摘要：本文對定州電廠進(jìn)廠公路水泥混凝土路面面板斷裂的原因進(jìn)行細(xì)致的分析并提出防治的措施，具有一定的代表性，對指導(dǎo)類似工程施工有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：面板斷裂 水化反應(yīng) 翹曲應(yīng)力 摩阻
在修筑水泥混凝土路面中，常會遇到面板斷裂的問題，給施工和養(yǎng)護(hù)維修帶來許多麻煩，也降低了公路的使用年限。本文擬結(jié)合修建國華定州電廠進(jìn)廠公路的體會，對水泥混凝土路面斷板的原因進(jìn)行了分析，談一些個人看法，以便為今后水泥混凝土路面的修建提供參考。
一、路面結(jié)構(gòu)及混凝土拌合攤鋪
結(jié)構(gòu)形式：在經(jīng)過處理后的路基上鋪筑一層厚為20～30cm拌合均勻、壓實度高的全封閉式的三灰穩(wěn)定土基層；然后是厚度為23cm的水泥混凝土面層。要求混凝土抗壓強度大于35MPa；抗折強度大于4.5MPa。
面層的施工從原材料的采購，混凝土的配制、拌合及攤鋪成型等，都嚴(yán)格按規(guī)范施工，其質(zhì)量都是良好的。但在個別處發(fā)現(xiàn)了斷板和龜裂現(xiàn)象。
二、裂縫發(fā)生的位置
水泥混凝土面板為半幅路面，寬度為7m，中間設(shè)縱向帳縫。面板每隔5.0m長為一道縮縫，縮縫由切縫機下切6.0cm深，切縫用液態(tài)瀝青填縫。面層裂縫一般出現(xiàn)在板塊1/2～1/3處，為橫向裂縫，在切縫邊緣角隅處有斜向夾角45°的裂縫（如圖1所示）?？v向裂縫極小，也很短。另外，在個別面板上有不規(guī)則的網(wǎng)狀龜裂。
三、裂縫形成的主要原因及防治
（一）內(nèi)部水化反應(yīng)引起面板龜裂以致最終斷裂。
水泥混凝土在硬化期間，由于水化反應(yīng)產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土溫度上升，外界氣溫同混凝土本身溫度形成溫差，而混凝土的上表面、下表面的溫度與混凝土內(nèi)部的溫度又形成溫度的梯度變化。由于溫度的變化使混凝土產(chǎn)生了伸縮應(yīng)變，內(nèi)部混凝土受周圍混凝土的約束，不能自由伸縮，因而產(chǎn)生壓應(yīng)力；而周圍的混凝土又受到內(nèi)部混凝土的擠壓，使混凝土面板向外產(chǎn)生了張拉應(yīng)力，這是混凝土本身由于水化反應(yīng)產(chǎn)生的張拉應(yīng)力。混凝土在凝結(jié)硬化過程中，本身的抗張拉應(yīng)力在逐漸增長（在28天的齡期才到達(dá)設(shè)計要求的強度，其張拉應(yīng)力僅是抗壓應(yīng)力1/10～1/13）。如果混凝土由于熱脹產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了混凝土的抗張拉應(yīng)力，混凝土面板就產(chǎn)生裂縫。由于裂縫的逐漸加深，板面開裂，形成斷板。
預(yù)防措施：
（1）面板混凝土澆注后，應(yīng)及時進(jìn)行切縫處理，用以減少混凝土面板熱脹時的約束力。
?。?）加強養(yǎng)生，降低溫差。養(yǎng)生的作用有兩點：一是混凝土的水化反應(yīng)有一個峰值期，在這個峰值期，混凝土表層的蒸發(fā)率與當(dāng)時外界的氣溫、濕度、混凝土表面的溫度以及風(fēng)速等有關(guān)。當(dāng)混凝土表層水分的蒸發(fā)量超過1.51/㎡/H時，如果沒有水分補充，混凝土就可能出現(xiàn)裂縫，所以養(yǎng)生是防止混凝土表層水分散失過大、過快的一種措施。其二、混凝土拌合時的用水量，絕大部分是起和易性的作用，只有少量是用以水化反應(yīng)。在混凝土硬化過程中，由于水的熱容量大，導(dǎo)熱性也高，水化熱通過水的傳導(dǎo)蒸發(fā)而減少。但由于水分的減少，使混凝土內(nèi)的熱容量降低，而水化反應(yīng)在不斷地析出熱量，會使混凝土的熱脹速度加快，因而張拉應(yīng)力也就增大了。養(yǎng)生就是使混凝土內(nèi)的水分降低速度減緩，使水化熱通過水的傳導(dǎo)作用而降低了混凝土的張拉應(yīng)力。在張拉應(yīng)力小于抗張拉應(yīng)力的條件下，混凝土面板就不會因水化反應(yīng)而出現(xiàn)裂縫。
（3）在混凝土施工中盡量采用水化熱值低的中熱低堿水泥或道路專用水泥。在這方面，日本道路公團(tuán)對混凝土路用水泥規(guī)定中明確提出7天水化熱少于70卡/克的要求。
