水泥混凝土路面在夏季施工应根据气候炎热的特点,采取必要的施工技术措施,来进行施工。否则就容易使新施工的水泥混凝土路面产生断板,甚至是连续断板。在一次夏季施工水泥混凝土路面,新建的水泥混凝土路面出现一些断板和连续断板现象,笔者觉得很有特殊性和典型性。故对断板产生的原因就当时的施工的各种原因进行分析,并提出以后工作应注意的问题,以防止类似的现象的再次发生。
1、 断板产生的过程
1.1 施工时间及气候条件
施工时间为2000年7月24日上午6:00-12:00;
气候条件:晴,最高气温35℃,东南风:4-5级。
1.2断板的产生
上午从6点开始,至中午12点,该段工地仍在施工水泥混凝土路面。在已处于高温及烈日暴晒的情况下,为防止太阳直接曝晒于板块表面。施工人员在用遮雨棚挡住一部分混凝土板外,同时用一部分黑色编织布及塑料布进行遮盖,在中午阳光的直射下,塑料布下混凝土在气温及水化热的双重作用下,温度上升很快,并且很快达到65℃左右。施工人员在发现温度过高时,又在13:30左右时将混凝土表面的塑料布及编织布揭去。当天下午就发现了一块混凝土板出现横向裂缝。同时,没有及时采取措施尽快根据混凝板的实际情况提前进行切缝,因此在7月25日上午例行检查时,发现出现连续断板,共计断板10块,大多数为横向断板,并贯通整块面板。
2.原因分析
2.1夏季施工没有采取必要措施避开高温阶段
GBJ97-87《水泥混凝土路面施工及验收规范》第4.8.4条(四)规定:气温过高时应避开中午施工,可在夜间进行。并在第4.8.3条规定,“当混凝土拌合物温度在30-35℃时,混凝土板的施工应按夏季施工规定进行。”查当天施工最高温度35℃度,晴天,日照充足,中午11:30-14:30时是气温进入最高温度阶段的时间,此时还在施工,温度对水泥混凝土路面的影响是可想而知的。另外,本段曾在6月13日上午施工一段的试验路。在上午11时停机,到下午2点钟时,其混凝土表面已产生纵向、横向裂缝等大小不等的不规则裂缝和断板,当时分析就已经指出夏季施工应避开中午高温时间,防止产生裂缝或断板,7月24日的断板再次证明这一规律。
2.2干缩裂缝
在水泥混凝土中,水在水泥石中是以化学结合水,层间水物理吸附水以及毛细水等状态存在着,当这些水在混凝土硬化过程中失去时,水泥混凝土本体就会受缩,这些就是干缩。但是这是自由收缩,还不会导致裂缝的发生,惟有收缩受到限制而发生收缩应力时,才容易产生干燥收缩裂缝,水泥浆干缩的内部限制主要是混凝土中骨料对水泥浆的限制。在普通水泥混凝土中,水泥浆的收缩率被限制了90%,所以混凝土内部经常存在着引起干缩裂缝的应力状态。干缩裂缝一般为表面或不规则断板。
混凝土面板在浇筑完成后。经过表面修整抹面后应尽快采取措施避免日光曝晒新浇筑的混凝土,使其表面减少蒸发量,防止混凝土面板表面迅速失水而产生干缩裂缝。
本段混凝土在中午浇筑后,为防止阳光暴晒,虽然一部分采用遮阴棚,一部分采用了黑色塑料编织布覆盖,但在高温时揭走覆盖物而产生的表面迅速失水,就造成了水泥混凝土的表面蒸发的不均匀。水泥混凝土表面的迅速失水以及失水的速率不同,是该段产生干缩裂缝的一个重要因素。
2.3冷缩裂缝
在提出这个问题时,有人会感到奇怪。在夏季施工时怎会产生冷缩裂缝呢?实际在特定的条件下,人为造成大温差,使表面迅速收缩,产生拉应力造成断板。
和一般材料一样,水泥混凝土具有热胀冷缩性能,混凝土板块的热胀冷缩都是在相邻部分或整体性限制条件下发生的,故热胀属于变形压缩,而冷缩则属于拉伸变形很容易开裂。
水泥的水化过程是一个放热过程。在混凝土硬化过程中释放大量热能,致使温度上升,在通常温度范围内,混凝土温度上升1℃,每m膨胀0.01mm。这种温度变形对大面积板块极为不利。
有资料表明,水泥水化过程中的放热速度是变化的,初始较慢,25min后增温,大约在终凝后12h的水化热温度可达80-90℃。使内部混凝土产生显著的体积膨胀,而板面温度随着晚上气温降低,湿水养护而冷却收缩,致使混凝土路面内部膨胀,外部收缩,产生很大的拉应力。当外部混凝土的受拉应力一旦超过混凝土当时的极限抗拉程度时,板块就产生裂缝后横向断裂。此外,从最高温度降温,由于受到已有基层或已硬化混凝土的约束力,在温度下降时,就不能自由收缩,就要产生裂缝,这种裂缝大多是贯通路面的。
当板温均匀下降时,其温度差引起的应力可用下式计算:
板中:σx=ErαΔTP/(1-μc)
板边:σx= -ErαΔTP
式中:α— 混凝土的线膨胀系数,一般为1×10-5
p — 因温度应力作用时间长,考虑徐变影响的应力松弛系数,一般取2/3;
ΔT— 温度差;
μc — 混凝土各龄期的泊松比,设为0.15;