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城市水泥混凝土道路的裂纹控制 |
| 发布时间：2006-5-10 23:42:20 点击次数：1608次 |
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自1811年J.菲劳斯特发明水泥制造技术并获得水泥制造技术专利、十九世纪中期人类又发明了水泥混凝土以来，由于它具有耐久性好、耐火性好、可模性好、抗震性能好、可就地取材，造价较低等优点，使它在人类生活、生产、发展的大多数领域内，如；房屋建造、城市建设、水工建筑、道路桥梁、港口码头、国防工程等都得到了迅速地发展和广泛的应用， 为人类文明的快速发展立下了不可磨灭的功劳。 我国于1876年在开栾煤矿附近建立水泥厂开始生产水泥，但是，由于落后的社会制度严重的制约了我国的生产力及科学技术的发展，1949年以前在我国建造的钢筋混凝土建筑都采用的是“洋灰”。
1949年以后，我国的水泥生产有了飞跃的发展，为我国快速发展的基础设施建设提供了物资保障。 改革开放以后，中国人民结束了内部争斗、自相残杀的历史局面，全国人民团结一心，共谋经济发展，使我国的经济建设驶上了前所未有的快车道，由于经济高速发展的需要，短短的20余年，勤劳的中国人民，用自己的辛勤劳动建设了一大批现代化的新兴城市，为自己建设了宽敞、明亮的住宅及行走方便的道路，这些成就都融入了水泥、混凝土的功劳。
玉溪市的城市建设在1978年以前基本处于停顿，城市范围局限于历史留下的老城区范围内，城市基础建设基本处于停断状态，紧紧围绕着老城区进行着一些简单的维护修理，在玉兴路、南北大街原来青石板街道的基础上浇筑了一些水泥路面，属于一个乡村集镇类型的小城镇。 邓小平同志南巡讲话发表以后，我市加快了城市建设的速度，带动了我市的水泥生产的高速发展，先后建设了十余个水泥厂，生产方式从早期的立窑到先进的旋窑都有。 根据我市的具体条件，先后建设了玉江路、东风中路、玉兴路等一批水泥混凝土的城市道路。 但是，由于缺乏高品质的水泥，缺乏有效地施工技术，施工经验不足，加上设计、监理、施工管理等方面的原因，使得刚竣工的城市道路，使用时间不长就发生了严重破损，既浪费了投资，又影响了城市美观及使用功能。
图1：1994年建设的东风中路高新区管委会段，摄于1999年
图2：建设于1996年的龙马路，1999年摄于龙马路与东风路交汇处
我们分析了以往我市城市道路早期加速破损的原因主要为；
1、路基原因；路基碾压密实度不够，路基下的浅表层软土没有彻底换出，换土使用大比例的粘土进行回填，由于我市地下水位较高，粘土在饱和水状态下强度降低较大，形成了局部的地基承载力不均应状态，容易产生不均匀沉降，造成混凝土板块有局部的托空现象，交付使用后，混凝土路面在受到局部高频率的荷载重复作用后，使路面很快的产生剪切破坏，造成断板和裂缝; 基层平整度差，使混凝土板块厚度不一致，对混凝土路面的自由胀缩加大了约束作用，不利于混凝土路面的自由胀缩，使混凝土板块过早的产生裂缝和断板。
2、水泥原因；我市的水泥生产虽然有十多家生产厂家，早期均为小立窑产品，受生产工艺的制约，水泥自身的强度较低，碱含量、安定性及其它指标波动较大，拌制混凝土后，由于胶接材料水泥浆自身强度较低，使得成型后的混凝土路面耐磨、抗折强度低。
3、水泥用量原因；由于水泥自身的强度较低，配制抗折45#以上的砼，单方水泥用量较大，由于水泥颗粒较细，形成水泥浆后成为塑性体，硬化过程中体积减缩，其减缩值约为干水泥绝对体积的百分之一。减缩发生时，混凝土仍然处于塑性状态，就导致了混凝土在凝结的早期就发生了裂纹，降低了混凝土的整体密实度，使得混凝土路面耐磨强度低。
4、用水量原因；水灰比偏大，混凝土单位用水量每增加1%，混凝土的干缩增大2％～3％，多余的水分子填充了砼的部分空间，干燥后使得混凝土密实度降低，同时又使得混凝土的强度降低，导致了混凝土路面的提早破损。
