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【昆明水泥製品廠】水泥混凝土常見病害分析

來源:http://www.tzdongtian.com/news/118.html       發布時間:2018-12-13

摘要:水泥混凝土路麵是一種高級路麵,具有強度高、承載力強、剛度大、穩定性好、養護工作量少等優點。根據目前國、省道及農村路網水泥混凝土路麵建設比較普遍的情況,針對施工中出現的開裂、啃邊、斷板、沉陷、錯台等質量病害,從水泥混凝土路麵病害類型、產生的原因入手,分析建築材料、混凝土配合比、水灰比、施工操作等對質量的影響,最後提出相應的預防對策。

關鍵詞:水泥混凝土路麵;病害分析;防治問題;探討

前言

近十多年來,水泥混凝土路麵建設發展迅猛,但工程質量並不盡人意,導致路麵養護費用大大增加,為了能更好地控製水泥混凝土路麵質量,下麵就針對一些常見的水泥混凝土路麵質量病害及防治問題進行淺析。水泥混凝土路麵產生質量問題的原因除路基本身質量欠缺而影響到路麵質量外,主要還有路麵施工不規範及組成材料不合格的問題。

1.水泥混凝土路麵病害的主要類型

1.1裂縫

1.1.1板角裂縫

在兩縫交叉處的4塊板角中1塊或2塊先出現斷裂,斷裂後的板角在重載作用下很快發展成嚴重破碎,並擴大至相臨板角。

1.1.2縱向開裂斷板

平行或大致平行路麵中心線的縱向裂縫,主要發生在半填半挖或新舊路基結合處。

1.1.3沿縱向施工縫的破壞

發生在縱向施工縫的兩側,裂縫呈網狀,主要是半幅施工、半幅通車的影響所致。

1.1.4網狀裂縫

混凝土自身強度不夠而發生的網裂。

1.2唧泥

板邊緣和角隅下路基或基層塑性變形累積,而同混凝土麵層脫離接觸;接縫填封料失效,下滲的水積聚在麵層下的脫空區內。荷載作用積水變成有壓水,侵蝕基層並同基層內衝刷出的細料攪混成懸液,沿接縫噴濺出。久之,引起錯台發生並導致板出現裂縫。

1.3錯台

板底脫空較嚴重部位,接縫或裂縫兩側板麵出現高差,接縫處僅有部分傳遞荷載能力。荷載作用時,帶有衝蝕材料的有壓水衝蝕基層,使板底脫空,板麵由於基層材料被衝蝕,在荷載作用下而下沉,即形成錯台。錯台的出現降低了路麵行車的平穩性和舒適性。

1.4沉陷

由於路基土沉降或固結所引起,特別是接近橋涵構造物處,回由於壓實不足而產生。沉陷使路麵平整度變差並導致板的開裂。

1.5拱起

在春季和炎熱夏季,接縫處板塊出現突發性的向上隆起。板收縮時接縫縫隙張開,填縫料失效,堅硬的碎屑落入縫內,致使板在受熱膨脹時產生較大熱壓應力,板發生縱向失穩而出現拱起。拱起使路麵平整度變差,而嚴重拱起會導致前後板塊斷裂。

1.6隆起

由於路基土凍脹或膨脹土膨脹而使板塊抬起,嚴重時會導致板塊斷裂。

1.7接縫碎裂

鄰近板縱、橫向接縫約60厘米範圍內,板邊緣混凝土的開裂、斷裂或成碎屑。

1.8填封料損壞

接縫填封料老化,同板邊緣脫開、缺損等現象。縱縫由於未設拉杆而縫隙張開。由於填封料損壞和縫隙張開,水分易滲入而導致唧泥、錯台、接縫碎裂等病害出現。

1.9其它

係由於水泥質量差(如安定性不合格)或使用礦渣水泥、髒集料、水灰比偏大、高溫下施工水分蒸發快、施工過度抹麵或施工結束遇雨、養生不及時等原因引起板麵表層內出現的病害。