（二）混凝土面板的翹曲應(yīng)力引起面板斷裂。混凝土面板在澆注后，由于外界氣溫的變化，使面板發(fā)生翹曲，經(jīng)過多次的反復(fù)彎曲會使面板發(fā)生裂縫，最終斷裂。對于新澆注的混凝土，其強度隨著齡期延長在增加，在澆注后的最初3、4天內(nèi)，增長率約為28天強度的40%～55%。這幾天混凝土的水化反應(yīng)處于高峰期，如果白天氣溫高，板頂同板底有一個溫差，板表面伸長大于底表面，板塊呈凸型翹曲，頂面出現(xiàn)拉應(yīng)力。到晚上溫度回落，板塊呈凹型翹曲，頂面出現(xiàn)壓應(yīng)力。板塊的這種翹曲變化又受混凝土固有的抗張拉應(yīng)力的影響。當(dāng)外界的拉應(yīng)力大于內(nèi)部的抗拉應(yīng)力時，面板就易發(fā)生裂縫。尤其是當(dāng)混凝土的強度處在低值期，水化反應(yīng)劇烈，各種預(yù)防措施跟不上，更易發(fā)生裂縫。
預(yù)防措施：
?。?）盡量避免在高溫天氣澆注混凝土，酷暑季節(jié)宜在黃昏后施工，并灑水降低基層表面溫度，減少混凝土水分的損失。
?。?）由于板的翹曲變化除了溫差外，還與混凝土面板的長度、寬度等因素有關(guān)。所以，面板混凝土澆注后，應(yīng)及時進(jìn)行切縫處理。
?。?）加強養(yǎng)生，用濕的草袋等覆蓋混凝土面板。
防止面板斷裂，應(yīng)特別重視對混凝土面板的適時切縫。從整個定州電廠進(jìn)廠公路施工中我們體會到：凡在規(guī)定時間內(nèi)切縫并填封液態(tài)瀝青的面板。均在切縫口下端出現(xiàn)正常的斷裂（圖2），相反則發(fā)現(xiàn)其斷裂不規(guī)則（圖3）。
（三）基層（三灰穩(wěn)定土）摩阻力增大，使面板在薄弱部位發(fā)生裂縫?；鶎油炷撩鎸娱g的摩阻力，阻礙著面板的自由伸縮，摩阻力愈大，面板愈不易伸縮。在水化反應(yīng)高潮期以及外界高溫條件下，板塊發(fā)生翹曲變化，在重力作用下發(fā)生剪切變形。而摩阻力的大小是確定面板極限長度的一個因素。過大的阻力，使面板的分塊長度減少，增加了切縫數(shù)量。在施工現(xiàn)場，常有水泥穩(wěn)定層平整度差，起伏過大，經(jīng)施工車輛碾壓后發(fā)生破碎脫落，出現(xiàn)大小不等的坑槽；而這些坑槽又沒有及時修補，最后與水泥混凝土面板一起澆注，在面板底部出現(xiàn)凸起的混凝土鐘乳塊，極大地增加了基層摩阻力，阻礙了面板的熱脹伸縮，增大了內(nèi)力促使面板向上拱起，在重荷作用下，易出現(xiàn)裂縫。
預(yù)防措施：施工中嚴(yán)格控制基層表面標(biāo)高及表面的平整度；及時修補坑槽。
?。ㄋ模┧嗷炷撩姘搴穸葒?yán)重不足而發(fā)生裂縫形成斷板。在施工中混凝土面層的厚度如果減少，在設(shè)計荷載不改變的情況下，面板極易斷裂。這是因為混凝土受壓時，最大伸長變形是沿橫向的。根據(jù)虎克定律：伸長同試件的長度、拉力成正比，同試件的截面面積成反比，即△L=PL/EF；而作用在橫截面的正應(yīng)力為б。
△L--伸縮長度；
P--壓縮時產(chǎn)生的拉應(yīng)力；
L--試件長度；
E--混凝土彈性模量；
F--混凝土截面面積；
σ。-- 混凝土正應(yīng)力；
由于面板厚度減少，橫截面積也就減少了，因而混凝土受的正應(yīng)力就增大了，面板易開裂，在45°有斜截面斷裂（最大正應(yīng)力在橫截面上，其值為σ。；最大剪應(yīng)力與軸線成45°的斜面上其值為1/2б。），從而嚴(yán)重降低了路面的使用年限。
國外有資料指出，路面計算厚度即使減少2cm，也就會使路面的使用期限縮短25%。國內(nèi)學(xué)者同濟(jì)大學(xué)教授姚祖康也有同感，他認(rèn)為“假若設(shè)計厚度為22cm混凝土面板，抗彎拉強度為4.5MPa，如果在施工中厚度減少1.0cm內(nèi)應(yīng)力將增加7.4%，壽命減少60.6%，即年限將由于30年降為20年，上述論點在學(xué)術(shù)上盡管還有爭議，但也從一個角度上說明了保證混凝土面板厚度的重要性。
預(yù)防措施：
?。?）嚴(yán)格控制礫石基層的施工標(biāo)高，不允許出現(xiàn)誤差，使面層寧厚勿薄。
（2）在面板厚度無法保證的個別地段，應(yīng)采取補強處理（變素性混凝土為鋼筋混凝土）。
四、斷板的補救辦法
出現(xiàn)斷板應(yīng)積極地采取有效的補救措施，其主要方法有：
（1）鑿開斷裂面，清除松散混凝土，留出一定寬度，填充微膨脹混凝土。
?。?）伸縮聯(lián)結(jié)，在橫向裂縫有比較順直時，實行切縫處理，增添一道縮縫。
?。?）在裂縫不太嚴(yán)重時，灌入SC-1粘接劑。
?。?）斷板嚴(yán)重時，應(yīng)拆除面板，重新澆注混凝土。
綜上所述，對于混凝土面板的斷裂，在工作中只有老老實實地按科學(xué)態(tài)度辦事，認(rèn)真組織，精心施工，采取積極有效的預(yù)防措施，面板的斷裂是可以防止的。
參考文獻(xiàn)：
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