摘　要:介紹了具有較大水平表面積水泥混凝土產(chǎn)生早期裂縫的原因和防治方法。

關(guān)鍵詞:混凝土;夏季施工;表面早期裂縫

中圖分類號:U416.216 　　　文獻標識碼:C 　　　文章編號:1008 - 3383 (2006) 11 - 0017 - 03

1 　具有較大表面積的混凝土夏季施工主要特點

　　(1) 氣候炎熱、氣溫高。

　　(2) 混凝土的組成材料溫度高。

　　由于氣溫高、陽光照射,用于組成混凝土混合物的砂、石材料溫度較高。

　　新出廠水泥往往溫度高,由于氣候炎熱,水泥中的熱量不易散發(fā),加上太陽照射等因素的影響,使得水泥的溫度較高,某些水泥的溫度可高達70 ℃。

　　(3) 混凝土基礎(chǔ)或模板等支承物的溫度高。

　　(4) 裸露面大受環(huán)境影響大。

　　(5) 氣候多變。

2 　早期裂縫形成的內(nèi)因

　　(1) 水泥混凝土堆聚結(jié)構(gòu)的分層現(xiàn)象。水泥混凝土在澆搗過程中,都會發(fā)生不同程度的分層現(xiàn)象,由于混凝土形成堆聚結(jié)構(gòu)的過程中具有分層性,這種分層性使混凝土從表層到內(nèi)層其強度越來越強,表層的抗拉能力最弱,這便是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。

　　(2) 水泥的水化反應(yīng)。在拌和、振搗、凝結(jié)、硬化的過程中,水泥與水自始至終存在著水化反應(yīng),試驗表明在水化反應(yīng)過程中混凝土有2 次升溫與降溫過程,混凝土的體積也有2 次脹、縮形變。如果混凝土體不受任何約束,這種脹縮變形就可以自由進行。

　　然而,事實上混凝土體在脹縮變形中,要受到其內(nèi)部集料及外部邊界的約束,這就使混凝土自由脹縮變形受阻,其內(nèi)部必然要產(chǎn)生相應(yīng)的拉壓應(yīng)力,且具有反復(fù)性。加之混凝土的導熱性能差,使表面與內(nèi)部的脹縮變形也不能同步進行,這樣相互制約的約束也會產(chǎn)生拉壓內(nèi)應(yīng)力。

　　(3) 水泥混凝土的干縮作用。水在水泥混凝土中,大約只有水泥重量的15 %～20 %。水是水化反應(yīng)所必須的,其余大部分蒸發(fā)掉,使混凝土產(chǎn)生干縮變形。而其收縮量是不容低估的,根據(jù)有關(guān)資料介紹,由水泥混凝土中的水泥漿形成水泥石,在水泥石中只要產(chǎn)生3 %的體積變形,就足以使水泥石和集料界面上產(chǎn)生的拉應(yīng)力達13 MPa。在混凝土凝結(jié)硬化期間,其內(nèi)部的抗拉強度很小,由于冷縮和干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力遠遠大于此時的抗拉強度,因而導致了混凝土內(nèi)部及表面產(chǎn)生裂縫。

3 　早期裂縫形成的外因

3．1 　溫度的變化

　　(1) 由于熱脹冷縮的作用,氣溫較高的白天和上半夜?jié)仓幕炷?在次日早晨氣溫最低時,必將產(chǎn)生體積收縮,即溫度變形?；蛴捎跍囟鹊募眲∽兓?如因大風、大雨造成的氣溫劇變,使混凝土急劇冷縮或干縮,加快了應(yīng)力集中及混凝土早期裂縫的形成速度,也就是說,是混凝土強度的增長不足以抵抗因溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力,而形成早期裂縫。

　　(2) 夏季在陽光的暴曬和干熱風影響下,砂、石料的溫度可高達60～70 ℃,拌制出來的混凝土的溫度可達40 ℃左右。溫度高,水泥水化反應(yīng)加快,混凝土凝結(jié)硬化快,和易性降低,易造成蜂窩、麻面,密實度降低,水分蒸發(fā)快,表面易干燥,養(yǎng)生不充分,造成強度降低,增加了出現(xiàn)干縮裂縫的可能性。