2.水泥混凝土路麵病害的原因分析

2.1原材料不合格

1)水泥安定性差,強度不足 水泥中的遊離氧化鈣在凝結過程中的水化很慢,水泥凝結硬化還在繼續起水化作用,當水泥氧化鈣含量較大時,就會破壞已經硬化的水泥混凝土或使其抗拉強度下降。水泥強度不足也會影響水泥混凝土路麵的初期強度,使裂縫、斷板出現的機率大大增多。水泥的水化熱高、收縮性大,也容易導致開裂和斷板。

2)砂、碎石含泥量及有機質含量超標 水泥混凝土路麵所用砂、碎石的含泥量及有機質含量超過規範的標準,就會造成水泥與骨料的界麵粘結力不足,導致產生開裂。同時過量的粘土含量有降低混凝土麵層耐熱性能,增大局部混凝土收縮膨脹的趨勢。

3)砂、碎石的粒徑和級配較差 骨料粒徑的大小和級配對混凝土中的幹縮值有密切關係,級配良好的骨料空隙率小,砂的用量少,收縮值也相對減小。使用粒徑偏細的砂,會使混凝土的收縮值增大,造成混凝土的離析,粗、細集料聚集,形成強度和變形的薄弱區域。

4)碎石針片狀顆粒含量過多 針片狀顆粒不僅本身容易折斷,而且回增加骨料的空隙率,影響混凝土的質量。同時由於這些顆粒的回旋阻力大,對混凝土混合料的和易性有明顯的影響[a]。

5)水及砂中有害雜質的腐蝕作用 有害雜質與混凝土產生反應生成易溶於水的物質,使混凝土被腐蝕,強度降低,在車輛荷載的不斷作用下,遭到破壞[b]。

2.2混凝土配合比選用不當

1)單位水泥用量偏大;在混凝土中,水泥是收縮的主要成分。水泥用量過大,必然導致混凝土的收縮率增大,從而引起水泥混凝土路麵裂縫。

2)水灰比偏大;混凝土中的拌合水分自由水和化合水兩部分。化合水的作用是使水泥水解和水化,剩餘的皆為自由水,它是為了滿足操作的要求。自由水在混凝土硬化過程中逐漸蒸發,使混凝土內部形成空隙。施工時采用較大的水灰比,是為了滿足和易性的要求,但是偏大的水灰比增大了水泥混凝土初期在骨料表麵的水膜厚度,在混凝土中形成空隙,從而影響了混凝土強度。但水灰比偏小時,因和易性差,影響施工操作,也難以振搗密實,使混凝土強度降低。因此要嚴格控製水灰比。

3)砂、碎石用量偏大;在現場施工中,雖然有試驗室出具的混凝土配合比試驗報告,但施工單位為了追求經濟效益,在業主、監理監督不力的情況下,隨意增加砂、碎石用量,從而影響了混凝土強度。

4)施工中計量不準確;混凝土的配合比設計是根據水泥混凝土路麵的強度、耐久性、耐磨性以及施工要求的和易性來確定的。計量誤差允許:水泥1%,粗骨料3%,水1%,外加劑2%[c]。施工中若不準確計量各種材料,就會影響砂石料的級配和混凝土配合比的準確性,導致混凝土的強度和密實度難以達到設計要求。長期在日光下暴曬的過幹骨料,會大量吸收拌和用水而影響水灰比的準確性,從而影響混凝上強度。因此,應配備自動計量設備,禁止用體積法計量。

5)砂石材料含水率的測定;砂石材料的合水量是隨氣候變化而變化的。施工中住往根據設計而不考慮這一因素,從而使水灰比失去控製。事實上,在施工現場要在每班開工前及天氣變化時,對砂石材料進行含水量的測定,及時對水灰比進行調整。

