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新建水泥混凝土路面斷板的原因分析

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簡(jiǎn)介: 新建的水泥混凝土路面產(chǎn)生連續(xù)斷板,由于這次斷板處于夏季施工,且在施工過(guò)程中使用一些特殊的施工方法,造成干縮、冷縮裂縫并形成斷板。對(duì)斷板產(chǎn)生的原因就當(dāng)時(shí)的施工的各種原因進(jìn)行分析,并提出以后工作應(yīng)注意的問(wèn)題,以防止類似的現(xiàn)象的再次發(fā)生。
關(guān)鍵字:高溫 溫差 干縮裂縫 冷縮裂縫

水泥混凝土路面在夏季施工應(yīng)根據(jù)氣候炎熱的特點(diǎn),采取必要的施工技術(shù)措施,來(lái)進(jìn)行施工。否則就容易使新施工的水泥混凝土路面產(chǎn)生斷板,甚至是連續(xù)斷板。在一次夏季施工水泥混凝土路面,新建的水泥混凝土路面出現(xiàn)一些斷板和連續(xù)斷板現(xiàn)象,筆者覺(jué)得很有特殊性和典型性。故對(duì)斷板產(chǎn)生的原因就當(dāng)時(shí)的施工的各種原因進(jìn)行分析,并提出以后工作應(yīng)注意的問(wèn)題,以防止類似的現(xiàn)象的再次發(fā)生。

1. 斷板產(chǎn)生的過(guò)程

1.1.施工時(shí)間及氣候條件

施工時(shí)間為2000年7月24日上午6:00-12:00;

氣候條件:晴,最高氣溫35℃,東南風(fēng):4-5級(jí)。

1.2.?dāng)喟宓漠a(chǎn)生

上午從6點(diǎn)開(kāi)始,至中午12點(diǎn),該段工地仍在施工水泥混凝土路面。在已處于高溫及烈日暴曬的情況下,為防止太陽(yáng)直接曝曬于板塊表面。施工人員在用遮雨棚擋住一部分混凝土板外,同時(shí)用一部分黑色編織布及塑料布進(jìn)行遮蓋,在中午陽(yáng)光的直射下,塑料布下混凝土在氣溫及水化熱的雙重作用下,溫度上升很快,并且很快達(dá)到65℃左右。施工人員在發(fā)現(xiàn)溫度過(guò)高時(shí),又在13:30左右時(shí)將混凝土表面的塑料布及編織布揭去。當(dāng)天下午就發(fā)現(xiàn)了一塊混凝土板出現(xiàn)橫向裂縫。同時(shí),沒(méi)有及時(shí)采取措施盡快根據(jù)混凝板的實(shí)際情況提前進(jìn)行切縫,因此在7月25日上午例行檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)連續(xù)斷板,共計(jì)斷板10塊,大多數(shù)為橫向斷板,并貫通整塊面板。

2.原因分析

2.1.夏季施工沒(méi)有采取必要措施避開(kāi)高溫階段

GBJ97-87《水泥混凝土路面施工及驗(yàn)收規(guī)范》第4.8.4條(四)規(guī)定:氣溫過(guò)高時(shí)應(yīng)避開(kāi)中午施工,可在夜間進(jìn)行。并在第4.8.3條規(guī)定,“當(dāng)混凝土拌合物溫度在30-35℃時(shí),混凝土板的施工應(yīng)按夏季施工規(guī)定進(jìn)行?!辈楫?dāng)天施工最高溫度35℃度,晴天,日照充足,中午11:30-14:30時(shí)是氣溫進(jìn)入最高溫度階段的時(shí)間,此時(shí)還在施工,溫度對(duì)水泥混凝土路面的影響是可想而知的。另外,本段曾在6月13日上午施工一段的試驗(yàn)路。在上午11時(shí)停機(jī),到下午2點(diǎn)鐘時(shí),其混凝土表面已產(chǎn)生縱向、橫向裂縫等大小不等的不規(guī)則裂縫和斷板,當(dāng)時(shí)分析就已經(jīng)指出夏季施工應(yīng)避開(kāi)中午高溫時(shí)間,防止產(chǎn)生裂縫或斷板,7月24日的斷板再次證明這一規(guī)律。

