水泥混凝土路面裂缝原因分析与修补措施探讨论文

吉林大学远程教育 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ）中 文 题 目 水泥混凝土路面裂缝原因分析与修补措施探讨学 生 姓 名 专 业 土 木 工 程 层 次 年 级 学 号 指 导 教 师 职 称 学 习 中 心 成 绩 2009 年 4 月 30 日吉林大学远程教育 2009 届本（专）科生毕业设计（论文）摘 要本文从水泥混凝土的荷载作用、地基不均匀沉降、施工工艺、温度作用等方面对一般混凝土路面出现的裂缝进行分析，提出了对裂缝原因的控制和修补技术措施。关 键 词：水泥混凝土路面、裂缝、修补措施吉林大学远程教育 2009 届本（专）科生毕业设计（论文）目 录第 1 章水泥混凝土的简介1第 2 章水泥混凝土路面裂缝原因的分析12、1 对混凝土路面裂缝情况的调查12、1、1 表面裂缝22、1、2 贯穿裂缝32、1、3 板角断裂32、2 水泥混凝土路面破坏的原因 32、2、1 荷载作用对水泥混凝土的影响52、2、2 路基不均匀沉降对水泥混凝土的影响62、2、3 施工工艺对水泥混凝土的影响72、2、4 温度对水泥混凝土的影响7第 3 章修补措施探讨 83、1 预防水泥混凝土路面裂缝的措施 93、1、1 水泥混凝土路面的浇筑93、1、2 水泥混凝土路面的养护 93、1、3 水泥混凝土路面的施工103、1、4 加强路况巡查和路面检测103、1、5 及时封水消除隐患103、2 修补水泥混凝土路面裂缝的措施113、2、1 表面修补法113、2、2 填充法113、2、3 灌浆法113、3 水泥混凝土路面初期前的裂缝处理及方法 123、3、1 水泥混凝土路面初期前的裂缝处理123、3、2 水泥混凝土路面表面裂缝的处理方法12吉林大学远程教育 2009 届本（专）科生毕业设计（论文）3、3、3 水泥混凝土路面基层以破坏的处理方法12第 4 章结论 13参考文献14致谢 15吉林大学远程教育 2009 届本（专）科生毕业设计（论文）第 1 章 水泥混凝土的简介水泥混凝土是一种由砂子、碎石骨料、水泥、水及其外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于水泥混凝土施工和本身变形、约束等一些列问题，硬化成型的水泥混凝土中存在着众多的微空隙和微裂缝，正是由于这些初始缺陷的存在才使得水泥混凝土呈现出一些不均匀的特性。微裂缝一般式无害的裂缝，对水泥混凝土的承重、防渗等不会产生危害，但是在混凝土受荷载、温差等作用之后，微裂缝就会不断扩展，最终会形成肉眼可见的裂缝。水泥混凝土路面和构件通常都是带缝工作的，裂缝的存在和发展通常会使内部的材料产生腐蚀，降低混凝土的承载力、耐久性及抗渗能力，影响路面的外观和使用寿命。很多工程的失事都是由于裂缝的不稳定发展引起的。在近些年的科学研究和大量的混凝土工程实践证明，在混凝土工程中的裂缝问题是不可避免的，需要采取有效的措施将其危害程度控制在允许的范围之内。水泥混凝土路面作为高级路面的重要型式之一，愈来愈得到广泛的应用。水泥混凝土路面具有强度高、经久耐用、养护费用低等优点。然而，就全国水泥混凝土路面使用状况而言，仍存在许多问题。如原有设计理论的不完善、施工经验的不足及养护的不重视，使许多水泥混凝土路面或出现了结构性的损坏，或表现为功能性的缺陷，出现了早期病害等问题，严重影响公路使用质量。吉林大学远程教育 2009 届本（专）科生毕业设计（论文）第 2 章 水泥混凝土路面裂缝原因的分析2、1 对水泥混凝土路面裂缝情况的调查水泥混凝土路面在城市道路中被广泛使用。根据允许通过的荷载不同，厚度在 180300mm 的路面占多数。有些路面在使用了一段时间后出现了裂缝，进而影响了路面的使用。所以说裂缝问题几乎成为了水泥混凝土路面的通病。