滑模摊铺水泥砼路面病害分析及预防措施
摘 要:滑模摊铺水泥砼路面具有速度快、振捣密实、强度均匀、平整度好及行车舒适等优点。但由于设计、施工、养生等方面存在一些问题,导致滑模摊铺的水泥砼路面容易出现断裂现象,影响水泥砼路面使用的耐久性和美观。文中从设计、施工、养生等方面分析和探讨了裂缝的表现形式及成因,提出了预防的技术措施和建议。实践证明,这些预防裂缝的技术措施在滑模摊铺水泥砼路面工程中是行之有效的。
1 水泥砼路面病害的表现形式及其危害
1.1 水泥路面板块断裂的常见形式
1)平行或近乎平行于路面中心线的纵向裂缝。
2)垂直或斜向路面中心线的横向或斜向裂缝。
3)从板角到斜向裂缝两端距离小于1.8 m的角隅断裂。
4)两条以上裂缝交叉,使板断裂成3块以上的交叉裂缝和断裂板。
5)水泥板面出现不规则的纹裂、网裂。
水泥路面出现断板开裂后,在车辆荷载和温度变化的反复作用下,雨水从裂缝进入基层,使行车道板边缘脱落,使板块裂缝不断增加,造成路面错台、跳车、破坏,影响正常通行和安全行驶,甚至造成道路中断和引发交通事故及全线修复的不良后果,因此,预防、治理水泥路面断板开裂是设计、施工、管理工作的一项重要任务。
1.2 裂缝成因分析
裂缝和断板是水泥砼路面中常见的病害,其产生原因较复杂,多为综合因素所致,大致可归纳为路基施工方面的原因、砼路面施工方面的原因、超负荷使用方面的原因及板内产生的应力超出了砼强度或疲劳强度。
1.2.1 路基施工方面的原因
路基施工方面原因引起的裂缝和断板在水泥砼路面裂缝和断板中所占的比重很大,可以说是水泥砼路面裂缝和断板的主要原因之一。产生原因主要为填筑材料不适合,路基压实不足或软基处理不彻底,多发生在软基及高填方路段。
1)路基填筑使用了不适宜的材料
不适宜材料的使用造成了路基下沉或塌方,以致影响路面直到路面砼板破坏。填筑材料差使路基长时间不稳定,在路面结构底基层、基层及面层施工完成甚至通车后,路基在地表水的渗透作用和行车荷载作用下产生局部沉降,逐层向上反射,使底基层、基层随之下沉,致使水泥砼路面面层下出现空隙,在行车荷载作用下产生裂缝甚至断板。
2)软基处理不当
软基处理不当,路基不能固结稳定,使成型的路基沉陷或滑移,通车后在土体自重、行车荷载及水温变化等因素作用下继续下沉,最终影响路面砼板。
3)路基压实不足
填方路段尤其是高填方路段,路基土方压实度不够是引起水泥砼路面开裂破坏的主要原因。一方面,路基压实不足,在土体自重及行车荷载作用下,继续压密,导致路面下沉;另一方面,路基压实不足,空隙率大,一旦雨水侵入,土体软化,路基就会遭到严重破坏,导致路面下沉、开裂。
1.2.2 砼路面施工方面的原因
1)材料方面的原因
主要包括:①水泥。水泥中f-CaO、C2S及C3A含量高,或水泥细度过大,用量过多,均易使砼产生裂缝。②集料。料的材质不好,粗集料压碎值偏大,承载能力差,石料大小不均,级配不合理,导致裂缝。骨料含泥量大,妨碍了集料与泥石的依附,遇水膨胀,失水收缩,也易使砼由于性能不稳而产生裂缝。③填缝料。填缝料质量不好使地表水通过路面缝渗入,当路基和路肩均为低透水性时,路面内的水长期积滞,使路面强度下降,承载能力降低,造成砼板产生裂缝及至断板。
2)路面基层施工质量不合要求
基层施工质量不合要求,压实不够,平整度不好易造成裂缝、断板。基层压实不够,在荷载作用下变形,使上面的砼板随之变形、断裂。平整度不好,使砼板块厚度不均,易在薄弱处产生裂缝、断板。
3)路面水泥砼板施工方面的问题
除因未振捣完全、蜂窝麻面造成的砼本身的质量差之外,路面板厚度不均、局部厚度不足、养生切缝不及时、切缝的深度不够也是造成路面裂缝、断板的重要原因。①路面板厚度:由于基层施工标高控制不严等引起局部路面板厚薄不均,调查发现高速公路如果板厚不足20 cm,在重复荷载作用下,必然会裂缝、断板。②养生时间:如果养生不及时,加之气候炎热或风速过大,表面水分蒸发过快,砼路面就会出现收缩裂缝。③切缝时间:切缝不及时,达不到切割目的,在温度应力作用下,易导致横向裂缝。④切缝深度:切割深度不足或切不到路面全宽,起不到调节变形的作用,也就起不到缩缝的作用。