2.2.干縮裂縫

在水泥混凝土中,水在水泥石中是以化學(xué)結(jié)合水,層間水物理吸附水以及毛細(xì)水等狀態(tài)存在著,當(dāng)這些水在混凝土硬化過(guò)程中失去時(shí),水泥混凝土本體就會(huì)受縮,這些就是干縮。但是這是自由收縮,還不會(huì)導(dǎo)致裂縫的發(fā)生,惟有收縮受到限制而發(fā)生收縮應(yīng)力時(shí),才容易產(chǎn)生干燥收縮裂縫,水泥漿干縮的內(nèi)部限制主要是混凝土中骨料對(duì)水泥漿的限制。在普通水泥混凝土中,水泥漿的收縮率被限制了90%,所以混凝土內(nèi)部經(jīng)常存在著引起干縮裂縫的應(yīng)力狀態(tài)。干縮裂縫一般為表面或不規(guī)則斷板。

混凝土面板在澆筑完成后。經(jīng)過(guò)表面修整抹面后應(yīng)盡快采取措施避免日光曝曬新澆筑的混凝土,使其表面減少蒸發(fā)量,防止混凝土面板表面迅速失水而產(chǎn)生干縮裂縫。

本段混凝土在中午澆筑后,為防止陽(yáng)光暴曬,雖然一部分采用遮陰棚,一部分采用了黑色塑料編織布覆蓋,但在高溫時(shí)揭走覆蓋物而產(chǎn)生的表面迅速失水,就造成了水泥混凝土的表面蒸發(fā)的不均勻。水泥混凝土表面的迅速失水以及失水的速率不同,是該段產(chǎn)生干縮裂縫的一個(gè)重要因素。

2.3.冷縮裂縫

在提出這個(gè)問(wèn)題時(shí),有人會(huì)感到奇怪。在夏季施工時(shí)怎會(huì)產(chǎn)生冷縮裂縫呢?實(shí)際在特定的條件下,人為造成大溫差,使表面迅速收縮,產(chǎn)生拉應(yīng)力造成斷板。

和一般材料一樣,水泥混凝土具有熱脹冷縮性能,混凝土板塊的熱脹冷縮都是在相鄰部分或整體性限制條件下發(fā)生的,故熱脹屬于變形壓縮,而冷縮則屬于拉伸變形很容易開(kāi)裂。

水泥的水化過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程。在混凝土硬化過(guò)程中釋放大量熱能,致使溫度上升,在通常溫度范圍內(nèi),混凝土溫度上升1℃,每m膨脹0.01mm。這種溫度變形對(duì)大面積板塊極為不利。

有資料表明,水泥水化過(guò)程中的放熱速度是變化的,初始較慢,25min后增溫,大約在終凝后12h的水化熱溫度可達(dá)80-90℃。使內(nèi)部混凝土產(chǎn)生顯著的體積膨脹,而板面溫度隨著晚上氣溫降低,濕水養(yǎng)護(hù)而冷卻收縮,致使混凝土路面內(nèi)部膨脹,外部收縮,產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)外部混凝土的受拉應(yīng)力一旦超過(guò)混凝土當(dāng)時(shí)的極限抗拉程度時(shí),板塊就產(chǎn)生裂縫后橫向斷裂。此外,從最高溫度降溫,由于受到已有基層或已硬化混凝土的約束力,在溫度下降時(shí),就不能自由收縮,就要產(chǎn)生裂縫,這種裂縫大多是貫通路面的。

當(dāng)板溫均勻下降時(shí),其溫度差引起的應(yīng)力可用下式計(jì)算:

板中:σx=ErαΔTP/(1-μc)

板邊:σx= -ErαΔTP

式中:α— 混凝土的線膨脹系數(shù),一般為1×10-5

p — 因溫度應(yīng)力作用時(shí)間長(zhǎng),考慮徐變影響的應(yīng)力松弛系數(shù),一般取2/3;

ΔT— 溫度差;

μc — 混凝土各齡期的泊松比,設(shè)為0.15;

