混凝土入模温度过高,加剧了已浇筑混凝士早期热量的增加,进而影响混凝土内部应力应变的平衡,形成裂缝。

2)干燥气候的影响;当大气温度较低、外界水分不能及时得以补充时,混凝土表面水分的丧失,将很快造成表面的干缩裂缝。

3)温差的影响;当外界气温变化较大时,混凝土内部的温差将进一步增加,温差梯度达到一定值时,混凝上的温度应力将造成路面板沿较小断面的开裂。

2.5施工工艺和安排等原因

2.5.1施工工艺原因

1)混凝土拌制不均匀,造成混凝土拌和物“夹生”,粗、细集料聚积,造成混凝土凝结硬化过程中的应力集中现象。

2)混凝土振捣不均匀,尤其是人工浇筑振捣施工工艺,受人的主观意识的影响,过振、漏振现象难以避免,造成混凝土密实性不均匀,靠面层砂浆厚度相差过大,极易形成区域性开裂。

3)混凝土拌和时,如果水泥或集料温度过高,在冷却、硬化过程中会因温差收缩加大,导致开裂。

4)传力杆安装不当,上下翘曲。

5)采用真空吸水工艺时,如果因两吸垫之间未重叠而导致漏吸,则漏吸处水灰比两侧大,混凝上强度较低,收缩也大,易形成薄弱环节而开裂。

6)人工及三辊施工时,提浆过厚使得路面混凝土表层稀浆厚度过大,造成表面干缩裂缝。

7)早期养护不及时或养护方式不当,不能及时补充或阻止水分的蒸发,造成混凝土表面开裂。混凝土的结构和强度的形成及增长有一个过程,并需要有一定的温度和湿度条件。如不及时养护,会影响混凝土水化作用的正常进行和水化物的生成,从而影响混凝土的强度。

8)一盘中多余的混凝土在浇筑间歇摊在基层上面,对于在工作间歇遇到一盘多余的混凝土摊铺在基层上的做法,这是不允许的。但在工作中确实也碰到过,特别是在低等级公路的砼浇筑中较多。

很显然,加了这一薄层使面层厚度减少,且薄层未经振捣结构强度低,由于这一薄层的存在势必影响面层的强度[d]。

2.5.2施工安排不当

1)施工车辆过早通行。由于受到地理环境的限制或混凝土养生的需要,在混凝土面层强度不足的情况下,由于车辆过早通行,产生荷载应力,造成路面的纵向开裂。

2)相邻板通缝对新浇筑路面板产生诱导裂缝,甚至断板。

3)混凝土浇筑间断,再浇筑时未进行施工缝处理。

4)不良地质地段,路基沉降未稳定前,过早铺筑水泥混凝土路面,极易产生路面的断裂。

5)切缝不及时,或切缝深度过浅,造成混凝土内应力集中,是形成早期横向断板的主要原因[e]。

2.6边界原因

1)在双幅路面施工中,已浇筑一幅的缩缝在另一幅未开始浇筑前已经贯通,当气温下降一定幅度时,断裂的缩缝随两边混凝土收缩,这样后浇筑还未切缝的混凝土受到较大的拉应力,而这时的强度还较低,当拉应力大于混凝土的初期抗拉强度时,就会在先浇筑板缩缝对应位置另幅板产生不规则裂缝。

2)如果基层已经产生裂缝,裂缝两边的基层在气温下降时收缩,由于摩擦力的作用,同样也会带动上面初期混凝土面板的开裂断板。

2.7材料及施工原因

2.7.1混凝土脆性原因

受当前水泥性能的影响,混凝土脆性的降低较难实现。据有关资料介绍,当混凝土的脆度系数(抗压强度与抗折强度之比)降至5.7以下,混凝土即具有较好的塑性。混凝土脆性将损害路面混凝土结构承受来自竖向重力、水平冲击力及抵抗膨胀温度产生的应力的能力,无疑会增大路面断裂的可能。

2.7.2路面抗滑构造制作原因

混凝土的抗滑性能有赖于宏观抗滑构造与微观抗滑构造的共同作用。就宏观构造的形成而言,采取横向刻槽、拉毛等方式,都不失为一种有效的纵向抗滑措施。但是,一些施工单位为了强调感观上的良好视觉,不惜以加大提浆量来达到抗滑构造深度及边缘规则、表面光滑的感观效果,这种作法不仅严重削弱了路面侧向抗滑微观构造的作用,降低了面层混凝土的耐性能,而且由于砂浆厚度的增加,加剧了表现收缩裂缝的趋势,实为得不偿失。

2.8设计不当

一些水泥混凝土路面病害现象的产生,虽然是在施工过程或工程完工后的运营阶段表现出来的,但分析其原因,仍与设计方法及设计时考虑不周有关,以下列举三个方面的问题,以供参考。

