水泥混凝土路面裂缝的切缝填封技术探析
摘要:近些年来,随着水泥砼路面滑模摊铺技术的日益成熟,路面机械化施工程度提高,路面平整度等质量指标也大幅度提高。因此,它广泛应用于国道、省道等高等级路面,但随着高速公路水泥砼路面修建数量的逐年增多,在建设和使用过程中也出现不少问题,水泥砼路面的裂缝就是其中之一。如何减少施工早期裂缝,防止使用期间路面裂缝,提高水泥砼路面的使用寿命是大家共同关注的问题。
关键词:水泥混凝土路面;裂缝;原因;切缝;填封
水泥砼路面具有刚度大、承载力强、耐久性能好、可就地取材、建设使用经济等诸多优点。水泥混凝土路面在使用过程中,往往会由于路基的质量问题和结构层损坏而引起各种各样的裂缝,在水泥混凝土路面中,缩缝、胀缝、施工缝等各种接缝将砼板面分割成相对独立而又相互关联的单元,接缝处的施工工艺成为整个施工工艺中重要的一环。
一、产生裂缝的原因
(一)内部因素
1、行车荷载破坏:根据刚性路面设计规范,我们知道路面应力计算假定最不利作用荷载位置在板中央、板角和板边缘中间位置,因此,因行车荷载反复作用造成的裂缝主要集中在板底面和边线中间、及四角上面450斜线位置。
2、温度应力:水泥砼具有热胀冷缩性质,路面板白天表面温度高,晚上底面温度高,上下面温差导致热胀冷缩不一致,形成拉应力,长期作用下形成裂缝。
3、化学作用:水泥通过水化作用形成强度,在硬化过程中释放大量热能。在通常温度范围内,混凝土温度每上升100C路面板每米膨胀0.01mm。据有关试验证明,水泥水化过程中的热能释放是变化的,初始较缓慢,25min后增温,大约在水泥终凝后12小时的水化热温度可达800C,使砼内部产生显著的体积膨胀,产生很大的拉应力,当外部砼所受拉应力一旦超过砼当时的极限抗拉强度时,板块就会产生横向或纵向裂缝。
4、碱骨料反应:砼中的骨料约束水泥的膨胀和收缩,产生拉应力,产生裂缝;有些水泥在生产过程中,有时会出现一些过烧的CaO和MgO,它们的水化速度很慢,往往在水泥硬化后再水化,引起水泥浆体膨胀、开裂甚至出现网裂。
5、干缩裂缝:水泥硬化过程中,水份散失的同时,水泥浆体收缩,当收缩变形与砼本身的抗拉应变和徐变应变不相适应时,就会产生干缩裂缝。产生干缩裂缝的主要原因有砼的单位用水量、骨料粒径、细粒料含量等诸多因素,但主要是单位用水量。
(二)外部因素
1、切缝不及时:主要表现为施工中切缝时间难以控制,切缝不及时,温度应力大于相应时间路面抗拆强度,导致路面出现横向裂缝。
2、计量不准:现在高速公路施工中的砼搅拌一般都采用电子计量的大型拌和站,各种材料的称量精度都有保证。但是,如果施工经验不足,不根据施工环境变化及时调整施工配合比。在加水量的控制上,死搬设计配合比,没有根据施工现场风力、温度、运输距离等因素及时调整,致使施工水灰比时大时小,形成砼强度的差异,使早期裂缝机率增大。
3、外加剂因素:砼路面施工中一定要掺加外加剂,但如果掺加了不合格的外加剂,砼就会出现早凝、慢凝、离析、有害物等问题,直接影响砼的质量。
4、运输的影响:运输距离、时间过长使砼在运输途中发生“离析”、造成施工和易性差,影响振捣效果,导致砼板块发生早期裂缝的概率大大增加。
5、漏振或振动不够:摊铺机施工过程中振动器损坏还继续施工,使砼漏振。砼中存在的空洞降低了砼的强度,使路面发生裂缝或断板。
6、气温变化:施工中有时气温突然变高或变低,甚至辅以刮大风,造成砼中水份失去过快,形成表面网裂。汕梅高速公路K96+250处,因中午气温过高,施工时未采用防护措施,路面摊铺过后不到4小时就发生连续11块路面板网裂;K93+420处施工时下午刮大风,在路面成型后2个小时就有两处网裂。如果施工期间夜间有寒流,不采取加盖保温措施的话,那么第二天肯定有断板。