2.3基層的施工質量較差

1)基層的標高控製不好;造成混凝土麵層的厚度厚薄不一,過薄或厚薄交界處將成為薄弱斷麵,在混凝土收縮時,難以承受拉應力的作用而產生裂縫、斷板。

2)基層平整度差;這會增加基層與混凝土麵層的摩阻力,容易造成在薄弱部位開裂斷板。

3)用鬆散材料調整基層標高;會使麵層的混凝土中的水分和砂漿會下滲到基層鬆散材料中,使麵層混凝土下部變為疏鬆,造成混凝土強度下降,整體強度不均勻,較弱部位的麵層容易開裂、斷板。

4)基層幹燥;造成基層吸收混凝土中的水分,使麵層底部的混凝土失水,影響混凝士強度,導致裂縫斷板。

2.4氣候影響

水泥混凝土路麵相對於結構混凝土的蒸發表麵積要成倍的增大,因此,受氣候的影響及表麵溫度變形也相對大得多。

1)高溫氣候影響;促使混凝土水化熱在較短時間內集中產生,造成混凝土強度裂縫,而且高溫照射下的混凝上集料,蘊含大量的熱能,使得混凝土入模溫度過高,加劇了已澆築混凝士早期熱量的增加,進而影響混凝土內部應力應變的平衡,形成裂縫。

2)幹燥氣候的影響;當大氣溫度較低、外界水分不能及時得以補充時,混凝土表麵水分的喪失,將很快造成表麵的幹縮裂縫。

3)溫差的影響;當外界氣溫變化較大時,混凝土內部的溫差將進一步增加,溫差梯度達到一定值時,混凝上的溫度應力將造成路麵板沿較小斷麵的開裂。

2.5施工工藝和安排等原因

2.5.1施工工藝原因

1)混凝土拌製不均勻,造成混凝土拌和物“夾生”,粗、細集料聚積,造成混凝土凝結硬化過程中的應力集中現象。

2)混凝土振搗不均勻,尤其是人工澆築振搗施工工藝,受人的主觀意識的影響,過振、漏振現象難以避免,造成混凝土密實性不均勻,靠麵層砂漿厚度相差過大,極易形成區域性開裂。

3)混凝土拌和時,如果水泥或集料溫度過高,在冷卻、硬化過程中會因溫差收縮加大,導致開裂。

4)傳力杆安裝不當,上下翹曲。

5)采用真空吸水工藝時,如果因兩吸墊之間未重疊而導致漏吸,則漏吸處水灰比兩側大,混凝上強度較低,收縮也大,易形成薄弱環節而開裂。

6)人工及三輥施工時,提漿過厚使得路麵混凝土表層稀漿厚度過大,造成表麵幹縮裂縫。

7)早期養護不及時或養護方式不當,不能及時補充或阻止水分的蒸發,造成混凝土表麵開裂。混凝土的結構和強度的形成及增長有一個過程,並需要有一定的溫度和濕度條件。如不及時養護,會影響混凝土水化作用的正常進行和水化物的生成,從而影響混凝土的強度。

8)一盤中多餘的混凝土在澆築間歇攤在基層上麵,對於在工作間歇遇到一盤多餘的混凝土攤鋪在基層上的做法,這是不允許的。但在工作中確實也碰到過,特別是在低等級公路的砼澆築中較多。

很顯然,加了這一薄層使麵層厚度減少,且薄層未經振搗結構強度低,由於這一薄層的存在勢必影響麵層的強度[d]。

2.5.2施工安排不當

1)施工車輛過早通行。由於受到地理環境的限製或混凝土養生的需要,在混凝土麵層強度不足的情況下,由於車輛過早通行,產生荷載應力,造成路麵的縱向開裂。

2)相鄰板通縫對新澆築路麵板產生誘導裂縫,甚至斷板。

3)混凝土澆築間斷,再澆築時未進行施工縫處理。

4)不良地質地段,路基沉降未穩定前,過早鋪築水泥混凝土路麵,極易產生路麵的斷裂。

5)切縫不及時,或切縫深度過淺,造成混凝土內應力集中,是形成早期橫向斷板的主要原因[e]。

2.6邊界原因

1)在雙幅路麵施工中,已澆築一幅的縮縫在另一幅未開始澆築前已經貫通,當氣溫下降一定幅度時,斷裂的縮縫隨兩邊混凝土收縮,這樣後澆築還未切縫的混凝土受到較大的拉應力,而這時的強度還較低,當拉應力大於混凝土的初期抗拉強度時,就會在先澆築板縮縫對應位置另幅板產生不規則裂縫。

