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1、论文:水泥混凝土路面裂缝类型,成因及控制 论文网本文作者(孙志文),请您在阅读本文时尊重作者版权。摘 要:通过分析混凝土开裂的类型及原因,总结出混凝土路面面板开裂是多方面因素造成的,而主要因素则在于材料、施工及结构设计三方面。分别对这三个方面逐一进行了剖析,提出了预防措施和方法。关键词:水泥砼路面;裂缝类型;成因及控制水泥混凝土路面裂缝的形式是多种多样,其产生的原因也是多种多样的。有施工不当引起的早期表层开裂,有基层脱空引起的面板全厚度断裂,有在荷载和温度应力共同作用下的疲劳开裂,有活性集料反应引起的网裂,也有板长过长的翘曲或过量收缩而产生的横向裂缝等。裂缝的出现将对混凝土面板的持久强度和行车
2、性能有很大的影响。一、裂缝的类型及影响因素混凝土面板的裂缝,可分为表面裂缝和贯穿全厚度裂缝。1、表面裂缝。混凝土面板的表面裂缝主要是混凝土浇筑后表面未及时覆盖,在炎热或大风天气,表面游离水分蒸发过快,混凝土体积急剧收缩和化学、碳化反应引起的塑性收缩裂缝、化学收缩裂缝和碳化收缩裂缝等。塑性收缩裂缝是混凝土失水引起的收缩裂缝,新拌和的混凝土颗粒之间的空间完全充满水,混凝土表面经过振荡,从而形成表层沁水,当混合料表面水的蒸发速度比沁水速度快时,产生毛细管负压力,随着失水增加,毛细管负压逐渐增大,产生收缩力,使浆体产生收缩。当收缩力大于基体的抗拉强度时,就会使表面产生开裂。影响混凝土塑性收缩的主要因素
3、是风速、相对湿度、气温和混凝土本身的温度。当风速较大、相对湿度较低、气温和混凝土温度较高,将使混凝土的失水加剧,从而增加塑性收缩,混凝土的收缩在夏季较为严重。化学收缩裂缝主要是无水熟料与水起化学反应,使固相体积逐渐增加而水泥-水体系的总体积逐渐减少的缘故。具体地说是由水化前后反应物和生成物的平均密度不同引起的。进一步分析,则可以认为是水泥与水起化学反应过程中,原来的自由水成为水化产物的一部分,使它的比容变小。硅酸盐水泥的化学减缩量约为化学结合水的25%。因此化学结合水量大的水泥,其最终化学减缩量也较大。硅酸盐水泥的各个组成矿物有不同的化学减缩量,C3A的减缩量最大,因此C3A含量高的水泥易因早
4、期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂。碳化收缩裂缝是大气中的CO2在存在水的条件下与水泥水化产物作用生成CaCO3、硅胶、铝胶和游离水而引起的收缩,产生收缩的原因在于这些游离水的蒸发。碳化作用必定产生游离水,这些游离水蒸发时产生毛细管张力,从而引起浆体收缩。但浆体在充分干燥和水饱和的情况下不易产生碳化作用,因此碳化作用和碳化收缩均发生在混凝土表面,对碳化收缩影响最大的是相对湿度。2、贯穿裂缝。水泥混凝土路面贯穿面板全厚度的横裂缝、纵裂缝、交叉裂缝、板角断裂等。(1)横向裂缝。垂直路方向出现的裂缝称为横向裂缝。主要是干缩裂缝和冷缩裂缝,路面切缝不及时造成的干缩、冷缩裂缝。干缩裂缝主要原因是水分在
5、混凝土硬化后较长时间产生水分蒸发引起的。由于石料干燥收缩很小,因此混凝土的干燥收缩主要是水泥石干燥收缩造成的。但是自由收缩不会导致裂缝产生,唯有收缩受到内部骨料和外部路面板块间或路面整体的限制,而发生收缩应力时,混凝土才会产生裂缝。干缩裂缝最重要的影响因素是单位用水量。冷缩裂缝主要是水泥混凝土的热胀冷缩造成的。水泥混凝土和其他材料一样具有热胀冷缩性能。混凝土板块的热胀冷缩都是在相邻部分或整体性限制条件下发生的,故热胀属于变形压缩,而冷缩属于伸拉变形,很易引起开裂。据有关试验证明,水泥水化过程中释放大量热能的速度是变化的,初始较缓慢,25min后增温,大约在水泥终凝后12h的水化热温度可达809
6、0,使混凝土内部产生显著的体积膨胀,而面板温度随着晚上气温降低、湿水养护而冷却收缩,致使混凝土路面内部体积膨胀,外部收缩,产生很大拉应力,当外部混凝土所受拉应力一旦超过混凝土当时的极限抗拉强度时,板块就会产生裂缝或横向裂缝。此外,从最高温度降温,由于受到已有基层或已有硬化混凝土的约束力,在温度下降时,就不能自由收缩,就要产生裂缝。这种裂缝大多是贯穿路面的。水泥混凝土路面施工时,采用切缝将路面分成块,以防止路面的干缩和冷缩裂缝,但由于施工中切缝的时间难以控制准确,故造成混凝土路面出现横向裂缝,从混凝土收缩因素考虑,最好是混凝土中水泥水化初始阶段就切,但实际上因抗压强度过低,根本无法切缝。对于已切
7、缝的混凝土板,除第一天的应力有可能大于该龄期的抗折强度外,其余温度应力均小于相应龄期强度。所以,切缝不及时,就会导致水泥混凝土路面横向裂缝产生。(2)纵向裂缝。顺路方向出现的裂缝称为纵向裂缝。水泥混凝土路面的传荷顺序为面层、基层、垫层、路基。尽管面板传到路基顶面的荷载应力值小,往往不会超过0.05Mpa,但路基作为支承层却很重要。由于路基填料土质不均匀,湿度不均、膨胀性土,冻土,碾压不密实等原因,导致路基支承不均匀,在混凝土浇筑前,基底弹性模量在不符合规范要求情况下而盲目施工,在路基稍有沉陷时,在板块自重和行车压力作用下而产生纵向断裂。在拓宽路基时,由于路基处理不当,新路基出现沉降,混凝土板下
8、沿纵向出现脱空,在行车荷载作用下,使混凝土板发生纵向断裂。(3)交叉裂缝。两条或两条以上相互交错的裂缝称为交叉裂缝。产生交叉裂缝的主要原因:一是水泥混凝土强度不足,车轮荷载应力和温度应力作用下产生交叉裂缝;二是路基和基层的强度与水稳性差,一旦受到水的侵入,将会发生不均匀沉陷,在行车作用下混凝土板产生交叉裂缝;三是由于水泥的水化反应和碱骨料反应。水泥混凝土在拌和、运输、振捣、凝结、硬化的过程中,始终存在着水泥的水化反应。水泥水化反应在混凝土发生升温和降温过程中产生体积的膨胀变形,在内部骨料及外部边界的约束下使混凝土的自由胀缩变形受阻,而产生拉压应力,使水泥产生不安定因素,这对混凝土的质量影响很大。在水泥的生产过程中,有时会出现一些过烧的CaO和MgO,它们的水化速度较慢,往往在水泥硬化后再水化,引起水泥浆体膨胀、开裂甚至溃散,如果用了安定性差的水泥,浇筑的混凝土路面就会产生大面积龟裂或交叉裂缝。
