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小议混凝土路基顶面裂缝因素及预防

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    2021-10-27 16:05
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2021-10-13 18:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
      一、引言
      
        混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题,硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝,正是由于这些初始缺陷的存在才使混凝土呈现出一些非均质的特性。微裂缝通常是一种无害裂缝,对混凝土的承重、防渗及其他一些使用功能不产生危害。但是在混凝土受到荷载、温差等作用之后,微裂缝就会不断的扩展和连通,最终形成我们肉眼可见的宏观裂缝,也就是混凝土工程中常说的裂缝。
      
        混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的,混凝土裂缝产生的原因很多,有变形引起的裂缝:如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝;有外载作用引起的裂缝;有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。在实际工程中要区别对待,根据实际情况解决问题。混凝土路面适应日益发展的交通运输所必需的载重量大、速度高、车流量大等要求,同时具有强度高、稳定性好、使用寿命长、维修养护费用少等许多优点。但混凝土是一种非匀质脆性材料,由骨料、水泥、水以及存留在其中的部分气体组成,在具有一定的温度和湿度情况下,混凝土硬化并产生体积变形,由于组成混凝土的材料其变形不一致,互相约束产生初始应力,造成在骨料与水泥石粘结面之间或水泥石本身之间产生微细裂缝,这些裂缝既不规则,也不连贯,在外界因素影响下,还可能发展成宏观裂缝。
      
        二、混凝土工程中常见裂缝
      
        1.干缩裂缝
      
        干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。水泥浆中水分的蒸发会产生干缩,且这种收缩是不可逆的。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果:混凝土受外部条件的影响,表面水分损失过快,变形较大,内部湿度变化较小变形较小,较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束,产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低,水泥浆体干缩越大,干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝,宽度多在0.05~0.2mm之间,大体积混凝土中平面部位多见,较薄的梁板中多沿其短向分布。
      
        2.塑性收缩裂缝
      
        塑性收缩是指混凝土在凝结之前,表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现,裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一,互不连贯状态。较短的裂缝一般长20~30cm,较长的裂缝可达2~3m,宽1~5mm。其产生的主要原因为:混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小,或者混凝土刚刚终凝而强度很小时,受高温或较大风力的影响,混凝土表面失水过快,造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩,而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩,因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。
      
        3.沉陷裂缝
      
        沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软,或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致;或者因为模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致,特别是在冬季,模板支撑在冻土上,冻土化冻后产生不均匀沉降,致使混凝土结构产生裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝,其走向与沉陷情况有关,一般沿与地面垂直或呈30°~45°角方向发展,较大的沉陷裂缝,往往有一定的错位,裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后,沉陷裂缝也基本趋于稳定。
      
        4.温度裂缝
      
        温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热,(当水泥用量在350~550kg/m3,每立方米混凝土将释放出17500~27500kJ的热量,从而使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高)。由于混凝土的体积较大,大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面散热较快,这样就形成内外的较大温差,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力(实践证明当混凝土本身温差达到25℃~26℃时,混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉应力)。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝,这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大,或者是混凝土受到寒潮的袭击等,会导致混凝土表面温度急剧下降,而产生收缩,表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。
      
        5.化学反应引起的裂缝
      
        碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀引起的裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的由于化学反应而引起的裂缝。
      
        混凝土拌和后会产生一些碱性离子,这些离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水而体积增大,造成混凝土酥松、膨胀开裂。这种裂缝一般出现中混凝土结构使用期间,一旦出现很难补救,因此应在施工中采取有效措施进行预防。
      
        三、裂缝处理
      
        混凝土裂缝的修补措施主要有以下一些方法:表面修补法,灌浆、嵌逢封堵法,结构加固法,混凝土置换法,电化学防护法等。
      
        1.表面修补法
      
        表面修补法是一种简单、常见的修补方法,它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料,在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂,通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
      
        2.灌浆、嵌逢封堵法
      
        灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补,它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。
      
        嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法,它通常是沿裂缝凿槽,在槽中嵌填塑性或刚性止水材料,以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等;常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。
      
        3.结构加固法
      
        当裂缝影响到混凝土结构的性能时,就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法:加大混凝土结构的截面面积,在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
      
        4.混凝土置换法
      
        混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法,此方法是先将损坏的混凝土剔除,然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有:普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。
      
        5.电化学防护法
      
        电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用,改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态,钝化钢筋,以达到防腐的目的。阴极防护法是化学防护法中常用而有效的一种方法。
      
        四、混凝土路面裂缝成因分析
      
        混凝土路面裂缝主要表现为表层裂缝和贯通板厚裂缝(贯穿裂缝),其产生的原因是不同的。
      
        1.表层裂缝成因
      
        在混凝土路面上,表层裂缝的主要表现形式为龟裂。即混凝土路面表面上呈现碎小的六角形花纹状裂缝,裂缝很浅。其产生的原因既有设计上的原因,也有施工方面的原因。
      
        设计方面的原因主要是指混凝土配合比设计不当。如水泥用量过大或砂率过大;外加剂使用不当或者掺量过大,混凝土在重力作用下产生离析而导致这类裂缝产生。就混凝土本身的性质而言,在混凝土水灰比不变的情况下,水泥浆和砂浆含量较多时,其极限拉伸值也较大,因此,如果采用过大的石料粒径,也容易产生裂缝。
      