2)如果基層已經產生裂縫,裂縫兩邊的基層在氣溫下降時收縮,由於摩擦力的作用,同樣也會帶動上麵初期混凝土麵板的開裂斷板。

2.7材料及施工原因

2.7.1混凝土脆性原因

受當前水泥性能的影響,混凝土脆性的降低較難實現。據有關資料介紹,當混凝土的脆度係數(抗壓強度與抗折強度之比)降至5.7以下,混凝土即具有較好的塑性。混凝土脆性將損害路麵混凝土結構承受來自豎向重力、水平衝擊力及抵抗膨脹溫度產生的應力的能力,無疑會增大路麵斷裂的可能。

2.7.2路麵抗滑構造製作原因

混凝土的抗滑性能有賴於宏觀抗滑構造與微觀抗滑構造的共同作用。就宏觀構造的形成而言,采取橫向刻槽、拉毛等方式,都不失為一種有效的縱向抗滑措施。但是,一些施工單位為了強調感觀上的良好視覺,不惜以加大提漿量來達到抗滑構造深度及邊緣規則、表麵光滑的感觀效果,這種作法不僅嚴重削弱了路麵側向抗滑微觀構造的作用,降低了麵層混凝土的耐性能,而且由於砂漿厚度的增加,加劇了表現收縮裂縫的趨勢,實為得不償失。

2.8設計不當

一些水泥混凝土路麵病害現象的產生,雖然是在施工過程或工程完工後的運營階段表現出來的,但分析其原因,仍與設計方法及設計時考慮不周有關,以下列舉三個方麵的問題,以供參考。

1)脹、縮縫及切縫填料選擇不當;這將造成外界水沿縫隙下滲基層,基層排水不暢,形成卿泥現象,並導致路麵斷裂。

2)路麵跨越剛性結構物時,配筋不足;在結構物兩側路基填土殘餘沉降影響下,路基與麵層脫空,造成路麵斷裂。

3)設計理論缺陷;在當前水泥混凝土路麵設計理論的影響下,忽視了運行期間路麵板塊的“活板”形態及其受力特性[g]。

3.水泥混凝土路麵裂縫防治對策

混凝土的主要病害就是裂縫,以下對裂縫的防治進行闡述。

根據混凝上裂縫專家周鐵夢的論述:“混凝土的裂縫是不可避免的,但有害程度是可能控製的”;另外著名混凝土專家蔣之切、韓素芳也在論著中指出:“混凝土裂縫為混凝土病害的主要表現之一,混凝土結構物的裂縫與材料性質、地基基礎結構約束狀態,施工工藝等許多因素相關” [h]。

混凝土專家們的研究說明了混凝土裂縫的普遍性與必然性,同時也指出了防止混凝土裂縫的可能性與必要性,對於路麵混凝土這一不同於普通結構物受力特性的混凝土也同樣適用。

3.1材料選擇與配合比設計

路麵混凝土因主要承受豎向荷載的作用,其受力特性以抗折強度為主,而影響混凝土抗折強度的主要因素有:混凝土水泥用量、水灰比、粗集料粒徑粒形及水泥品種、性能、外加劑的品種、摻量等,在上述材料確定後,混凝土配合比的優化選擇、混凝土的拌製方法、澆築工藝、養護狀態,則是保證混凝土強度形成的關鍵。因此,從路麵材料的選擇及配合比設計的優化著手,應注意以下幾個方麵的問題。

