水泥混凝土路面裂缝产生的原因及防治

陕西交通职业技术学院 毕业设计（论文）题 目 水泥混凝土路面裂缝产生的原因及防治措施系 部 公路工程系 专 业 道路桥梁工程技术（施工）学 号 0 班 级 路桥1045班 姓 名 张 涛 指导老师 鱼 峰 2013 年 5 月 20 日水泥混凝土路面裂缝产生的原因及防治措施摘要：由于施工、原材料及养护等诸多环节出现问题，致使道路水泥混凝土路面产生裂缝，影响车辆通行甚至危及行驶安全，本文总结了近年来水泥混凝土路面施工现场控制经验和工程实践中的经验，对水泥混凝土路面裂缝产生原因进行了一些探讨，同时提出一些施工中的防治措施。关键词：混凝土路面 裂缝 原因 防治措施Abstract: Due to construction, raw materials and conservation, and many other aspects of problems, resulting in road cement concrete pavement cracks influence on traffic or endanger the safety of traveling, this paper summarizes the experience in recent years, cement concrete pavement construction site control experience and engineering practice,cement concrete pavement cause of the cracks done some research, prevention and control measures put forward some construction at the same time.Keywords: concrete pavement crack causes prevention and control measures目 录1前言 52裂缝对混凝土路面的危害 63水泥混凝土路面优缺点及裂缝的分类 63.1优缺点 6 3.2水泥混凝土路面裂缝的分类 64水泥混凝土路面产生裂缝的原因 6 4.1路面厚度设计问题7 4.2温度引起裂缝7 4.3湿度变化引起的塑性收缩裂缝7 4.4原材料不合格因素7 4.5混凝土配合比因素 8 4.6混凝土路面施工工艺因素 8 4.7水泥混凝土面层养生不规范 95 水泥混凝土路面裂缝防治措施 9 5.1原材料的质量 9 5.2混凝土混合料的振捣 10 5.3施工中混合料含水量的控制 10 5.4混凝土的养生 10 5.5混凝土板的切缝 11 5.6温度的控制 11 5.7外加剂 116 水泥混凝土裂缝的处理办法 12 6.1表面修补法 12 6.2灌浆、嵌缝封堵法 12 63 混凝土置换法 127 结束语 138 参考文献 149 致谢 151 前言：水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性好、抗滑性好、养护维修费用小的特点， 在道路建设方面得到了广泛的应用。但受施工变异性影响后，混凝土会产生裂缝，导致强度及刚度降低，缩短混凝土构造物的使用寿命。裂缝防治措施是水泥混凝土路面施工中常见的一种质量通病，它不仅影响混凝土路面外观质量，更重要的是缩短了水泥混凝土路面使用寿命，增加维修和养护的难度和费用。因此，研究分析水泥混凝土路面裂缝产生原因，并采取有效的防治措施，具有十分重要的意义。2 裂缝对混凝土路面的危害水泥混凝土路面所体现的优点都以施工质量有保障为前提。水泥混凝土路面自身缺点，加上质量达不到要求，都会大大地减少设计使用寿命造成不应有的经济损失和不良的社会影响。水泥混凝土路面的裂缝断板问题已成为公路建设者普遍关心和探讨的课题。产生断裂的板块被裂缝分成两块或数块破坏了路面的整体性和抵抗冲击、振动的能力，并使基层与混凝土板之间产生往复交变的相对位移。加上裂缝处的渗水影响，导致基层结构的破坏。基层破坏的结果反过来使面层产生更大的断裂。如此恶性循环。随着时间的推移，导致混凝土路面使用功能丧失。3 水泥混凝土路面优缺点及裂缝的分类3.1 优缺点。优点：使用周期长，强度高，正常维护费用低；缺点：一次性投资偏大，损坏难以修复。3.2 水泥混凝土路面裂缝的分类：1、沉降裂缝:砼浇筑以后，水泥与骨料在下沉过程中，受到钢筋与其它埋件的局部阻碍、模板移动和基础沉降，致使该处砼产生拉应力和剪应力，由此所产生的裂缝；2、干缩裂缝:水泥砼浇筑以后，在其硬化过程中，由于水泥水化生成物体积比原来的体积小，再加上游离水在空气中被蒸发和凝胶体失水出现紧缩，伴随着砼体积收缩而产生拉应力，此拉应力大于当时砼的抗拉强度而产生的裂缝；3、温度裂缝:水泥水化作用时，伴随发热的化学反应，因此，在硬化过程中会释放大量热能，致使温度升高，出现内部膨胀与外部收缩互相制约，由此会产生很大的拉应力，外部砼所受拉应力超过砼当时的抗拉强度而产生的裂缝。4 水泥混凝土路面产生裂缝的原因水泥混凝土路面产生裂缝有多种原因，主要是变形作用，如温度和湿度的变化、原材料不合格、混凝土路面施工工艺、基础不均匀沉降等因素。41 路面厚度设计问题路面厚度设计的依据是设计年限内的累计当量轴次。实际上不管是按标准车的轴载还是非标准车的轴载，车辆的实际轴载远大于设计轴载。由此得知，设计路面实际承受的当量轴次远远大于作为其设计依据的设计年限内的累计当量轴次。即现阶段新建路面早期开裂破坏情况较多的症结之一是公路在短期内(如l2年)已达到设计年限内的累计当量轴次。