Er— 混凝土各齡期的彈性模量(MPa)。

本段混凝土在施工完成后加塑料布覆蓋,由于氣溫高再加上水化熱的作用,混凝土表面溫度以達(dá)到65-75℃,而施工人員在這種情況下把塑料布揭去人為造成混凝土表面溫差,查當(dāng)時(shí)最高氣溫為35℃,以65℃來(lái)計(jì)算,其溫差為35-65=-30℃,根據(jù)公式,查有關(guān)資料:

在Er=2.5×104Mpa;ΔT=-30℃時(shí),則板中的溫度應(yīng)力為:

σx=2.5×104×1×10-5×(-30) ×2/3/(1-0.15)=-5.88MPa

一般混凝土抗彎拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/8-1/7,即為4.38-5.0Mpa,本段水泥混凝土設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度為5.0Mpa,可見(jiàn)氣溫驟降30℃的溫度應(yīng)力在短時(shí)間內(nèi)超過(guò)混凝土的設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度,板塊的橫向裂縫已不可避免。

2.4.切縫不及時(shí)

由于高溫季節(jié)施工,又是在覆蓋升溫的情況下,應(yīng)加強(qiáng)觀察提前進(jìn)行切縫,使混凝土內(nèi)部的拉應(yīng)力釋放在切縫端。

該水泥混凝土路面施工沒(méi)有采用真空吸水工藝,再加上夏季施工外加劑中摻有緩凝劑。正常是在下午開(kāi)始施工,當(dāng)板面成活后,在當(dāng)時(shí)溫度條件下一般都要在16-18小時(shí)才可以切縫,而該段混凝土路面在施工過(guò)程中由于在上午施工,經(jīng)過(guò)中午烈日高溫影響,再加上人為覆蓋增溫,因此混凝土板強(qiáng)度形成較快,作為施工人員,應(yīng)當(dāng)隨時(shí)注意觀察,一旦強(qiáng)度允許,及時(shí)切縫。

2.5.施工人員經(jīng)驗(yàn)不足,遇到問(wèn)題處理不當(dāng)

筆者認(rèn)為,在當(dāng)時(shí)已用塑料布覆蓋的情況下,如果不是揭去覆蓋物而是既然已使用就暫時(shí)不動(dòng),讓混凝土在高溫情況下繼續(xù)保持濕潤(rùn),那么塑料布就會(huì)保證混凝土表面不至于迅速的大量的失去水分,同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生較大的溫差。施工人員應(yīng)加強(qiáng)觀察,在高溫高濕情況下混凝土強(qiáng)度上升很快,及時(shí)切縫,這樣就可以減少斷板,甚至不斷板。

3.綜上所述,該段混凝土產(chǎn)生連續(xù)斷板的因素是多方面的,而且是相互作用的。因此,通過(guò)這次問(wèn)題的出現(xiàn),給了我們以下的啟示:

3.1.夏季施工,必須避開(kāi)高溫時(shí)間,這是防止裂縫和斷板的最有效的方法。

在這段問(wèn)題出現(xiàn)之后,后面的工程都采用了午后3-4點(diǎn)開(kāi)始施工,一直施工到深夜的時(shí)間段,再加上其他措施得當(dāng),施工了3萬(wàn)多平方米的混凝土路面目前尚未發(fā)現(xiàn)一塊斷板 。

3.2.對(duì)已完成的混凝土板面,應(yīng)注意防止表面失水太快,形成干縮裂縫,一般都是采用噴灑養(yǎng)護(hù)劑及遮雨棚防止曝曬的形式來(lái)避免。

3.3.防止冷收縮,特別在施工中突然遇到雷陣雨氣候的情況,應(yīng)及時(shí)采取措施,對(duì)已形成強(qiáng)度的混凝土板應(yīng)加快切縫進(jìn)度,減少冷收縮裂縫的產(chǎn)生(這也是GBJ97-87規(guī)范附錄三中規(guī)定的)。更不要人為的造成溫差,要做好保溫保濕工作。

3.4.要根據(jù)不同情況,及時(shí)作好混凝土板面切縫工藝,并保證一定的切縫深度,使切縫部位足以釋放混凝土板內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力,不至于產(chǎn)生斷板現(xiàn)象。

發(fā)布:2007-07-27 15:19    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁(yè)]    [關(guān)閉]
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