　　(3)“假凝”或早凝結(jié)造成早期裂縫的產(chǎn)生。原本溫度就比較高的混凝土拌和物攤鋪成型后,在太陽光的輻射下,溫度迅速上升(尤其是表面部分) ,造成“假凝”或過早凝結(jié),產(chǎn)生裂縫。

　　(4) 高溫基層的影響也易產(chǎn)生早期裂縫。被暴曬而致高溫的基層,在攤鋪前基層溫度降低不多,混凝土攤鋪后在下部形成一高溫層,以較快的速度凝結(jié)硬化及收縮,但受到基層的約束產(chǎn)生拉應(yīng)力,形成微波紋,漸漸向上反應(yīng),成為早期裂縫。

3．2 　切縫工藝的影響

　　從理論上講,只要在水泥混凝土塊硬化收縮之前進行切縫工藝,就可以克服早期裂縫的產(chǎn)生。但切縫工藝要求混凝土達到一定強度(約5～10 MPa)方可進行,否則縫口將是不規(guī)則毛邊,在這段時間內(nèi),由于化學收縮、干濕變形與溫度變形的變形量最顯著,而混凝土的強度低,容易產(chǎn)生早期裂縫。以前混凝土路面都是短脹縫距,先造成了有效的薄弱斷面,使收縮裂縫只能在縮縫處發(fā)生?，F(xiàn)在普遍采用的長脹縫和切縫施工工藝,給施工操作帶來了較大的便利,加快了施工進度(一天最長可澆筑350 m) ,但較容易產(chǎn)生裂縫。

3．3 　縱向隔離層失效,填擋混凝土拉裂

　　在多車道混凝土路面工程施工中,常常是分車道間隔澆筑混凝土。當先澆筑的混凝土兩側(cè)板已完成橫向切縫,而填擋混凝土未能及時切縫時,若兩側(cè)隔離層因涂刷不當,或因施工破壞,兩側(cè)板體的收縮通過摩阻力的作用而夾持填擋混凝土板塊一同收縮,也會引起拉裂。

3．4 　傳力桿安裝不當

　　在某路段的一次施工中,有一種斷裂發(fā)生在切縫的15 m 范圍內(nèi),經(jīng)調(diào)查分析,是傳力桿放斜或自由端失效,致使混凝土板收縮受限制,產(chǎn)生路面斷裂。

3．5 　混凝土配合比不均或拌和時間不足

　　施工中如果不能嚴格控制配合比,特別水灰比,也是釀成早期裂縫出現(xiàn)的重要外在因素之一。水灰比的大小直接影響混凝土的強度,也與干縮裂縫有關(guān)。水多,混凝土的干縮性就大;水泥量多,則塑性變形就大。骨料含泥量大,骨料表面形成泥漿薄膜的顆粒就多,骨料與水泥間的膠結(jié)力就會降低,混凝土內(nèi)部的薄弱部位就增多。配料不準或攪拌時間不足,生產(chǎn)出的混凝土強度變化就不均勻,強度弱區(qū)應(yīng)力就容易集中,促使混凝土產(chǎn)生早期裂縫。

3．6 　施工組織不正常

　　在混凝土澆筑過程中,因停電、機械故障、就餐停拌等因素,使已澆筑的混凝土的接薦面出現(xiàn)初凝,再澆筑時,先澆筑的混凝土與后澆筑的混凝土間就會出現(xiàn)人為的薄弱面,形成不規(guī)則的接縫。例如,桂林西環(huán)二期(將軍路口至二機床廠段) 的一早期裂縫就是因停電不能連續(xù)作業(yè)又處理不當造成。另外,不及時拆除邊模,使兩側(cè)模板約束板體的自由收縮,也可能產(chǎn)生早期裂縫。