42 温度引起裂缝混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，而混凝土是热的不良导体，内部温度升高产生膨胀，而外部则因热量散失而收缩，在混凝土表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝土的约束，叉会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。43 湿度变化引起的塑性收缩裂缝塑性收缩是指在塑性阶段的混凝土因表面失水而产生的收缩。混凝土在新拌状态下，拌合物中颗粒问充满水，若养护不足，表面失水速度超过内部水向表面迁移的速度，就会造成毛细管中产生负压，使浆体产生收缩。影响混凝土塑性收缩开裂的内部原因是水灰比、细掺料、混凝土的温度、凝结时间等，外部因素是风速、环境温度、相对湿度等。44 原材料不合格因素施工中严格把住材料关，是保证混凝土质量的前提。水泥的品质如果不合格，安定性差，会引起混凝土的裂缝。水泥熟料的煅烧不充分会产生较多的游离氧化钙，它的水化过程很慢，导致水泥已凝结硬化后继续水化而产生体积膨胀，体积变化不均，使水泥混凝土路面出现龟裂、断板。骨料是混凝土的主要组成部分，起骨架作用，骨料的好坏对混凝土性能影响很大。骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小时，混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，砂浆含量减少，水化热降低，收缩值相对减少。使用砂偏细时，会使混凝土收缩值增大，容易产生裂缝。骨料中针片状石子含量过高，针片状石子在混凝土中易出现架空现象，孔隙率较大，影响混凝土强度，易产生裂缝。骨料中含有活性材料二氧化硅与水泥中碱性氧化物发生反应，生成碱一硅酸凝胶，这种胶体吸水后产生膨胀，导致混凝土的开裂和破坏，这种现象称为碱一骨料反应。骨料的含泥量大会造成水泥浆收缩量大，水泥浆与骨料结合也差，裂缝随之增多。45 混凝土配合比因素严格控制混合料组成配合比，使施工配合比与设计配合比相符合。在施工中要经常检查骨料的级配和杂质，发现所购进的骨料级配与原试验级配不符时，必须及时调整施工配合比，同时还要检查含泥量，使其不能超标。而在施工中最应注意的是水灰比的控制，如果水灰比忽大忽小，在摊铺时又不注意摊铺的均匀性。就会造成水灰比的不同片块。在其交界结合部，由于凝固收缩率或受热膨胀率不同，在结合部位形成裂缝和断板的情况；如果水灰比过大。混合料便偏稀，在其凝固成型时收缩率就大一旦缩缝设置和施工仍按正常进行就会造成缩缝间距相对过长从而易在较大的收缩应变作用下形成裂缝如果进一步发展。还可以形成贯通的混凝土路面断板因此，在施工中要严格把住混合料的配比关，特别是水灰比这一关。46 混凝土路面施工工艺因素搅拌时间不够，材料拌和不均匀；振捣不密实，有漏振或过振情况都将导致混凝土整体强度不一致因此在施工中水泥混凝土必须振捣均匀密实。如果水泥混凝土振捣不均匀，将造成水泥混凝土的密实度不均匀。在密度小的区域内混凝土面板下部多成蜂窝和空洞状，形成了承受应力的薄弱部位或区域。从而易使面板产生断板。在混凝土浇筑过程中要始终保持施工作业的连续性，一旦出现间断作业必须设置一道施工缝，并布置传力杆，以防止因不设施工缝而出现断板的现象。在施工中突然遇到雷阵雨气候的情况，应及时采取措施。对已形成强度的混凝土板应加快切缝进度，减少冷收缩裂缝的产生。47 水泥混凝土面层养生不规范夏季气温高风力大使水分损失较快，加上洒水不及时、不均匀，造成混凝土强度降低，水析出速度过快造成拉应力迅速增加，在未到切缝时间时产生断板。所以在施工中要注意尽量避免在温差大天气或大风天气施工 或者当混凝土浇筑完毕后立即采用遮阳、洒水、喷洒养护剂等措施使混凝土体的表面始终保持潮湿，确保昼夜温差不至太大，以预防面板断裂。严格控制开放交通的时间，加强养生和养护。水泥混凝土路面浇筑完毕后必须达到设计强度后方可开放交通。并对其及时进行养生、洒水、清扫，保证表面的湿度，夏季高温季节更要及时覆盖避免阳光曝晒，确保混凝土路面湿润、整洁防止因缺水养生而产生干缩裂缝或断板。5 水泥混凝土路面裂缝防治措施51 原材料的质量在实际施工过程中为防止早期裂缝的产生首先应该把好原材料的质量关。水泥厂送至工地的水泥必须附有出厂质量检验报告，并应对每批水泥进行抽检一旦发现品种不对、水泥安定性不好、有过期凝结或有质量问题的水泥就不能使用。由于泥土含量对于混凝土强度和耐久性影响极大所以沙、石材料尤其是细料中的泥土含量必须控制在一定的范围内，有条件的情况下应对砂、石料进行水洗。在选择混凝士骨料时应尽可能采用弹性模量较高的石料。在同等条件下采用低弹性模量骨料拌制的混凝土的干缩和徐变比采用高弹性模量骨料的混凝土大25倍左右，通常致密的石灰石、石英石比砂岩或卵石具有更高的弹性模量应该优先采用。52 混凝土混合料的振捣浇筑混凝土时应该用大功率的平板振动器充分振捣振捣时以能够把混凝土中的水泥浆提出为准。振捣混凝土时另一个应注意的问题是振捣的均匀性。振捣不好的部位，往往是混凝土板容易出现早期开裂的地方。53 施工中混合料含水量的控制目前，水泥混凝土路面施工中大多采用干硬性混凝土。相比之下干硬性混凝土的混合料中粗集料含量较多。水泥和水的用量较少。通过前面的分析可以看出这些特点对于混凝土路面早期裂缝的减少是有利的。但干硬性混凝土的和易性、工作性不太好，在减水剂使用不当的情况下更是如此。这些给路面施工时混凝土的摊铺和振捣都会带来不便，尤其是在采用小型机具进行混凝土施工的情况下。