热天施工的水泥混凝土路面,在没有采取任何养护措施前,即在混凝土终凝前,处于泌水或泌水之后,一种较为松软的塑性状态,其表面会出现不规则的微观裂纹,称为塑性收缩裂缝。塑性收缩裂缝以单条或多条裂纹的形式成片分布在多块板的表面,其分布无一定的规律。
一、塑性收缩裂缝的成因及性质
1.塑性收缩裂缝的成因
研究发现,新铺设的混凝土路面,包括大型结构或构件裸露表面,可能会出现塑性收缩裂缝,这是由于:
(1)外界环境
相对湿度低。在相对湿度较大的环境中,除非混凝土配合比严重不匹配,否则一般不会出现塑性收缩裂缝。因此,塑性收缩裂缝问题在长江以南各省大多不会发生,但在河北省春秋两季较为严重。
风力较强。由于风力作用,会较大增加新铺设的混凝土路面材料的表面水分蒸发速度,增加塑性收缩开裂的可能性,并使混凝土温度下降,出现温缩现象。
气温较高。夏季高气温可达35至40℃,新拌混凝土表面的最高温度可达到52℃。
(2)材料因素
混凝土温度高。搅拌水泥时,由于温度过高,水化产生大量热量。
混凝土配合比不合理。单位体积用水量偏高,水泥掺入过量等因素导致新拌的混凝土粘聚性和保水性较差。
原料选择不当。水泥的干缩较大、集料的含泥量较高、粗集料粒型较差、净浆量或砂浆量过多等。
(3)施工操作不当
由于振捣、抹面等施工不当,也会引起混凝土的塑性收缩裂缝。
手工抹面时,如果侧面受力太大,或者没有进行第2次抹面,就有可能出现抹面塑性开裂。
滑模摊铺时,由于振动器的放置位置太低,容易产生泥沟。在振动器的作用下,将出现纵向塑性收缩开裂。
在摊铺过程中,出现了欠振、漏振现象,没有及时清除有害的裂缝;振动过度,砂浆层厚度太大,水分含量太高,导致砂浆发生塑性收缩,产生裂缝。
2.塑性收缩裂缝的性质
塑性收缩裂缝的本质是由于混凝土处于软塑状态时,其表面水分散失和干燥,同时水泥水化产生干燥、温度、化学收缩等多种因素的综合作用,从而产生温缩现象。
实验证明,初始塑性收缩裂缝产生的时段很短,在强烈太阳辐照的情况下,大约在混凝土拌合后的45分钟至1小时30分钟。在这段时间里,水泥的水化刚刚开始,混凝土中的大部分水份处在自由水和溶液水状态,泌水就是自由水沿着孔隙或毛细管流失的现象。新拌混凝土表面蒸发率比水面的蒸发率大。这时,水是水,水泥颗粒仍是颗粒,混凝土没有达到应有的连续性,一般意义上的温缩和化学减缩还来不及产生。另外,塑性混凝土不具备硬化后抗拉裂强度,此时的抗裂能力主要取决于新拌混凝土的粘聚性,这种抵抗变形开裂能力是很弱很有限的。对未初凝的新拌混凝土,由于其缺乏结构和材料硬化后的连续性,主要是失水干缩,所以应主要考虑它的蒸发速率,来有效控制塑性收缩裂缝。
二、水泥混凝土路面塑性收缩开裂的危害
面板在小范围内产生塑性收缩裂纹,也能影响水泥面板的整体性。表面完整性的弱化会导致增加路面的渗水性,提高了土壤盐渍化的可能性,降低路面的抗磨损性、耐疲劳性,抗滑构造较易磨损。
由于应力集中在表面裂缝中,裂缝向下延伸并在荷载作用下伸长。砂石等渗入表面裂缝,增加了板面断裂的可能性。
塑性收缩裂缝会降低水泥混凝土路面的抗冻性,冬季表面裂缝中的积水结冰后会像楔子一样,向下扩大路面裂缝或挤碎两侧的材料。
塑性收缩裂缝的两侧会产生空角,此处在若干年车辆荷载的作用下将会发生开裂、破碎,成为面板被破坏的始点。
由塑性收缩裂缝带来的破坏只有在数年后才会显现出来,并逐渐扩展。它不影响水泥混凝土路面初期的使用,但会影响到路面几年后的使用和路面的服务品质,将缩短维修期限,增加养护费用,降低路面的使用寿命和耐久性。
三、预防措施
1.混凝土原材料
对混凝土原料中的泥土含量进行严格的控制,试验结果显示,土对塑性收缩裂缝的影响很大,必须严格控制。根据标准,粗集料含泥量低于 1%,砂含泥量低于 3%。
水泥品种对混凝土塑性收缩裂缝的影响是由水泥的细度决定的,使用较粗水泥或减少其用量,则有利于预防塑性收缩裂缝。
随着水灰比和单位体积用水量的增加,使得混凝土塑性初裂蒸发速率和总蒸发速率降低,对其塑性收缩裂缝起到了很好的抑制作用。所以,在蒸发速率较高的环境下进行施工时,在保证强度、耐久性能的情况下,应加大水灰比,避免出现塑性收缩裂缝。
2.施工因素
在施工过程中,要尽量控制好新拌混凝土的坍落度、振动粘度,使表面的砂浆尽量均匀。
在混凝土路面施工过程中,要尽早进行养护。研究发现,长期未养护的混凝土,在多云天气下,水分散失很小时,同样会出现塑性收缩开裂。
在滑模混凝土施工过程中,要注意对抹平板的受力进行适当的调节,以避免由于刮擦而产生纵向裂缝。
3.施工环境
日光照射对水泥混凝土路面的塑性收缩开裂具有显著影响。研究发现,当多云天气时,其蒸发速率会急剧下降,这意味着遮阳对降低新拌混凝土的水分蒸发具有一定的作用。
夏季施工时,日照强度大,温度在30℃以上时,应避免11时至15时塑性收缩最大、最不利时间段。
相对湿度对混凝土塑性收缩开裂的影响显著。实验结果显示,随着相对湿度的降低,初始裂纹有所提高。
风速对塑性收缩裂缝有很大的影响。高等级公路由于通道多、路基高度较大,实测表明路面上的风速比地面风速约大40%。特别是海边和风口道路,有必要遮挡施工。(刘月金)
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