1)胀、缩缝及切缝填料选择不当;这将造成外界水沿缝隙下渗基层,基层排水不畅,形成卿泥现象,并导致路面断裂。

2)路面跨越刚性结构物时,配筋不足;在结构物两侧路基填土残余沉降影响下,路基与面层脱空,造成路面断裂。

3)设计理论缺陷;在当前水泥混凝土路面设计理论的影响下,忽视了运行期间路面板块的“活板”形态及其受力特性[g]。

3.水泥混凝土路面裂缝防治对策

混凝土的主要病害就是裂缝,以下对裂缝的防治进行阐述。

根据混凝上裂缝专家周铁梦的论述:“混凝土的裂缝是不可避免的,但有害程度是可能控制的”;另外著名混凝土专家蒋之切、韩素芳也在论著中指出:“混凝土裂缝为混凝土病害的主要表现之一,混凝土结构物的裂缝与材料性质、地基基础结构约束状态,施工工艺等许多因素相关” [h]。

混凝土专家们的研究说明了混凝土裂缝的普遍性与必然性,同时也指出了防止混凝土裂缝的可能性与必要性,对于路面混凝土这一不同于普通结构物受力特性的混凝土也同样适用。

3.1材料选择与配合比设计

路面混凝土因主要承受竖向荷载的作用,其受力特性以抗折强度为主,而影响混凝土抗折强度的主要因素有:混凝土水泥用量、水灰比、粗集料粒径粒形及水泥品种、性能、外加剂的品种、掺量等,在上述材料确定后,混凝土配合比的优化选择、混凝土的拌制方法、浇筑工艺、养护状态,则是保证混凝土强度形成的关键。因此,从路面材料的选择及配合比设计的优化着手,应注意以下几个方面的问题。

3.1.1水泥的选用

除水泥混凝土路面专用水泥——道路硅酸盐水泥外,宜选用的水泥品种有:硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。水泥强度等级宜为设计抗折强度的10倍左右。选用时,除考虑水泥品种、强度等级外,还应注意水泥的含碱量(一般情况下,不大于0.6)及水泥中混合材料的种类、掺量等[i]。在水泥使用于浇筑水泥混凝土路面时,宜进行水泥的安定性、强度、凝结时间等自检试验,只有自检符合国家规定的各项技术指标后,方可投入工地使用。

3.1.2集料的选择

从粗骨料对水泥混凝土强度的粒径效应方面考虑,用于混凝土路面的粗骨料的最大粒径,不宜大于40mm,且宜采用连续级配的碎石,细集料宜采用中粗砂,其细度其数定在25m以上。在提高混凝土耐疲劳极限方面,砾石仍优于碎石,小粒径骨料优于大粒径骨料。而影响温度变形的主要因素是石料的种类(可选用碱性石料、酸性石料,石英岩较差)、砂浆的总量以及碎石的总表面积[j]。

3.1.3外加剂及混合料

外加剂已成为混凝土混合材料的必备成份,外加剂依品种不同,能够改变和提高混凝土路面的某些性能。外加剂的用量一般不超过水泥用量的5%。就增强混凝上温度变形能力而言,掺入引气剂将在保持混凝土高强度的同时,可以降低混凝土的温度变形量,因而有助于混凝土板块的抗裂能力。混凝土中加入混合材料(如粉煤灰、硅灰等),能够较明显地减少混凝土水化热,有利于防止混凝土因温度应力产生的破坏。但是,应当注意任何混合材料的掺入必须通过试验确认其对强度、耐磨性、抗冻性等指标的影响。

3.1.4配合比优化

水泥混凝土路面的配合比,除满足强度耐久性、经济性指标外,更重要的是应满足水泥混凝土路面不同施工工艺的技术要求,在对混凝土工作性有重要影响的各项参数中,控制混凝土拌和物坍落度、选择适宜的砂率、确定合适的混凝土含气量以及较小的坍落度损失,是保证混凝土正常施工的关键。

3.2合理选择施工工艺

良好的路面质量是通过严格的施工质量控制来实现的。无论是机械施工,还是人工摊铺,都必须重视施工工艺与施工过程的选择和控制。总体而言,水泥混凝土路面的施工工艺与施工过程控制应注意以下几点:1) 尽量采用机械化施工,并注意机械的配套和能力匹配;2) 严格控制路基施工质量;3) 尽量减少半幅施工、半幅通车的现象;4) 在浇筑砼前,应将基层浇湿,防止基层吸食面层水分;5) 正确选择水泥混凝土路面的浇筑时间,降低混凝土的入模温度;6) 避开高温气候施工;7) 严格控制振捣方法和振捣时间,避免漏振及振捣不均匀;8) 保证施工作业过程的连续性,在合理原则基础上尽可能地缩短工序之间的间隔;9) 采用二次抹面,以减少表面收缩裂纹[k];10) 加强早期养护,防止面层失水过快,防止砼表面水份蒸发而干燥;11) 及时切缝,保证切缝深度;12) 规范胀缝、缩缝制作工艺、准确定位传力杆及拉杆设置位置;13) 及时处理基层的裂缝,防止反射到面层,使面层断裂。