3．7 　混凝土養(yǎng)生不當

　　水泥混凝土的養(yǎng)生是保證混凝土質(zhì)量的重要工序之一,養(yǎng)生的目的是為混凝土的硬化在最佳溫度與濕度下完成,使混凝土的強度得以順利增長。養(yǎng)生不足,混凝土將被“燒灼”。養(yǎng)生不當混凝土表面水分蒸發(fā)過快,形成干縮裂縫。

3．8 　基層質(zhì)量的影響

　　混凝土板塊的自由伸縮受側(cè)向和底面的約束。所謂底面約束面是指基層頂面,如果基層發(fā)生變異,如基層本身有裂縫,粗糙度大或小等,都將因摩擦力的作用,導致混凝土板產(chǎn)生裂縫。

4 　防治措施

4．1 　選擇適宜的養(yǎng)護方法盡早開始養(yǎng)護

　　盡早開始養(yǎng)護并保持混凝土表面濕潤,可以防止蒸發(fā),減少收縮,保障混凝土表面水化順利進行。對采用各種養(yǎng)護的新澆混凝土,爭取在混凝土表面整形完成后和表面水膜消失前即開始養(yǎng)生,但養(yǎng)生時一般不能污染或損傷混凝土已成型表面,因此必須選擇適宜的養(yǎng)護方法及最佳的養(yǎng)護開始時間。

4．2 　增大空氣相對濕度

　　增大空氣相對濕度可以有效降低混凝土表面水分蒸發(fā)率,在新澆混凝土上風向或周圍采用噴水霧的辦法來增加空氣的相對濕度,是一種簡便易行、費用低廉的有效措施。簡易的噴霧的辦法可以用帶針孔的塑料軟管架設(shè)在新澆混凝土工地四周或上風向,通過注入一定水壓的水使其形成針孔噴霧。

4．3 　降低混凝土溫度

　　降低混凝土溫度可以有效減少混凝土表面水分蒸發(fā)而造成的塑性收縮,防止熱裂縫的產(chǎn)生,同時可以降低硬化混凝土的溫度,減少混凝土由于溫度收縮而產(chǎn)生收縮裂縫的可能性。降溫可采用以下辦法: (1) 用搭棚遮蓋等措施使新澆混凝土免受陽光直接照射,降低混凝土表面的環(huán)境溫度; (2) 對混凝土的各種組成材料進行降溫,控制混凝土新拌合物的溫度在32 ℃以下。夜間和早晨氣溫較低,基礎(chǔ)或模板的溫度也較低,因此,可以有效降低混凝土溫度和混凝土表面水分蒸發(fā)率。

4．4 　控制集料含泥量

　　粘土的收縮遠遠大于水泥石的收縮,集料中含有小量的粘土會引起混凝土的高收縮,而引起開裂,因此,夏季施工更應(yīng)嚴格控制集料的含泥量。

4．5 　優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計

　　通過優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計,選用級配良好的大粒徑集料,減少水泥用量,減小水灰比或摻加能減小收縮、防止開裂的材料或外加劑等,可以有效地減少水泥混凝土塑性收縮和干縮,提高混凝土的抗裂性能。

4．6 　減少溫差效應(yīng)

　　夏季高溫季節(jié)施工時,要將暴曬于烈日下的砂石料灑水潤濕,并盡量避開烈日高溫施工,以防止早期裂縫的產(chǎn)生。冬季施工要備好擋風、保暖棚,并采取相應(yīng)的冬季施工措施。

4．7 　采用正確的切縫工藝

　　(1) 掌握切縫的合理時間。切縫的目的在于把混凝土內(nèi)部的應(yīng)力適時地釋放,而切縫又要求混凝土必須具備一定的強度。一般以混凝土抗壓強度達5～10 MPa 時為適宜的切縫時間。另外,也可根據(jù)經(jīng)驗現(xiàn)場確定,即用指甲在混凝土路面上劃痕,若不出現(xiàn)痕溝,只出現(xiàn)灰白色劃痕時,則可切縫。

