水泥混凝土路面裂縫分析及處置11頁(yè)

1、水泥混凝土路面裂縫分析及處置1裂縫產(chǎn)生原因分析     水泥砼板面的裂縫，可分為表面裂縫和貫穿板全厚度的裂縫（簡(jiǎn)稱為貫穿裂縫）。11 .表面裂縫水泥砼板面的表面裂縫主要是由砼混合料的早期過(guò)快失水和碳化收縮引起的，具體如下：      由于構(gòu)成混合料的各種固體的顆粒大小，密度不同，混合料不可避免發(fā)生分層離析，再者由于配合比不當(dāng)，操作不當(dāng)，砼的顆粒不均勻，離析就會(huì)加大，即重顆粒下沉，水分向上遷移，從而形成表面泌水，結(jié)果就會(huì)使水泥砼表面含水量增加，當(dāng)混合料表面水的蒸發(fā)速度比泌水速度快時(shí)，水的蒸發(fā)面就會(huì)深入到混合料表面之內(nèi)，水面形成凹面。由于

2、凹面較凸面所受壓力大，同時(shí)顆粒間產(chǎn)生毛細(xì)管張力，促使顆粒凝聚。當(dāng)水泥砼表面尚未充分硬化，不能抵抗這一表面張力時(shí)，砼表面則發(fā)生裂縫。這種塑性裂縫的產(chǎn)生時(shí)間，大致與泌水消失時(shí)間相對(duì)應(yīng)，在砼澆筑之后數(shù)小時(shí)，砼表面將普遍出現(xiàn)細(xì)微的龜裂。      砼碳化收縮也會(huì)引起其表面龜裂。當(dāng)砼的水泥用量低，水灰比較大時(shí)，空中的CO2易滲透到水泥砼內(nèi)，與其中的堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鹽和水。      水泥砼的碳化反應(yīng)在空氣相對(duì)濕度為30%50%時(shí)最為激烈。碳化引起的收縮僅限于水泥砼路面表面，只產(chǎn)生混凝土的表面裂縫，碳化收縮的速度較失水速度慢，因而帶來(lái)

3、危害并不大，但都會(huì)給水泥砼路面的耐磨性，表面抗滑性及行車(chē)舒適性帶來(lái)不利影響。12貫穿裂縫     水泥砼路面貫穿裂縫為貫穿板全厚度的橫向裂縫，縱向裂縫，交叉裂縫，板角斷裂等。121橫向裂縫     垂直于行車(chē)方向的有規(guī)則裂縫稱為橫向裂縫，導(dǎo)致水泥砼路面出現(xiàn)橫向裂縫的原因較多，大致可以歸納如下幾方面：     （1）干縮裂縫     在水泥砼中，水在水泥石中以化學(xué)結(jié)合水，層間水，物理的吸附水，還有毛細(xì)管水等狀態(tài)存在著。當(dāng)這些水在砼硬化過(guò)程中失去時(shí)，水泥漿體就會(huì)產(chǎn)生收縮，這就是干

4、縮，當(dāng)收縮受到條件限制時(shí)，產(chǎn)生收縮應(yīng)力，這就會(huì)引起干燥收縮裂縫。水泥漿體干縮的限制主要是砼骨料對(duì)水泥漿的限制。在普通水泥砼中，水泥漿的收縮率被限制了90%，所以砼內(nèi)部經(jīng)常存著引起干縮裂縫的應(yīng)力狀態(tài)。干縮裂縫引發(fā)的路面橫向裂縫，往往是在砼水化硬化的早期。有資料表明，水泥砼20年收縮量的14%34%發(fā)生在水泥砼的14d齡期內(nèi)，40%80%發(fā)生在3個(gè)月齡期內(nèi)。     （2）冷縮裂縫和一般材料一樣，水泥砼具有熱脹冷縮性能。砼板塊的冷縮卻是在相鄰部或整體性限制條件下發(fā)生的，熱脹屬于變形壓縮，而冷卻則屬于拉伸變形，這樣就容易引起開(kāi)裂。水泥砼在硬化過(guò)程中是一個(gè)放熱反應(yīng)，板塊溫