5、粗骨料原因；粗骨料级配不合理，粗骨料中石粉含量较大，针、片状碎石较多，计量配比后，使得粗骨料的用量相应减少，混凝土浇灌后容易使混凝土产生分离现象，使得成型后的构件下部碎石过多，上部浆多，导致了混凝土收缩的不均匀，使得混凝土上部提早出现裂纹，针、片状碎石又导致了混凝土构件的抗折、抗裂能力降低，导致了混凝土路面的提早破损。
6、细骨料原因；我市拌制混凝土所用的细骨料有两大类， a、河沙，从前，我市的州大河常年水流不断，雨季经常发生洪水泛滥，受水流能量的冲刷作用，沿河形成了一大批颗粒坚硬，粒径均应的用于拌制混凝土的天然优质河沙； 近半个世纪以来，由于人类文明发展的原因，州大河上游修建了水库，截断了州大河的水流，沿河又修建了混凝土结构的三面光的河道、河堤，自然界的力量受到了约束，也就失去了优质河沙。现在所用的河沙均为在过去州大河流过的地方揭去表面土后挖掘历史留下来的沉积河砂，使得挖掘出的河沙粒径不均应，含泥量增大。 B、用天然岩石扎制的人工砂，由于生产所在地的条件限制，人工砂均含有大量的石粉。 由于上述两类细骨料含泥量均达不到规范规定的含泥量＞3%的规定，拌制混凝土后，由于粘土、泥浆的收缩量较大，可使得混凝土的收缩量增加70％，导致了混凝土因为收缩量增大而产生开裂和损坏。
7、养护原因；我市为高原内陆型气候，从11月份至次年的5月份为旱季，此段时间气温较高，气候干燥，水份蒸发较快，混凝土浇灌后没有及时进行覆盖养护，仅间断的在表面洒水，使得混凝土表面水份蒸发超过了混凝土的蒸发临界值0.5Kg/㎡.h，混凝土吸附水的大量蒸发，使得混凝土体积过早加快收缩，由于水泥浆过早失水，水泥颗粒没有得到充分的硬化，强度降低较多，导致了混凝土因为收缩量增大、强度低而产生开裂和损坏。
8、施工原因；施工工艺落后，拌制混凝土时没有进行计量过磅，采用了落后的手推车计量，有的甚至采用装载机直接供料至搅拌机内，导致了混凝土强度降低及强度不均应；混凝土摊铺成型时没有严格的进行机械振捣，有的采用木枋拍打的方式振捣混凝土；有的甚至采用在混凝土面上摊铺水泥浆后用木条子赶平的落后方式施工。施工方式的落后导致了混凝土密实度差，表面砂浆过多，形成了开裂和损坏。
9、传力杆原因；混凝土路面由于要承受高频率的荷载重复作用，并由于我国的养路费是按照车辆的额定吨位来缴纳，在利益的驱动下，生产厂家故意的标注小吨位，用户多倍率的超载，额定5吨的车辆可以拉到40吨，在大轴载的作用下，由于设计时过多的考虑节约，传力杆设置过少，传力杆在施工时又缺乏有效的固定位置的措施，产生了错位，造成了混凝土路面在承受荷载时板块与板块之间不能传力，甚至把传力杆变成了拉杆，阻止了混凝土在切缝处断裂，造成了混凝土板块的开裂直至压碎。
1998年，国家投入巨额资金修建昆玉高速公路，玉溪市政府决定修建从九龙立交桥至市区的高速公路配套线，我公司经过竞标，取得了该项工程的修建权。 在分析了我市城市混凝土道路建设的历史及今后的发展趋势，针对造成我市城市混凝土道路过早破损的弊病，根据以上分析的9大因素，在总结了前人的经验后，制定了以下应对措施； 1、路基换土及回填碾压；路基换填土是将路基一定范围的能影响路基稳定性的软土用机械或人工开挖排除，进行验槽、钎探，确认软土已经全部开挖后，用稳定性好的石渣土进行回填，石渣土的粒径不大于50mm，遇水不液化；粘土的含量控制在25％左右，主要起到胶结石渣及填充孔隙的作用。 填方施工根据《公路路基施工技术规范》《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》规定进行分层施工，回填土摊铺厚度控制在每层厚度≤300mm，摊铺前每隔10m布置一个高度控制桩，中间拉线摊平。