鉴于水泥混凝土路面的裂缝形式的多样性，以下以贯穿程度为标准把裂缝分为三种程度进行划分。(表 1-1)表 1-1 路面裂缝调查统计表破坏特征调查样本构件编号环境条件 路面厚度/mm裂缝厚度/mm贯穿程度接口 路面f-01 干燥环境 180 2 表面 挤压、徐变涨裂f-02 干燥环境 300 3 深度 挤压、破裂断裂f-03 潮湿环境 180 4 深度 破裂 断裂f-04 潮湿环境 300 6 贯穿 破裂 断裂f-05 潮湿且有积水180 8 贯穿 下陷 横断开裂f-06 潮湿且有积水300 12 贯穿 下陷 横断开裂混凝土面板由于温度应力与荷载应力超过混凝土的抗弯拉强度而出现裂缝。水泥混凝土路面裂缝按形式分有：表面裂缝、横向裂缝、纵向裂缝、交叉裂缝和板角断裂等。2、1、1 表面裂缝吉林大学远程教育 2009 届本（专）科生毕业设计（论文）表面裂缝是指浅而细或发丝状的网状裂缝，仅产生在路面表面。表面裂缝在混凝土路面上呈短直线或短曲线，分布状态并不规律。但对混凝土路面的承载能力影响不大，不影响其路面的使用。产生表面裂缝的主要原因是由于水灰比过大、过度抹面等，使表面含水量增加，水分蒸发液面产生张力，在水泥混凝土充分硬化前，使其表面产生浅裂缝。养护不及时、集料质量差和水泥中的碱与集料中的某些特定矿物质发生碱硅反应等，也会产生表面裂缝。2、1、2 贯穿裂缝横向、纵向、斜向和交叉裂缝，其损坏特征是裂缝通至底层，将板块分割为两块以上的碎裂板，这样均归纳为贯穿裂缝。产生贯穿裂缝原因比较复杂，归纳起来有以下几种：A、水泥混凝土凝结硬化过程，养护不当，收缩受到限制，混凝土板块内将产生较大的收缩应力，B、切缝不及时；C、因踏路基强度不足或基层水稳定性不好，产生不均匀沉降；D、因水泥稳定性不良，造成水泥混凝土强度不足，或水泥混凝土板块内活性骨料发生碱集料反应等。贯穿路面已出现说明混凝土路面的局部已经遭到破坏，已经影响到混凝土路面的使用年限和通行能力，要及时进行维修。2、1、3 板角断裂板角断裂是一种垂直通底且与板角两边接缝相交，从板角到裂缝两端点间的距离分别等于或小于端点所在板长的一半的裂缝。水泥混泥土路面施工的侧模和模壁效应，施工时较难保证板角密实，容易吉林大学远程教育 2009 届本（专）科生毕业设计（论文）导致板角强度较小，使板角成为水泥混凝土路面板的薄弱部位，若相邻板无传力杆，传荷载能力就更差。板角在车轮连续荷载作用下，会因基础支撑强度不足等因素综合作用产生半角断裂。2、2 水泥混凝土路面破坏的原因混凝土路面的裂缝从产生到发展成混凝土路面的破坏是一个渐变的过程，在这过程中初步产生裂缝原因的分析尤为重要。因为裂缝一旦产生便很有可能破坏混凝土路面的内部结构，改变内部力的分布，降低路面的承载能力。进而还可能引发渗水路基下陷等破坏现象，从而加剧了路面裂缝的破坏。水泥混凝土路面施工技术由于不受季节环境等限制，且其整体性能好、强度高、收缩性小、耐磨性强、抗冻性能好，有其独特的优越性。但由于近年来车辆巨增，重载车多，尽管我们提高了混凝土路面的设计标准，对易损坏部位增强了角筋、边筋、传力杆，基层采用水泥碎石、二灰碎石等技术措施，其三缝病害还是难以控制。 三缝之一是施工时期由于混凝土收缩产生的裂缝，即通常所说的断板；三缝之二是预留胀缝不合理和填缝材料性能差发生的病害；三缝之三是缩缝切割后由于雨雪水灌人缝内产生的病害。它们一个共同的特点是。雨雪水通过缝隙灌入缝内，造成板底冲刷发生病害。个别地段由于路基填料土质不均匀、湿度大、膨胀土、冻胀、排水设施不良等造成路基稳定性不足。产生沉陷，路面在受荷时底部产生过大的弯拉应力，导致混凝土路面破坏。 三缝病害形成的另一种原因，是由于水泥混凝土施工要求一般为顺路方向5m 切一道缩缝，横向 4m 为一作业面并留一道施工缝，这样就形成 4m5m 的板块。