5、度上升。在通常溫度范圍內(nèi)，砼上升1，每米膨脹0.01mm，這種變形，對(duì)大面積板塊極為不利。      水泥水化過(guò)程中放熱速度是變化的，初始較慢，25min后增濕，大約在水泥終凝后12h的水化熱溫度可達(dá)8090，使內(nèi)部砼產(chǎn)生顯著的體積膨脹，而板面溫度隨著晚上氣溫降低，濕水養(yǎng)護(hù)而冷卻收縮，致使砼路面內(nèi)部膨脹，外部收縮，產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，當(dāng)外部砼所受拉應(yīng)力一旦超過(guò)砼當(dāng)時(shí)的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，板塊就會(huì)產(chǎn)生裂縫或橫向斷裂。此外，從表中可得到，由于放熱過(guò)程中放熱率變化，水泥砼溫度將產(chǎn)生變化，當(dāng)混凝土從最高溫度降溫時(shí)，由于受到已有基層或已有硬化混凝土的約束力，在溫度下降時(shí)，就不能自

6、由收縮，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。     （3）切縫不及時(shí)  為防止水泥砼路面的干縮裂縫和冷縮裂縫，人們采用切縫將路面分塊。我國(guó)現(xiàn)行的水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，路面板長(zhǎng)不大于6m，板塊寬不大于5m。但由于施工中切縫的時(shí)間難以控制得當(dāng), 造成砼路面出現(xiàn)橫向裂縫。從砼收縮因素考慮，最后是水泥砼中水泥水化初階段切縫，但因砼抗壓強(qiáng)度不足，根本無(wú)法切縫。     一般砼抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/81/7，即約為4.3Mpa5.0Mpa。可見(jiàn)，氣溫下降30的溫度就歷程將超過(guò)砼的抗拉強(qiáng)度，板塊的橫向斷裂就難以避免。但對(duì)于己切縫的砼板，除第一天的應(yīng)力有

7、可能大于該齡期的抗折強(qiáng)外，其余溫度應(yīng)力均小于相應(yīng)齡期的要求。所以切縫不及時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致水泥砼路面橫向裂縫產(chǎn)生。122  縱向裂縫     順向方向出現(xiàn)的裂縫稱為縱向裂縫。水泥砼路面的傳荷順序?yàn)槊鎸?，基層、墊層、路基。盡管面層板傳到路基頂面的荷載應(yīng)力值很小，往往不會(huì)超過(guò)0.05Mpa，但路基的支承條件卻是很重要的。由于填料土質(zhì)不均勻，溫度不均勻，膨脹土、凍脹，壓實(shí)不足等多種原因，都會(huì)直接導(dǎo)致路基支承不均勻，在砼澆筑之前未嚴(yán)格檢查基底彈性模量Et是否符合規(guī)范要求，而盲目施工，在路基稍有沉陷的情況下，在板自重和行車(chē)壓力作用下而產(chǎn)生縱向斷裂。剛開(kāi)始時(shí)縫很細(xì)，一般小

8、于0.05mm，但隨著雨水侵入和浸泡基層，使其表層軟化，液化而產(chǎn)生唧泥、淘空，使裂縫加大。拓寬路基時(shí)，由于路基處理不當(dāng)，新路基出現(xiàn)沉降，砼板下沿縱向出現(xiàn)脫空。在車(chē)輛荷載作用下，使砼板發(fā)生縱向斷裂。123  交叉裂縫     兩條或兩條以上相互交錯(cuò)的裂縫稱為交叉裂縫。產(chǎn)生交叉裂縫的主要原因：      水泥砼強(qiáng)度不足，在輪載和溫度作用下會(huì)出現(xiàn)交叉裂縫。      路基和基層的強(qiáng)度與水穩(wěn)性差，一但受到水的侵入，將會(huì)發(fā)生不均勻沉陷，在車(chē)輛荷載（特別是重載）作用下，砼板塊出現(xiàn)交叉裂縫。  &#