压实用14T压路机碾压。压实路线一般是先两侧，后中间：先由横坡下向上，相邻两次轮压的应重叠三分二地左右，使各点均得到压实，避免土基产生均匀沉陷。 控制回填土压实密度大于95％，抗压回弹模量不低于60MPa，计算弯沉值为200*10mm。 路基最上面一层，混凝土路面面层下采用重量比为5:95(水泥：石屑土)水泥石屑稳定层，厚度为30cm，水泥选用425＃矿渣硅酸盐水泥，石屑选用最大粒径为4cm的机轧石屑混合料。 控制水泥石屑稳定层的压实容重≥2.4T/m3，机轧石屑混合料的自然容重约等于1.5T/m3，施工配合比为； 425＃矿渣硅酸盐水泥；0.05*2.4=0.12T 石屑混合料； 0.95*2.4＝2.28T 水: 180Kg， 拌和时可根据石屑含水量进行调整，保持拌和料手捏成团，落地即散掉。 c、施工时采用过磅计量，误差控制在＆#177;2％以内，使用强制式搅拌机拌和，自卸汽车运输至施工点。
[br]严格控制混凝土板块下的路基平整度，采用s3水准仪整体平面控制，使路基达到设计高程要求，局部采用3m长铝合金水平尺检查，3m长高差不得大于20mm，碾压后用水准仪进行复查，高出部分用铲平机铲除，低凹处的处理方法为；低凹≤50mm内时，用铲平机铲至≥100mm时，重新用相同材料摊铺碾压；底凹＞50mm时，用较细的水泥石屑拌合料进行摊铺找平碾压。
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碾压结束的水泥石渣路基基层必须浇水养护不少于7天。 路基水泥石渣稳定层的接槎；接槎不准使用斜槎，必须使用垂直槎，在已经碾压结束的水稳层末端，使用割缝机割缝后沿水稳层凿出一条宽约30cm的垂直于水稳层底部的槽，在槽内设置用50木方制作的档土模板，用木楔塞进背面，使其紧靠已完工的水稳层进行保护。重新摊铺时，除去保护模板，进行摊铺整平时，整平面比已完工的水稳层高出约5cm，碾压结束后把接缝处修正平顺。
2、水泥原因；针对我市的水泥多为小立窑产品，受生产工艺的制约，水泥的强度较低，安定性及其它指标波动较大的特点，专门从华宁珠山水泥厂购进旋窑生产的525＃普通硅酸盐水泥用于配制抗折4.5Mpa以上的路面混凝土，其水泥强度稳定，早期、后期强度较高，在低温下强度增长快，抗冻、耐磨性好。
3、细骨料原因；细骨料选用红河州曲江的优质河砂，该细集料通过中心试验室多次试验检测，颗粒组成符合级配要求。指标如下表；砼用沙质量指标明细表 序号 名称 质量指标 1 细度模数 3～2.2 2 平均粒径 0.35～0.5mm 3 含泥量按重量计不大于 3％ 4 云母含量按重量计不大于 2％ 5 轻物质含量按重量计不大于 1％ 6 硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3）按重量计不大于 1％ 7 有机物含量（用比色法试验） 颜色不深于标准色 没有石灰、煤渣、草根等杂物。
4、粗骨料原因；粗骨料选用玉溪三建司石场1-4cm碎石，由于该采石场采用国内较先进生产机械设备，其碎石通过中心试验室多次检测极配良好，试验室检测主要指标为： 粗骨料(碎石)技术要求 项目 技术要求 石料抗压强度与砼设计抗折强度的比值 ≥13% 石料强度 ≥3级 针片状含量(%) ≤12% 软弱颗粒含量（％） ≤1% 硫化物及硫酸盐含量（折算为SO3）（％） ≤0.1% 含泥量(冲洗法)(%) ≤1% 有机物含量(比色法) 不深于标准色 磨耕率(双筒式磨耗机) ≤4% 粒径 1-4cm
5、用水量原因；路面混凝土按照0～1塌落度进行拌制，保证混凝土基本达到干硬性。
6、混凝土配合比；根据以上材料供应标准及水泥特性进行试配，由于缺乏前期混凝土试验资料，混凝土抗折强度标准差取值0.75Mpa，抗折强度试配公式为4.5+1.04*0.75＝5.28Mpa。 经过试配，确定了配合比为；0.48:1:1.7:4.1(水：水泥：砂：碎石)确定每立方米混凝土的525＃普通硅酸盐水泥用量为340Kg/m3，以上措施既解决了水泥强度低的因素，又降低了混凝土单方水泥用量。
7、施工原因；