        2.贯穿裂缝成因
      
        贯穿裂缝是指混凝土路面板产生纵向(顺行车方向)、横向(垂直于行车方向)贯穿板厚的裂缝,也即断板现象。
      
        (1)纵向贯穿裂缝成因
      
        纵向贯穿裂缝是指混凝土路面发生平行于道路纵轴线方向的贯穿板厚的裂缝。其产生的原因是在路面施工后,由于地基沉降不均匀而导致出现不均匀裂缝,产生断板现象。如基层碾压不实,未达到密实标准;产生断板现象。基层材料搅拌不均,导致基层不均匀沉降,也即由于路基发生局部的不均匀沉陷,如沟槽下沉、路基拓宽部分沉陷、路基未充分压实等原因导致路面板脱空,产生裂缝。
      
        (2)横向贯穿裂缝成因
      
        横向贯穿裂缝是指混凝土路面发生垂直于道路纵轴线方向的贯穿板厚的裂缝。其产生的原因一是由混凝土本身的性质——混凝土抗拉强度太低造成的,二是由于施工不当——切缝不符合要求所造成。
      
        混凝土抗拉强度很低,一般只有混凝土抗压强度的1/17~1/18。混凝土的抗裂性就是指混凝土抵抗干缩变形和温度变形的能力,这些变形所引起的拉应力,如超过了混凝土的极限抗拉强度时,就发生裂缝。也就是说,这些变形量超过了混凝土的极限拉伸应变值时,混凝土就产生裂缝,过大时则引起贯穿裂缝。
      
        由于温度和湿度的变化,混凝土会产生体积膨胀和收缩现象,这种变形如受到限制,将会使混凝土内部产生内应力,就有可能产生裂缝。因而混凝土路面上每隔一段距离要设置胀缝或缩缝,而切缝质量的好坏直接影响着混凝土路面的质量。如切缝时间掌握不当,切割不及时;切缝深度不符合要求,切缝过浅;切缝未切到头等因素均可引起混凝土路面发生横向贯穿裂缝。
      
        五、混凝土路面裂缝的预防措施
      
        1.提高混凝土本身的性能
      
        混凝土路面产生裂缝的根本原因在于混凝土的极限拉伸应变值太小,不足以抵抗干缩变形和温度变形。为了提高混凝土的极限拉伸应变值或抗拉强度值,改善路面的抗拉能力,可采取以下措施:
      
        (1)混凝土的极限拉伸值随着抗压强度的提高而有所提高,因此提高混凝土的抗压强度可提高其抗裂性能。目前混凝土路面多采用m2C30、C35较高标号的混凝土。
      
        (2)采用碎石配制混凝土。因为采用碎石配制的混凝土的极限拉伸值比用一般卵石配制的混凝土提高30%左右。
      
        (3)控制混凝土骨料的最大粒径。采用最大粒径较小的骨料配制混凝土时,可以提高混凝土的极限拉伸值。因此《规范》中限制骨料最大粒径在一般公路中不超过40mm,在高等级公路中不超过35mm,甚至限制在25mm以下。
      
        2.提高基层施工质量
      
        混凝土路面基层应具有较高的强度、较高密实度和较好的水稳性。因此,在路基施工中,应严格按施工操作规程进行,做到分层填筑、分层碾压、分层测试。每层的压实厚度、压实度、平整度及路拱都要满足设计要求和规范要求。
      
        3.提高混凝土施工质量
      
        (1)为了防止混凝土路面产生表层裂缝,一是在配制混凝土时严格控制水灰比和水泥用量,选择合适的集料级配和砂率;二要在混凝土路面浇注后及时用潮湿材料覆盖,防止强风和烈日暴晒。尤其在炎热季节施工时,应浇完一段,养护一段。
      
        (2)及时切缝很重要。实践证明,适当的切缝时间对保证混凝土的整体质量有很大关系,切缝迟了,由于大面积混凝土约束会出现裂缝,扩展后形成断板。一般混凝土的切缝时间是在拆模后12h左右(可以根据气温的高低适当调整切缝时间)。
      
        (3)加适当的外加剂。一般来说,加减水剂可以减少混凝土的用水量,改善混凝土的和易性,降低水分蒸发速度,减少混凝土的收缩值。
      
        (4)模板需涂脱模剂,使混凝土与模板之间形成一层薄膜,减少混凝土与模板间的粘结作用。这样不易产生裂缝,也便于拆模。另外,在浇注混凝土路面时,要将基层和模板浇水湿透,避免吸收混凝土中的水分。
      
        六、结束语
      
        由于设计、施工、使用过程中存在的某些不足,也由于混凝土内在原因及温度变形、湿度变化、地基不均匀沉陷变形的影响,在混凝土路面上难免发生各种类型的裂缝。但只要严格执行施工操作规程和技术要求,在施工中切实抓好基层强度、混凝土的配和比设计、施工工艺、切缝时间和深度、混凝土的养护等各个环节,通过改善混凝土的质量和路面结构并采取有效的浇注后的防治措施,混凝土路面的裂缝现象是可以避免的。


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