9、160;   水泥的水化反應(yīng)和堿骨料反應(yīng)。水泥水化反應(yīng)在砼發(fā)生升溫和降溫過(guò)程中產(chǎn)生體積的脹縮變形，在內(nèi)部骨料及外部邊界約束下使砼的自由脹縮變形受阻，而產(chǎn)生拉壓應(yīng)力。同樣在水泥的生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一些過(guò)燒的CaO和mgO它們的水化速度較慢，往往在水泥硬化后再水化，引起水泥漿體體積膨脹，開(kāi)裂甚至潰散。同時(shí)由于水泥在生產(chǎn)過(guò)程中燒成溫度不好控制，水泥的安定性不良，澆筑之后的砼路面就會(huì)產(chǎn)生大面積龜裂。124  板角裂縫     與砼板角兩邊接縫相連的貫穿板厚的裂縫稱為板角斷裂。板角是砼路面板的薄弱部位，由于側(cè)模的模壁效應(yīng)，施工時(shí)插入式振搗器很難保證

10、砼完全密實(shí)，板角密實(shí)度不夠強(qiáng)度相對(duì)較小，而在受力上板角較為不利。相鄰板角之間無(wú)傳力桿，傳荷能力較差。在車(chē)輪荷載作用下荷載應(yīng)力較集中，除在砼路面的起始點(diǎn)主要有角隅及邊緣鋼筋外，其它部位均未設(shè)加強(qiáng)筋，而且一旦砼路面板接縫進(jìn)水，板下就會(huì)出現(xiàn)唧泥，脫空現(xiàn)象。板角更是處于不利狀況，車(chē)輪荷載作用在板角時(shí)就很容易出現(xiàn)板角斷裂。2 裂縫修補(bǔ)21 裂縫修補(bǔ)材料的選擇原則理想的裂縫修補(bǔ)材料必須滿足以下性能要求：      粘結(jié)強(qiáng)度高；     防水抗?jié)B性好；     在自然溫度范圍內(nèi)具有較好的穩(wěn)定性； 

11、   優(yōu)良的抗嵌入性；     優(yōu)良的耐久性；     使用方便、施工快捷；     對(duì)環(huán)境無(wú)污染；     與基質(zhì)混凝土具有較好的相容性。22 修補(bǔ)材料和基質(zhì)砼的相容性     修補(bǔ)材料是否成功有效，取決于基礎(chǔ)砼和舊砼是否有較好的相容性。其相容性表現(xiàn)在以下幾方面：收縮應(yīng)變、蠕變系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、彈性模量、泊松比、抗張強(qiáng)度、疲勞性能、粘結(jié)力、孔隙率和電阻率、化學(xué)活性等。     修補(bǔ)材料必須是一種

12、低收縮材料，否則將在修補(bǔ)層出現(xiàn)張應(yīng)力。修補(bǔ)材料的蠕變特性則應(yīng)根據(jù)具體使用環(huán)境而定，使修補(bǔ)材料和基質(zhì)混凝土結(jié)合良好，所受應(yīng)力在最低 范圍內(nèi)；修補(bǔ)材料的熱膨脹系數(shù)及彈性模量，泊松比等與基質(zhì)砼應(yīng)盡可能地保持一致，在溫差變化及應(yīng)力作用下，材料界面不至于出現(xiàn)應(yīng)力集中，保證界面的良好結(jié) 合；修補(bǔ)材料的抗張拉強(qiáng)度必須優(yōu)于基質(zhì)砼；修補(bǔ)材料必須具備優(yōu)良的疲勞性能和較強(qiáng)的粘結(jié)力，從而保證修補(bǔ)材料的耐久性，在配筋路面，修補(bǔ)材料必須和基質(zhì)材 料具備相似的孔隙率和電阻率，如果修補(bǔ)材料的孔隙率及電阻率差異較大，則會(huì)導(dǎo)致修補(bǔ)區(qū)域和基質(zhì)砼區(qū)域的溶液電位差增加，在特定區(qū)域鋼筋電化學(xué)，腐蝕加劇， 導(dǎo)致修補(bǔ)失效，修補(bǔ)材料必須具備優(yōu)