7.1、混凝土拌制；根据干硬性混凝土凝结时间缩短的因素，选择现场拌制方式，配料采用重量比，计量误差控制为；水泥＆#177;1％，沙＆#177;2％，碎石＆#177;2％，投料顺序为碎石-水泥-沙。 使用500L的强制式搅拌机进行拌制，拌制时间160s～240s，使用载重量5000Kg的自卸农用车运输，混凝土从搅拌机内出料后运输时间≤15min，
[br]7.2、模板：模板采用下设4cm厚的木模板，上设定型槽钢组合钢木模，选用质地坚实、变形小的优质云南松，铁钉牢固固定连接，板高度与砼板厚度一致，板内侧面创光，顶面槽钢刚度良好，无变形。 模板安装示意图
模板安装时,必须用水准仪对模板上口测设校正至满足设计要求,用经纬仪对直线,平曲线测设校正至满足设计要求，控制误差在3mm内。 模板安装好以后应对模板的间隔、高度、平整度、润滑、支撑稳定情况和基层平整，湿润情况以及钢筋的位置和传力杆装置进行检查、校正。 [/br]
7.3、混凝土摊铺；路面混凝土摊铺时要铺均应，先摊铺边缘，采用钢锹反扣方式，严禁抛掷，严禁用铁耙抓拉，避免把碎石抓到一处，产生粗细离折，根据经验预留摊铺系数10mm。
7.4、混凝土振捣；振捣采用插入式振动器顺序振捣，振捣时间以混凝土停止下沉不再冒气泡而冒出水泥浆为准，再用功率不小于2.2Kw的平板式振捣器纵横交错全面振捣，纵横交错时用重叠10cm～20cm，振捣时辅以以人工找平，并随时检查校正模板，随后用双圆管振动梁将混凝土重复振平。
7.5、混凝土面层提浆；在振捣整平时用整平机找平，需要填补时选用碎石较细的混凝土，严禁用砂浆填补，并用双圆管振动梁重复碾压提浆，辅以铝合金靠尺方精平，整平时应保持模板顶面整洁，接缝处板面平整。
7.6、真空吸水；由于路面采用干硬性混凝土，混凝土振捣整平后，混凝土内部多余的水份已经渗到面层上，采用HZJ-60型混凝土真空吸水机组对面层砼进行真空吸水处理，将混凝土中的多余的水份和气泡吸出，从而达到降低水灰比，提高混凝土密实度及耐磨强度，改善砼物理性能，提高施工质量。根据其真空吸水机组的型号性能，严格控制真空度，真空度过低，对混凝土的压缩不力，脱水率小，脱水时间长，降低工作效率；真空度过高，容易产生弹簧状的假凝现象，所以操作时要逐渐加大真空度。 HZJ-60型混凝土真空吸水机的真空度为66661~69993pa内，吸水开机时间，为26+7.5min左右，吸水时振动度，采用短暂间歇振动办法。其具体操作要点如下： a、振捣提浆刮平混凝土面要比要求设计混凝土面高2~4mm。 b、真空吸盘放置在已浇筑捣实后的混凝土表面，使过滤网紧贴在砼上，检查吸盘周边密封带，并保证两次抽吸区中有3cm的搭接。 c、检查机器后，即可开机，根据观察表面水分、手指压无指痕等经验，认定抽吸完结，在结束吸水工作前，应逐渐减弱真空度，防止在混凝土内部留下出水通道，影响混凝土的密实度和平整度。
7.7、做面；在真空吸水结束后，取掉吸垫，用抹光机进行大面积重复粗抹，用机械抹光代替人工抹光。 真空吸水后，由于混凝土表面硬度大，抹光机模盘直径大，避免了手工抹的波浪痕迹，抹光时，随时用铝合金检查尺检查表面平整度，同时进行局部修整平，抹光机重复抹至在砼表面最终达到平整、密实、光洁，观感呈现青蓝色为止。 机械抹光结束后，随即用铁抹子收整局部抹痕，在晴天必须用养护遮盖膜及时遮盖。
7.8、切缝；对于大面积露天施工的混凝土薄板路面，使用干硬性混凝土辅以真空吸水技术，对解决表面裂纹，提高混凝土强度及耐磨性、增强抗冻、抗渗等性能有较好的作用。 但在混凝土路面的施工中还有一个重要环节，即混凝土的横向伸缩缝处理，如处理不当，混凝土的收缩应力得不到有效释放，会引起大量的裂缝和断板现象，这个问题对于昼夜温差大、湿度小、干燥多风的云南高原尤其重要。 首先做好路基的浇灌前处理，混凝土路面是浇灌在基层上的，基层的强度、刚度及均匀性必须满足要求，并有足够的平整度，如果基层强度不均匀，或有明显脱空现象，都可能使混凝土板块产生裂缝和断板现象； 如基层平整度差，混凝土板块与基层摩擦阻力大，约束了混凝土路面的自由涨缩，也容易使混凝土路面产生裂缝和断板； 如果基层较干燥，路面混凝土浇灌后由于路基基层吸水较大，使得路基基层与混凝土产生较大的粘结力，混凝土收缩时由于路基没有跟面层产生同等的收缩量而产生收缩量的差距而导致面层板块开裂。 