3.1.1水泥的選用

除水泥混凝土路麵專用水泥——道路矽酸鹽水泥外,宜選用的水泥品種有:矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥。水泥強度等級宜為設計抗折強度的10倍左右。選用時,除考慮水泥品種、強度等級外,還應注意水泥的含堿量(一般情況下,不大於0.6)及水泥中混合材料的種類、摻量等[i]。在水泥使用於澆築水泥混凝土路麵時,宜進行水泥的安定性、強度、凝結時間等自檢試驗,隻有自檢符合國家規定的各項技術指標後,方可投入工地使用。

3.1.2集料的選擇

從粗骨料對水泥混凝土強度的粒徑效應方麵考慮,用於混凝土路麵的粗骨料的最大粒徑,不宜大於40mm,且宜采用連續級配的碎石,細集料宜采用中粗砂,其細度其數定在25m以上。在提高混凝土耐疲勞極限方麵,礫石仍優於碎石,小粒徑骨料優於大粒徑骨料。而影響溫度變形的主要因素是石料的種類(可選用堿性石料、酸性石料,石英岩較差)、砂漿的總量以及碎石的總表麵積[j]。

3.1.3外加劑及混合料

外加劑已成為混凝土混合材料的必備成份,外加劑依品種不同,能夠改變和提高混凝土路麵的某些性能。外加劑的用量一般不超過水泥用量的5%。就增強混凝上溫度變形能力而言,摻入引氣劑將在保持混凝土高強度的同時,可以降低混凝土的溫度變形量,因而有助於混凝土板塊的抗裂能力。混凝土中加入混合材料(如粉煤灰、矽灰等),能夠較明顯地減少混凝土水化熱,有利於防止混凝土因溫度應力產生的破壞。但是,應當注意任何混合材料的摻入必須通過試驗確認其對強度、耐磨性、抗凍性等指標的影響。

3.1.4配合比優化

水泥混凝土路麵的配合比,除滿足強度耐久性、經濟性指標外,更重要的是應滿足水泥混凝土路麵不同施工工藝的技術要求,在對混凝土工作性有重要影響的各項參數中,控製混凝土拌和物坍落度、選擇適宜的砂率、確定合適的混凝土含氣量以及較小的坍落度損失,是保證混凝土正常施工的關鍵。

3.2合理選擇施工工藝

良好的路麵質量是通過嚴格的施工質量控製來實現的。無論是機械施工,還是人工攤鋪,都必須重視施工工藝與施工過程的選擇和控製。總體而言,水泥混凝土路麵的施工工藝與施工過程控製應注意以下幾點:1) 盡量采用機械化施工,並注意機械的配套和能力匹配;2) 嚴格控製路基施工質量;3) 盡量減少半幅施工、半幅通車的現象;4) 在澆築砼前,應將基層澆濕,防止基層吸食麵層水分;5) 正確選擇水泥混凝土路麵的澆築時間,降低混凝土的入模溫度;6) 避開高溫氣候施工;7) 嚴格控製振搗方法和振搗時間,避免漏振及振搗不均勻;8) 保證施工作業過程的連續性,在合理原則基礎上盡可能地縮短工序之間的間隔;9) 采用二次抹麵,以減少表麵收縮裂紋[k];10) 加強早期養護,防止麵層失水過快,防止砼表麵水份蒸發而幹燥;11) 及時切縫,保證切縫深度;12) 規範脹縫、縮縫製作工藝、準確定位傳力杆及拉杆設置位置;13) 及時處理基層的裂縫,防止反射到麵層,使麵層斷裂。

4.水泥混凝土路麵其它病害防治對策

4.1路麵起砂磨損和露骨

路麵磨損甚至露骨除了與砂石材料中的含泥量及砂偏細等有關外,還與水泥有關。由於水泥稠度指標達不到,保水性較差,泌水較為嚴重,使路麵起砂磨損現象很嚴重。其次,路麵澆築中,提漿機如使用過多,由於提漿機振動頻率大,使麵層砂漿過厚,也易造成起砂和露骨。