13、良的化學(xué)穩(wěn)定性，較低的化學(xué)活性，優(yōu)良的護(hù)筋性及與水泥砼中的骨料不發(fā)生堿集料反應(yīng)等特點(diǎn)。23 水泥砼裂縫修補(bǔ)材料     裂縫修補(bǔ)材料根據(jù)其功能可分為高模量補(bǔ)強(qiáng)材料和低模量密封材料。前者固化后具有較高的強(qiáng)度和剛度，后者則具有較大的柔性。當(dāng)水泥砼路面由于裂縫造成強(qiáng)度不足 時(shí)，宜選用高模量補(bǔ)強(qiáng)材料。因?yàn)樾扪a(bǔ)材料太低，將降低應(yīng)力傳遞效果，起不到補(bǔ)強(qiáng)材料。因?yàn)樾扪a(bǔ)材料太低，將降低應(yīng)力傳遞的效果，起不到補(bǔ)強(qiáng)作用。當(dāng)水泥砼 路面僅出現(xiàn)貫穿裂縫，而板面強(qiáng)度仍能滿足通車(chē)時(shí)，為防止雨水和空氣的侵蝕，裂縫擴(kuò)大而削弱路基，可選用低模量密封修補(bǔ)材料，將裂縫封閉。典型的高模量補(bǔ)強(qiáng)材料有環(huán)氧樹(shù)

14、脂類，酚醛和改性酚醛樹(shù)脂類膠粘劑，低模量密封材料有聚氨脂類、烯類、橡膠類、瀝青類膠粘劑。本文主要介紹環(huán)氧樹(shù)脂類，聚氨脂類灌漿材料，烯類裂縫修補(bǔ)材料，聚合物現(xiàn)性水泥砂漿類裂縫修補(bǔ)材料。     （1）環(huán)氧樹(shù)脂類修補(bǔ)材料環(huán)氧樹(shù)脂類修補(bǔ)材料的主要組分是環(huán)氧樹(shù)脂，它是含有兩種以上環(huán)氧化基因的高分子化合物，常見(jiàn)的環(huán)氧樹(shù)脂可分為兩類，一類是縮水甘油基型環(huán)氧樹(shù)脂；一類是環(huán)氧化烯烴。水泥砼路面修補(bǔ)中使用的環(huán)氧樹(shù)脂類材料大多屬縮水甘油基型，常用的有由多元酚和多元醇制備的雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂。這 類環(huán)氧樹(shù)脂剛性大，延性小、質(zhì)脆，與舊混凝土膠接時(shí)，界面易產(chǎn)生集中而開(kāi)裂。而環(huán)氧樹(shù)脂改性后，即保

15、持了強(qiáng)度高，粘附力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又通過(guò)改性降低脆性，提高韌性，最重要的一類用于水泥砼路面裂縫修補(bǔ)的是聚硫改性環(huán)氧灌漿材料。以環(huán)氧樹(shù)脂100g，聚硫橡膠50g和DMP-30（固化劑）10g混合而成的改 性環(huán)氧樹(shù)脂，抗拉強(qiáng)度高達(dá)50.6Mpa，延伸率達(dá)5%；用環(huán)氧樹(shù)脂6101號(hào)100g, 聚硫橡膠（分子量1000）30g，生石灰（過(guò)160 目，600活化4h）30g，固化劑1號(hào)20g，（KH-550）30g，混合成的改性環(huán)氧25下45min或基本凝固，3-5h后則可達(dá) 21-23mpa的抗剪強(qiáng)度，這兩種配方的改性環(huán)氧樹(shù)脂在我國(guó)實(shí)際工程中均有應(yīng)用，效果良好。另一類改性環(huán)氧為914雙組份快速固化裂縫修補(bǔ)材