7、养生不及时、不充分:砼中硬化过程中失去的水分未能得到及时补充,使砼产生干缩变形发生早裂缝。
8、基层问题:基层塑性变形量过大,使水分浸入基层,反复作用就会使底板出现脱空现象而促成水泥砼路面裂缝、断板。
9、路基问题:路堤填方高度高、自然沉降大;填挖方分界;桥头沉降;软基处理不彻底等诸因素导致不均匀沉降。经行车荷载反复作用,导致砼板裂缝、断板。
10、养护问题:表现在排水不畅、地下水位上升致路基承载力下降而破坏路面;胀、缩缝长期不清理更换,限制了砼路面的纵向变形功能,致路面板挤压变形破坏。
二、切缝施工
1.纵缝:缝的纵拉杆应采用螺纹钢筋,设置在板厚的中间。并应避免将脱模剂(如沥青)涂洒在拉杆上。
纵向施工缝拉杆可采用三种方式设置。第一种是在模板上设孔,立模后在浇筑混凝土之前将拉杆穿在孔内。第二种是把拉杆弯成直角形,立模后用铁丝将其一半绑在模板上,另一半浇筑在混凝土内,拆模后将露出在已浇筑混凝土侧面上的拉杆弯直。第三种方式是采用带螺栓的拉杆,一半拉杆用支架陡在基层上,拆模后另一半带螺栓接头的拉杆同埋在已浇筑混凝土内的半根拉杆相接。
2.横缝
1)缩缝
横向缩缝可采用在混凝土凝结后锯切或在混凝土铺筑时压缝的方式修筑。压缝法施工方法是:当混凝土混合料做面后,应立即用振动压缝刀压缝。当压至规定深度时,应提出压逢刀,用原浆修平缝槽,严禁另外调浆。然后,应放入铁制或木制嵌条,再次修平缝槽,待混凝土混合料初凝前泌水后,取出嵌条,形成缝槽。由于切缝可以得到质量比压逢好的缩缝,因此,应尽量采用这种方式。特别是高等级公路必须采用切缝法。
2)胀缝
胀缝应与路中心线垂直,缝壁必须垂直,缝隙宽度必须一致,缝中不得连浆。隙下部设胀缝板,上部灌胀缝填缝料。传力杆的活动端,可设在缝的一边或交错布置固定后的传力杆必须平行于板面及路面中心线,其误差不得大于5mm。传力杆的固定可采用顶头木模固定或支架固定安装两种方法。
3)施工缝
施工缝宜设于胀缝或缩缝处,多车道施工缝应避免设在同一横断面上。施工缝如设于缩缝处,板中应增设传力杆,其一半锚固于混凝土中,另一半应先涂沥青,允许滑动。传力杆必须与缝壁垂直。
三、接缝填封
填缝施工是整个水泥砼路面施工的最后一道工序,混凝土板养护期满后应及时填封接缝。填缝前必须保持缝内清洁,防止砂石等杂物掉入缝内。常用的填缝方法有灌入式和预制嵌条式填缝两种。
采用灌入式填缝施工时,灌注填缝料必须在缝槽干燥状态下进行,填缝料应与混凝土缝壁粘附紧密,不渗水,其灌注深度3-4cm为宜,下部可填如多孔柔性材料。填缝料的灌注高度,夏天应与板面平齐,冬天宜稍低于板面,但根据东北的气候情况,冬天无法进行填缝施工,夏天由于湿度相对比南方小,所以夏天填缝施工时,灌人高度应低于板高的2-3mm,这样膨胀后,填缝料就会与板面平齐,防止因膨胀溢出粘结到车的轮胎上而影响路面的清洁。
其具体施工过程为:
1.清除接缝中的砂石及其它污染物,必要时用水反复冲洗,并用压缩空气吹干。
2.采用常温施工时,按供应商推荐的常温施工式填缝料的用量比例,将两组份料用手提式电钻混合均匀备用。
3.采用热施工时,按供应商推荐的热施工式填缝料的用量比例,安全加热到规温度和加热时间,将填缝料溶解备用。填缝料中的不溶物应彻底清除干净。
4.用灌缝枪或灌缝机徐徐将填缝料挤入接缝中。
5.及时将流落在路表面上的填缝料在未固化前清除干净,保持接缝表面清洁。
6.冷施工型填缝料的养生期:冬天一般为24h,夏天为6-12h;热施工型填缝的养生期:冬天一般为3-6h,夏天为1-2h。养生期要封闭交通。
这样在通车后,水泥混凝土路面板块的粘结性就会达到最优的效果,确保了使用年限和行车质量。