54 混凝土的养生混凝土浇筑完成后。养生工作的好环是决定混凝土板是否出现早期裂缝的重要因素。一般水泥混凝土在相对湿度大于94 的环境中硬化体积会有所膨胀。在此湿度以下硬化则是收缩的。而实际中水泥混凝土路面施工环境的相对湿度都处于94 以下。尽管如此，若养生合理，最大限度地减少水分蒸发直至水泥混凝土具有一定的抗拉强度、可以有效地减少早期裂缝。水泥混凝土路面早期养护的主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。混凝土常见的裂缝大多数裂缝是不同深度的表面裂缝，其主要是温度梯度造成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。适宜的温湿度条件是相互关联的，混凝土的保温措施常常也有保湿的效果。新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常引起水分损失，从而推迟或防碍水泥的水化，表面混凝土最容易且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期，在施工中应切实重视起来。55 混凝土板的切缝及时切缝是防止混凝土板早期出现严重通裂的主要措施切缝的时间应该尽可能地早些，许多文章提及了有关切缝时间的问题需要特别注意的是切缝的时间不是固定不变的即使在同一个工地也是如此，它应该随着环境的变化而及时调整。56 温度的控制为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。(1)拌和混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度；规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；施工中长期暴露的混凝土浇筑路面，在寒冷季节采取保温措施。(2)合理控制切缝时间；合理的安排施工工序，避免基础过大起伏，避免过大的高差和侧面长期暴露。57 外加剂为保证混凝土工程质量，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一(1)水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25 。(2)水泥用量也是控制混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。(3)减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。还可以提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。(4)混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。(5)掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。(6)掺外加剂的混凝土和易性好，表面易抹平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩。6 水泥混凝土裂缝的处理办法61 表面修补法在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，还可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。62 灌浆、嵌缝封堵法利用压力设备将水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。63 混凝土置换法先将损坏的混凝土剔除，然后再在原位置浇筑新的混凝土。7 结束语对混凝土结构产生裂缝的原因及防治措施进行了探讨。由于设计、施工、使用过程中存在的某些不足，也由于混凝土内在原因及温度变形、湿度变化、地基不均匀沉陷变形的影响，在水泥混凝土路面上难免发生各种类型的裂缝。但只要严格执行施工操作规程和技术要求，在施工中切实抓好各个环节，通过改善混凝土的质量和路面结构并采取有效的浇注后的防治措施，水泥混凝土路面的裂缝现象是可以避免的。总之诱发水泥混凝土路面产生裂缝的原因，既有单一因素，也有综合因素，所以探究裂缝成因时，应综合进行分析研究，寻找开裂真实原因，研究制定防治措施，加强施工管理，以确保水泥砼路面质量，减少裂缝造成的损失。8 参考文献：1 公路水泥混凝土路面设计规范JTG D4020022 公路养护技术规范JHG H1020093 JTG E422005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程4 JTG E302005公路工程集料试验规程5 菊丽艳。混凝土裂缝抑制措施的研究进展混凝土。20026 邱邑俊.浅谈水泥混凝土路面裂缝的防治j.黑龙江科技信息,2011.7 黄秒芬，李学魁，沈超.浅谈水泥砼路面裂缝成因及防治措施j.科技创新与应用,2012.8 冯跃涛.试论水泥砼路面早期裂缝危害及潜在问题的探讨j.科技信息，2010.9 致谢： 在本次论文的撰写中，我得到了鱼峰老师的精心指导，不管是从开始定方向还是在查资料准备的过程中，一直都耐心地给予我指导和意见，使我在总结学业及撰写论文方面都有了较大提高；同时也显示了老师高度的敬业精神和责任感。鱼峰老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不