1.2.3 车辆超载的影响
水泥砼路面的轴载换算是按轴载比(Pi/Ps)的16次方进行的,以超载一倍计,换算后的标准轴载将增加65 000倍以上,可以想象超载对水泥砼路面的危害有多大。重荷载的破坏还在于其作用于层间自由水后形成高压水,冲刷甚至掏空砼面板的基层支撑点,使砼面板变成悬空板,最后被折断。
2 裂缝、断板的预防
针对砼路面裂缝、断板的原因,应采取相应的预防措施,因为一旦病害发生,处治起来都费时费力,应立足于预防为主。
2.1 路基施工方面
严格控制路基填筑材料质量,不能被压实到规定密实度或不能形成稳定填方的材料不用于路基填筑。通过多种有效方式处理软基,消除软基带来的隐患,加强路基土石方填筑中的质量控制。分层压实,保证每层压实度达到规范要求。
2.2 砼路面施工方面
2.2.1 材料方面
1)水泥:宜按水泥标号/砼标号=1.5~2.0并结合水泥的矿物组成来选用,控制f-CaO、C2S及C3A的含量,选择C3S及C4A含量较高、细度适中的水泥。
2)集料:细骨料采用质地坚硬、洁净的河砂或海砂。细度模数宜在2.5以上,级配应符合规范要求。高等级水泥砼路面用的粗骨料应选用碎石。粗骨料最大粒径不超过30 mm,级配合理,含泥量应≤1%。如果骨料中含泥量太大,要进行冲洗处理。对堆料场地必须进行硬化。
3)填缝料:避免使用沥青及其它性能差的填缝料,宜使用防水密封性能好的双组分或单组分的聚氨酯型粘弹性填缝料。
2.2.2 路面基层施工质量方面
路面基层的施工要保证路面基层的设计厚度及各层标高,保证压实度,严格控制基层质量。
2.2.3 路面板施工质量方面
在抓好砼板本身质量的同时,注意砼养生及切割的时间与深度。
1)切缝深度:切缝深度宁深勿浅,宜适当加深切缝,控制在不小于1/4h,最好达到1/3h。
2)养生及切割时间:在路面拉毛后表面不粘手时,即应开始养生;切割时间与气温有较大关系,一般应在砼达到设计强度的25%~30%时切缝。
2.3 荷载方面
除限制超载车上路外,可通过改变主车道与超车道的厚度来解决,但考虑到高等级公路一般采用大型机械全幅摊铺成型,同一断面,不同厚度难于控制,可调整基层与面层的不同横坡度来解决,即将基层横坡设置为2.5%,面层横坡设置为2%,利用横坡差调节主车道与超车道面层的厚度,如此设置,主车道面层可比超车道面层厚4 cm左右。在砼路面施工过程中,还要采用以下技术措施:
1)尽量减少单位水泥用量,选用发热和收缩性小的普通硅酸盐水泥,严格限制游离氧化钙的含量,使之小于1%,控制进罐水泥温度不超过50℃。
2)选用干净的中粗砂,堆放在有避荫措施的场地;对0.5~1.5 mm的骨料,也应有防雨措施。
3)选用质地坚硬、级配良好、清洁、含泥量小的骨料,最大粒径3 cm,分级堆放。
4)减少砼的单位用水量,碎石砼不超过160 kg/m³。
5)水泥拌和楼应有精确的计量系统和自动反馈补偿系统,确保新拌料的均匀性。高温季节施工时,选用高效缓凝型减水剂,减小坍落度损失。确保前场施工的坍落度在(3±1) cm。
6)配合比设计中严格控制水灰比,使之在0.4~0.42,确保适合滑模摊铺的砂率,充分考虑砼工作性与抗裂的关系,克服配合比设计中重强度、轻抗裂的设计思想。
7)摊铺前,基层应充分湿润,不得一边洒水一边卸料,更不得在布料机前卸下40~50 m的砼料,要在保证摊铺机匀速的前提下,指挥好卸料车辆。根据施工时的气温增减1%~2%的外加剂用量。
3 结 论水泥砼路面产生裂缝断板的原因很复杂,多为综合因素所致,但只要从材料、施工、养护等方面采取措施予以预防,就可以减少裂缝、断板的发生。病害发生后,应查出原因,尽快进行全面的综合治理。
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