这种板块在夏天 3040的气温条件下，地表温度达到 60左右，由于板内温度应力的作用，使其发生四周的翘曲，板块发生盆状变形，由于混凝土板块的变形，四周的板块填缝材料被扰动。这样的长期高温天气，昼夜温差的变化，板块也在不断发生变化。在盆状变形状态下，重载车通过时发生跷板性跳动，将灌缝材料蹭出，遇雨天灌进雨水，出现板底冲刷发生唧浆病害。 当路面和填缝材料发生重度损坏，雨水从三缝中灌人，板下垫层长时间受吉林大学远程教育 2009 届本（专）科生毕业设计（论文）水的冻融侵害和高速重载车的作用，形成一种活水冲刷，由于冲刷的反复作用，将板下灰土从板缝唧出，即出现唧浆，灰土唧完后在重载车的反复作用下将粒料磨成泥浆也逐渐唧出，板下出现掏空，掏至一定程度后，路面出现跳板现象或重载车通过时发生断裂，严重时影响行车。克服水泥混凝土路面破坏的工前措施 ：水泥混凝土路面施工，由于浇筑混凝土水分的蒸发。体积在施工后收缩，会将路面拉断，为防止路面裂缝断板，控制切缝时间十分关键，根据我们经验，在平均温度+7左右时养护时间 10 天切缝比较合理，在平均气温在+14左右时养护时间 7 天切缝合理，在平均气温在+20左右时养护时间 3 天比较合理，在以上的养护时间范围内切缝一般不会出现由于混凝土收缩所发生的断板现象。另外，也可视切缝不带毛及缝边能否切的整齐来确定最佳切缝时间。 由于四季温度的变化，在浇筑混凝土时必须留出胀缝，设计规范中规定浇筑混凝土路面 100200m 留一道胀缝，根据这些年的施工经验，平均气温在+7左右施工时应在 50m 内要留一道胀缝，平均气温在+14以上施工时 200m留一道胀缝比较合理。否则当夏天气温高时就会出现路面板由于温度的应力将板挤裂或板胀拱起。胀缝的设置要正确合理。如果由于施工时传力杆设置不当或封缝不好等因素，常常会使胀缝处的混凝土板碎裂，影响行车。 为阻止缝内灌水，填缝材料应选用与混凝土板粘结力强、回弹性好、能适应混凝土板的胀缩、不溶于水和不渗水、高温不溢出，低温时不脆裂和耐久性好的材料填充；接缝板应选用能适应混凝土面板膨胀收缩、施工时不变形、耐久性良好的材料。 水泥混凝土路面的承重层选用二灰碎石或贫混凝土做为垫层会缓解裂缝的发展。二灰碎石拌和摊铺后有一定孔隙，水稳定性好，有少量的水灌入时它可吸纳，不会形成板底面与二灰碎石界面存水现象，这一部位不存水，唧浆病害就不会发生；15cm 贫混凝土做为垫层，即使有水灌入，板底界面缝隙很小，也不会大量存水，且上下层材料都是刚度较高的板体，有少许水也无浆可唧。 为防止板边裂缝，混凝土板纵、横向自由边缘部分增加补强钢筋，边缘钢筋一般选用 2 根 126 的钢筋，布置在板的下部，距板底一般为板厚的吉林大学远程教育 2009 届本（专）科生毕业设计（论文）1/4，并不小于 5cm，间距一般 10cm，钢筋两端应向上弯起，钢筋保护层不应小于 5cm。 为防止水泥混凝土板块的盆状变形，在路面切缝分格时要尽量在 4mx5m 之间分格，以减轻温度应力对板块的影响破坏。防止板角断裂，进行角隅补强，可选用 2 根 12 或 14 的螺纹钢筋布置在板的上部，距板顶不应小于 5cm，距板边一般为 10cm。 2、2、1 荷载作用对水泥混凝土的影响一般说由荷载作用而产生裂缝的原因主要是在施工现场，施工方为了方便工程施工，会把刚刚施工好的路面当做下一步施工的运输通道。由于混凝土凝结、养护的时间不足，并未达到设计强度，过早的承受荷载使混凝土路面产生破坏性裂缝。从而影响混凝土路面的使用寿命。其次，混凝土路面在使用过程中，路面内部的微小裂缝受荷载作用后引起裂缝的扩展，随着荷载作用的增加，刚开始在裂缝的局部位置上有微观破损。当荷载作用进一步加大，局部微观破损不断扩大，这时的裂缝已经开始影响到混凝土路面的性能，必须经过修补才可以使用，如果没做补救措施继续使用只会令混凝土路面破坏更加严重。最后，总的说在混凝土路面