16、料，用 711脂環(huán)族雙縮水骨油脂環(huán)氧，712環(huán)氧樹(shù)脂和703固化劑組成的914雙組份室溫快速固化膠粘劑，25下3h抗剪強(qiáng)度最高可達(dá)到30mpa左右，采 用間苯=酚雙縮水甘油醚70g等量間苯=酚和間苯=酚分甲醛樹(shù)脂混合物的環(huán)氧化合物30g，J=烯雙環(huán)氧20g，無(wú)機(jī)填料60g，低分子聚酰胺 80g，2，4-甲苯=胺20.5g，液體聚硫20.5g，混合成的改性聚硫環(huán)氧灌漿材料，在常溫下凝膠時(shí)間為1.7h，室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)20Mpa。以上幾種修補(bǔ)材料在我國(guó)試用以后，效果不錯(cuò)，特別是914雙組組份快速固化膠粘劑，現(xiàn)在已廣泛采用。     （2） 聚氨脂類灌漿材料聚氨脂類灌漿材

17、料主要是由多異氰酸和聚氨基甲酸脂組成，其具有高度的極性和活潑性，對(duì)水泥砼具有極強(qiáng)的粘附性能，而且聚氨脂具有柔性分子 鏈，它的耐震性及抗疲勞性能都很好，并且它還有一個(gè)重要的特點(diǎn)是它的耐低溫性能好，它比其它任何其它的膠粘性材料都具有更好的耐寒性。因此由它配成的裂縫 灌漿材料耐氣候性好，適宜于不同季節(jié)和地區(qū)使用，而且聚胺固化時(shí)，幾乎沒(méi)有任何副產(chǎn)品產(chǎn)生，因此不會(huì)產(chǎn)生膠接層缺陷。     （3）烯類裂縫補(bǔ)材料烯 類裂縫修補(bǔ)材料采用烯類聚合物配制而成，通常有兩大類：一類是以烯類單體或預(yù)聚體作膠粘劑，在固化過(guò)程中發(fā)生聚合；另一類是以高分子聚合物本身作膠粘劑。 用于水泥砼路面裂縫

18、修補(bǔ)的烯類材料主要有兩類：其一為氰基丙烯酸酯膠粘劑，主要成分是-氰基丙烯酸酯，通過(guò)增稠劑和增塑劑等改善工作性和抗沖擊性能，其 特點(diǎn)是粘度低，固化時(shí)間短，透明性好，膠結(jié)強(qiáng)度強(qiáng)，氣密性好，不足之處是價(jià)格較高，抗沖擊性能較差；另一類為（甲基）丙烯酸酯樹(shù)脂粘劑，甲基丙烯酸樹(shù)脂具 有三向交聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以耐熱性，耐水性、耐介質(zhì)以及耐大氣老化性能較好，收縮率低，強(qiáng)度高，因（甲基）丙烯酸脂樹(shù)脂粘劑粘度較其它有機(jī)高分子材料低，常與水 泥復(fù)合成樹(shù)脂改性砼對(duì)寬裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，（甲基）丙烯酸酯樹(shù)脂膠粘劑制備工藝復(fù)雜，為調(diào)節(jié)固化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)性能，需要摻入大量的外加劑。     （4）聚合物改性水