4.水泥混凝土路面其它病害防治对策

4.1路面起砂磨损和露骨

路面磨损甚至露骨除了与砂石材料中的含泥量及砂偏细等有关外,还与水泥有关。由于水泥稠度指标达不到,保水性较差,泌水较为严重,使路面起砂磨损现象很严重。其次,路面浇筑中,提浆机如使用过多,由于提浆机振动频率大,使面层砂浆过厚,也易造成起砂和露骨。

防治对策:选用符合要求的骨料、中粗砂及水泥,路面振捣要避免过振,防止面层砂浆过厚及漏浆情况出现。

4.2坑洞

由于砂石材料中混进小泥块或杂质而引起的。防治对策:首先,对加工好的碎石进行过筛,防石粉结块及增加含泥量;其次,对堆料场进行硬化处理,防止直接堆放在场地上,以免装料时底层泥土混入。

4.3断边、缺角

混凝土路面板角、板边部分应力易于集中,因振捣不良等原因,容易发生裂缝。防治对策:板角、板边加强振捣,避免漏振。

4.4侧面蜂窝麻面

振捣不实及振捣不够使混凝土内气泡未能上浮而粘着模板,或模板上粘着水泥砂浆未刷洗干净使板面粗糙、麻面,且漏振及漏浆产生蜂窝。

防治对策:及时对使用过的模板清理干净,进行润滑处理。板角、板边加强振捣,避免漏振,防止漏浆。

4.5脱皮

在施工中,因混凝土面板受雨水侵袭使水泥浆流失,而后用水泥浆粉刷补救;或是混凝土坍落度较大及水泥保水性差使面板泌水严重,或用水泥粉补撒吸水,从而产生脱皮。

防治对策:对于雨水侵袭较严重的面板应凿除重新铺设,对于面板水泥浆流失较少,采取面层抹面完成后直接进行防雨遮盖,待面层完全硬化后,对面层抗滑构造用刻纹机进行刻纹。对于混凝土坍落度较大及水泥保水性差的情况,要及时调整配合比或更换水泥。坚决杜绝用水泥浆粉刷补救或用水泥粉补撒吸水现象。

4.6灌缝问题

灌缝材料质量欠佳造成温度高时被车轮撕裂,温度低时脆裂;灌缝不及时会使泥砂等杂质进入缝内;切缝深度不足及灌缝时缝内湿度太大,都会影响灌缝质量。漏灌及灌缝不良会造成雨水下渗,影响路面使用质量。

防治对策:保证切缝深度;在干燥的状态下进行灌缝;切缝完成后及时进行灌缝;选用灌缝料质量较好的改性沥青、聚氨脂等。

4.7合板时混凝土跑到邻板上

合板时,由于操作不当,会使混凝土跑到邻板上,影响中缝的美观,并使面板平整度受到影响。

防治对策:施工中,可用宽约5厘米、长3.5米的钢板条靠在板边,以防砂浆跑到浇好的面板上。

4.8唧泥及错台

唧泥现象的产生是基层中有可悬浮的细粒松散土,在路面上雨水渗入及车辆荷载的重复作用下,使基层破坏甚至脱空,使面板出现唧泥、错台导致面板断裂。

防治对策:严格控制基层施工,及时灌缝及灌好缝,加强面板施工。

4.9沉陷

由于路基土沉降或固结所引起,特别是接近桥涵构造物处,回由于压实不足而产生。沉陷使路面平整度变差并导致板的开裂。

防治对策:加强对路基施工的控制。

4.10拱起

板收缩时接缝缝隙张开,填缝料失效,坚硬的碎屑落入缝内,致使板在受热膨胀时产生较大热压应力,板发生纵向失稳而出现拱起。拱起使路面平整度变差,而严重拱起会导致前后板块断裂。

防治对策:加强对灌缝的控制。

4.11隆起

由于路基土冻胀或膨胀土膨胀而使板块抬起,严重时会导致板块断裂。防治对策:加强对路基施工的控制。

5结语

防止水泥混凝土路面开裂、断板等病害,搞好混凝土路面的质量,除了要求路基稳定、基层坚固外,采用先进的机械化施工工艺、良好的施工组织、合理的施工工班是十分必要的。同时还应当在指导思想上克服小生产的分散施工模式,以专业化大生产及流水作业的方法来安排施工,才能收到良好的效果。

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