上述两个问题在路基处理上已经处理好，在混凝土路面浇灌前应该做好第三个问题，提前一天在路基上浇透水，降低混凝土浇灌后路基基层吸水量，使混凝土收缩时跟路基产生的粘结力减少而降低由于相互约束而产生的收缩裂缝。 还必须在砼终凝结束、产生一定的硬度时对路面进行横向分块切缝，板块分割长度为5m，切缝的时间要求较严，过早则混凝土强度不够，锯缝容易损坏；过晚则混凝土板块已经产生收缩，隐性的裂缝已经产生，切缝后也达不到控制裂缝的目的。 切缝时间的确定具有很大的经验性，受气象条件、路基状况、水泥品种等影响较大，一般切缝时混凝土强度需要达到10Mpa左右，在晴好天气上半天浇灌的混凝土在10～12小时进行切缝；在阴天及下半天浇灌的混凝土在12～14小时进行切缝；混凝土浇灌后必须留置专职值班人员，达到切缝要求时立即进行切缝。 切缝时先按照20m一道进行，接着按照10m、5m的距离要求进行切缝。 切缝不但要及时、适时，还要达到一定的深度，如深度不够，则混凝土板块的结构断面减少太少，截面强度削弱不够，裂缝不一定在假缝下产生，起不到应有的作用；如果切缝过深，虽然可以避免在其它地方产生裂缝和断根，但是在断开处不规则断裂面积过少，接缝的荷载传递能力降低，容易发生错台、错缝现象，影响质量和使用效果，根据《公路水泥混凝土路面设计规范(JTJ012-84)》规定，横向伸缩缝一般采用假缝形式，假缝宽度控制在3～8mm，根据现在市场上的切割机及锯片供应情况，我们采用5mm宽，深度为板厚的1/4～1/5，采用6cm深。
7.9、传力杆；城市混凝土道路由于车辆通行密度大，荷载的重复次数多、轴载大，为了增加接缝的荷载传递能力，避免上下错台现象的发生，采用了Φ25钢筋作为传力杆，传力杆长60cm，在40cm长度部位涂刷沥青，传力杆用Φ8钢筋支架固定，在传力杆的固定端（未涂沥青端）用电焊把传力杆与支架焊接牢固；传力杆的滑动端（涂沥青端）则支放在钢筋支架上，传力杆安装好时，在路面两边设置标记，以保证切缝时传力杆的位置与伸缩缝的位置吻合，因为只要切缝位置偏移到传力杆未涂沥青一端，就会使传力杆变为拉杆，阻止了混凝土在切缝处断裂而导致了混凝土板块的不规则开裂直至破损。
7.10、养护；混凝土路面浇灌施工完毕，应及时处理邻接板面的污染物，并及时对已浇灌混凝土进行覆盖，避免日光直接照射而导致混凝土表面失水过早而降低强度和增加裂纹，混凝土终凝结束及时在覆盖养护膜上洒水保持湿润养护14天，在养护期内，应封闭交通，禁止一切机动车辆进入养护区内。
7.11、填缝；混凝土养护区满后，及时清洗缝槽，并及时灌缝，在灌缝前必须保持缝内清洁和干燥，灌缝采用配制好的聚氯乙烯胶泥，灌缝深度；夏天与板面平，冬天稍低于板面，填缝时应控制温度，温度低于℃15时，用喷灯对缝槽加热。
经过以上措施，施工工程验收达到了优良标准，经过一年多的使用检验，道路各项指标均没有产生变异，被云南省建设厅、云南省市政协会评为《云南省市政工程优质奖》。
九龙立交桥至市区的高速公路配套线使用至今，路面刻纹依然清晰可见，路面没有发现明显开裂，道路各项指标均没有产生变异，证明我们的技术措施及施工方法是可行的。
我公司紧紧抓住有利时机，利用总结出的有效经验及精良的装备，施工人员素质高的优势，经过投标竞争，取得了城市主干道；北外环路、西站路、珊瑚路、玉带路、东风南路、金家边道路、昆洛公路北城段等。次干道：迎春街、七星街、棋阳路、教育路等的施工。
以上道路面层均为水泥混凝土路面，经过精心施工，全部被评为优良工程，得到了业主及用户的好评。 |
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来源：中国投标网 |
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