19、泥砂漿類裂縫修補(bǔ)材料普 通水泥砂漿因收縮大，粘結(jié)強(qiáng)度低等原因較少用于裂縫的修補(bǔ)，而通過(guò)聚合物乳液改性水泥砂漿能提高其工作性能，減少漿體收縮，提高粘結(jié)強(qiáng)度，以及砂漿的綜合 力學(xué)性能，改善防水抗?jié)B能力及抗凍融能力，降低純聚合物材料的費(fèi)用等。常用于裂縫修補(bǔ)的聚合物改性水泥砂漿有聚醋酸乙烯乳液改性水泥砂漿，聚丙烯酸酯乳液 改性水泥砂漿，環(huán)氧樹(shù)脂改性水泥砂漿，不飽和聚酯樹(shù)脂改性水泥砂漿及丁苯膠乳改性水泥砂漿等。24裂縫修補(bǔ)方法     砼路面的裂縫情況比較復(fù)雜。修補(bǔ)時(shí)要根據(jù)具體的情況采取相應(yīng)的修補(bǔ)措施對(duì)砼路面裂縫的修補(bǔ)可采用壓注灌漿法、擴(kuò)縫灌漿法、直接灌漿法和條帶罩面法。2

20、41壓注灌漿法     對(duì)寬度在0.5mm以下的非擴(kuò)展性的表面裂縫，可采取壓注灌漿法。     (1)用壓縮空氣清除縫隙中泥土雜物；     (2)將松香和石蠟按1：2配制并加熱溶化；     (3)每隔30cm安置一個(gè)灌漿嘴；     (4)用膠帶將縫口貼牢，并在灌漿嘴及膠帶上加封松香石臘；     (5)用壓力灌漿器將灌漿材料溶液壓入縫內(nèi)。242擴(kuò)縫灌漿法     對(duì)局部性裂縫且縫口

21、較寬時(shí)?？刹扇U(kuò)縫灌漿法。     (1)先順著裂縫用沖擊電鉆將縫口擴(kuò)寬成1.5cm的溝槽，槽深根據(jù)裂縫深度確定，最大深度不得超過(guò)23板厚。     (2)用壓縮空氣吹除砼碎屑，填入粒徑為0.5cm的清潔的小石屑(含泥量小于1)。     (3)根據(jù)選用的裂縫修補(bǔ)材料使用方法，準(zhǔn)備好灌漿材料。     (4)灌入選用的裂縫修補(bǔ)材料。     (5)用遠(yuǎn)紅外燈加熱增強(qiáng)2h一3h即可通車(chē)。243直接灌漿法     對(duì)非擴(kuò)

22、展性裂縫，可采取直接灌漿法。     (1)先將縫內(nèi)泥土、雜質(zhì)清除干凈，隨后用鋼絲刷將縫口刷一遍，并用吸塵器將浮土吸掉，確?？p內(nèi)無(wú)水、干燥。     (2)縫內(nèi)及路面先鋪一層聚氨脂底膠層，厚度為0.3±0.1mm。底膠用量為0.15kgm2，底膠鋪設(shè)采用涂刷方法。     (3)準(zhǔn)備好灌漿材料。     (4)將灌漿材料灌入縫內(nèi)，固化后達(dá)到通車(chē)強(qiáng)度，即可放行。244條帶罩面法     對(duì)貫穿全厚的開(kāi)裂狀裂縫，宜采取條帶罩面法進(jìn)行修補(bǔ)。&

23、#160;    (1)首先順裂縫兩側(cè)各約20cm，且平行于縮縫切7cm10cm  深兩條橫縫。     (2)在兩橫縫內(nèi)側(cè)用風(fēng)鎬或液壓鎬鑿除混凝土7cm10cm。     (3)沿裂縫兩側(cè)10cm每隔50cm鉆一對(duì)把釘孔，鈀釘孔的直徑略大于鈀釘?shù)闹睆健?#160;    (4)用由16螺紋鋼筋制成長(zhǎng)20cm、彎鉤長(zhǎng)7cm的把釘。     (5)將孔槽內(nèi)填滿快硬砂漿，安裝把釘。     (6)人工將切割的縫內(nèi)壁鑿毛，以增強(qiáng)新老砼的粘結(jié)力。人工去除已破裂尚未掉下來(lái)的表面裸石。     (7)在修補(bǔ)面上先刷一層同砼配比的修補(bǔ)砂漿，然后澆筑快硬混凝土。     (8)噴灑養(yǎng)生劑養(yǎng)生。為防止修補(bǔ)砼中