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。