　　(2) 控制切縫的長度和深度。切縫深度一般為板厚的1P3～1P4 為宜(或按設(shè)計) 。切縫從一端走向另一端,如果端頭為填擋混凝土還沒有施工,可以留1 cm 左右不切通,以免填擋混凝土施工時水泥漿漏入縫內(nèi),待填擋混凝土切縫時一起切通。

4．8 　掌握合理的拆模時間

　　縱縫施工時,對已澆混凝土板的縫壁要均勻地涂刷二道60 # 瀝青,以減小側(cè)面的摩阻力,并把先澆與后澆的混凝土板隔開,防止斷裂傳遞。在模板接頭處,從模板內(nèi)側(cè)用油毛氈或水泥袋紙堵縫,防止?jié)仓甑陌鍓K側(cè)面暴露,同時,達到拆模強度時及時拆模,消除模板造成的板塊側(cè)面受力不均。

4．9 　嚴格規(guī)范施工,確保工序質(zhì)量

　　(1) 安裝傳力桿裝置時,一定要保證自由端絕對自由,并垂直截面,以確保其使用功效。

　　(2) 嚴格按質(zhì)量要求施工,按配合比單配料,嚴格選料,含泥量大的骨料一定要沖洗,盡可能采用較小水灰比,即半干硬性或干硬性混凝土,并盡可能采用收縮率小的普通水泥,以提高混凝土的早期強度。

　　另外,混凝土的拌和時間也要按要求,一般強制式攪拌機應(yīng)不少于60 s ,自落式不少于90 s ,最佳辦法采用攪拌站集中攪拌,攪拌車運料。

　　(3) 拌和、攤鋪、振搗混凝土之前,要仔細檢查各種機具的完好程度,檢查電路、水路、運輸?shù)缆肥欠裢〞碂o阻。嚴禁帶病機具上崗,確保澆筑混凝土的連續(xù)性,存在施工縫時須按規(guī)范進行處理。嚴禁將已初凝的混凝土倒運到作業(yè)面上攤鋪。

　　(4) 在振搗過程中,采用3 次振搗法。即插入式振搗、平板震動、振動梁或整平機振動。最后在混凝土表面使用真空吸水或收水抹面,進一步排除混凝土中多余的水分,增加混凝土的密實度和提高混凝土的早期強度,同時使混凝土在初凝中產(chǎn)生的細微裂縫重新愈合。

　　(5) 加強混凝土的養(yǎng)生工作。用濕養(yǎng)生法養(yǎng)護時,濕草袋或濕麻袋不能漏蓋,每天視氣溫情況均勻灑水,養(yǎng)護期不少于14 d。在非雨季應(yīng)盡量采用噴塑養(yǎng)護工藝,該工藝在冬季可起一定的保溫作用,夏季可大大防止水分的過快蒸發(fā)。在夏季施工時,應(yīng)進行適當?shù)臐袼禍鼗蛟诒∧ど贤恳粚邮覞{,以免在混凝土板中產(chǎn)生溫度梯度而開裂。

　　(6) 做好基層質(zhì)量驗收?；鶎邮腔炷撩鎸拥牡酌婕s束層。其密實度和平整度直接影響混凝土面層的質(zhì)量,同時基層成型養(yǎng)生結(jié)束后,要及時攤鋪混凝土,以防基層暴露時間過長而產(chǎn)生干縮裂縫,從而導致面層裂縫的產(chǎn)生。若基層產(chǎn)生裂縫,在攤鋪前必須作好處理。

　　由于復(fù)合外加劑中的膨脹劑能產(chǎn)生具有膨脹性的水化產(chǎn)物,而使混凝土具有一定的膨脹變形,它能補償一部分混凝土的收縮,其早強組分提高了早期強度,從而使混凝土內(nèi)部裂縫減少。復(fù)合外加劑緩凝組分可推遲和減小收縮,從而可降低早期縮裂現(xiàn)象。