防治對策:選用符合要求的骨料、中粗砂及水泥,路麵振搗要避免過振,防止麵層砂漿過厚及漏漿情況出現。

4.2坑洞

由於砂石材料中混進小泥塊或雜質而引起的。防治對策:首先,對加工好的碎石進行過篩,防石粉結塊及增加含泥量;其次,對堆料場進行硬化處理,防止直接堆放在場地上,以免裝料時底層泥土混入。

4.3斷邊、缺角

混凝土路麵板角、板邊部分應力易於集中,因振搗不良等原因,容易發生裂縫。防治對策:板角、板邊加強振搗,避免漏振。

4.4側麵蜂窩麻麵

振搗不實及振搗不夠使混凝土內氣泡未能上浮而粘著模板,或模板上粘著水泥砂漿未刷洗幹淨使板麵粗糙、麻麵,且漏振及漏漿產生蜂窩。

防治對策:及時對使用過的模板清理幹淨,進行潤滑處理。板角、板邊加強振搗,避免漏振,防止漏漿。

4.5脫皮

在施工中,因混凝土麵板受雨水侵襲使水泥漿流失,而後用水泥漿粉刷補救;或是混凝土坍落度較大及水泥保水性差使麵板泌水嚴重,或用水泥粉補撒吸水,從而產生脫皮。

防治對策:對於雨水侵襲較嚴重的麵板應鑿除重新鋪設,對於麵板水泥漿流失較少,采取麵層抹麵完成後直接進行防雨遮蓋,待麵層完全硬化後,對麵層抗滑構造用刻紋機進行刻紋。對於混凝土坍落度較大及水泥保水性差的情況,要及時調整配合比或更換水泥。堅決杜絕用水泥漿粉刷補救或用水泥粉補撒吸水現象。

4.6灌縫問題

灌縫材料質量欠佳造成溫度高時被車輪撕裂,溫度低時脆裂;灌縫不及時會使泥砂等雜質進入縫內;切縫深度不足及灌縫時縫內濕度太大,都會影響灌縫質量。漏灌及灌縫不良會造成雨水下滲,影響路麵使用質量。

防治對策:保證切縫深度;在幹燥的狀態下進行灌縫;切縫完成後及時進行灌縫;選用灌縫料質量較好的改性瀝青、聚氨脂等。

4.7合板時混凝土跑到鄰板上

合板時,由於操作不當,會使混凝土跑到鄰板上,影響中縫的美觀,並使麵板平整度受到影響。

防治對策:施工中,可用寬約5厘米、長3.5米的鋼板條靠在板邊,以防砂漿跑到澆好的麵板上。

4.8唧泥及錯台

唧泥現象的產生是基層中有可懸浮的細粒鬆散土,在路麵上雨水滲入及車輛荷載的重複作用下,使基層破壞甚至脫空,使麵板出現唧泥、錯台導致麵板斷裂。

防治對策:嚴格控製基層施工,及時灌縫及灌好縫,加強麵板施工。

4.9沉陷

由於路基土沉降或固結所引起,特別是接近橋涵構造物處,回由於壓實不足而產生。沉陷使路麵平整度變差並導致板的開裂。

防治對策:加強對路基施工的控製。

4.10拱起

板收縮時接縫縫隙張開,填縫料失效,堅硬的碎屑落入縫內,致使板在受熱膨脹時產生較大熱壓應力,板發生縱向失穩而出現拱起。拱起使路麵平整度變差,而嚴重拱起會導致前後板塊斷裂。

防治對策:加強對灌縫的控製。

4.11隆起

由於路基土凍脹或膨脹土膨脹而使板塊抬起,嚴重時會導致板塊斷裂。防治對策:加強對路基施工的控製。

5結語

防止水泥混凝土路麵開裂、斷板等病害,搞好混凝土路麵的質量,除了要求路基穩定、基層堅固外,采用先進的機械化施工工藝、良好的施工組織、合理的施工工班是十分必要的。同時還應當在指導思想上克服小生產的分散施工模式,以專業化大生產及流水作業的方法來安排施工,才能收到良好的效果。

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