HEC混凝土路面斷板開(kāi)裂的原因及質(zhì)量管理預(yù)防措施

HEC混凝土路面斷板開(kāi)裂的原因及質(zhì)量管理預(yù)防措施摘要本文論述了HEC混凝土路面斷板開(kāi)裂的形式及其產(chǎn)生的原因，同時(shí)提出了作為質(zhì)量控制的監(jiān)理部門(mén)在施工過(guò)程中所應(yīng)采取的預(yù)防措施。關(guān)鍵詞HEC混凝土路面斷板開(kāi)裂原因預(yù)防措施一、概述HEC全名高強(qiáng)高耐水土體固結(jié)劑，是一種無(wú)機(jī)水硬性膠凝材料。由于HEC高強(qiáng)高耐水土體固結(jié)劑混凝土路面具有以下特點(diǎn)：作為主要指標(biāo)的抗折強(qiáng)度早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度穩(wěn)定發(fā)展，骨料可利用開(kāi)挖棄渣、天然砂礫石毛料（含泥量≤8%）。使其被國(guó)家科技部列為2003年國(guó)家級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃，而得到廣泛運(yùn)用。但是HEC混凝土與普通水泥混凝土一樣是一種非均質(zhì)的脆性混合材料，其最大的缺點(diǎn)是韌性差，抗拉強(qiáng)度低（與其抗壓強(qiáng)度相比）。HEC混凝土路面屬于高級(jí)路面，其剛性結(jié)構(gòu)的完整性，有賴于結(jié)構(gòu)板塊本身的完整性及其下層結(jié)構(gòu)的整體剛性效能。無(wú)論是施工過(guò)程中，還是行車期間，防止和處置各類斷板開(kāi)裂現(xiàn)象的發(fā)生和發(fā)展，是維持和保證HEC混凝土路面使用效果與其耐久性的最基本的要求。但是，由于HEC混凝土的非均質(zhì)性、低韌性、早強(qiáng)性及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件、施工工藝與水平的可變性，很難完全避免HEC混凝土路面板的斷板與開(kāi)裂現(xiàn)象。所以，控制HEC混凝土路面的斷板、開(kāi)裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，便成為現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制的重要組成部分。根據(jù)近年來(lái)，HEC混凝土路面施工質(zhì)量控制的經(jīng)驗(yàn)，以及有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證，本文著重從HEC混凝土路面斷板開(kāi)裂的形式、產(chǎn)生破壞的原因及預(yù)防處置的措施，談一些淺顯的看法以供參考。二、HEC混凝土路面斷板及開(kāi)裂的形式與規(guī)律性1、斷板（1）、運(yùn)營(yíng)前（早期）斷板：主要發(fā)生在HEC混凝土路面澆筑成型初期，其特點(diǎn)是斷裂形式及規(guī)律性明顯，裂縫橫向間距4~6米不等。（2）、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的斷板當(dāng)路基出現(xiàn)沉降或運(yùn)行實(shí)際荷載大于設(shè)計(jì)荷載時(shí)，極可能發(fā)生斷板，此時(shí)斷板的規(guī)律性不如早期明顯，但路面混凝土斷裂的同時(shí)，多伴有基層開(kāi)裂。2、路基不均勻下沉產(chǎn)生的斷板或開(kāi)裂當(dāng)路基發(fā)生較明顯的不均勻沉降時(shí)，則HEC混凝土路面斷板、開(kāi)裂將無(wú)法避免。其特點(diǎn)是：斷板、裂縫均不規(guī)則，破壞性大，甚至造成相鄰斷塊間的顯著高差，裂縫明顯。3、基層開(kāi)裂引起的反射裂縫當(dāng)水泥穩(wěn)定層在施工過(guò)程中產(chǎn)生橫向裂縫時(shí)，如果在未采取預(yù)防與隔離措施的情況下繼續(xù)澆筑HEC混凝土面板，那么在溫度變形的影響下，因水泥穩(wěn)定層斷板板塊的微量位移，會(huì)使得HEC混凝土路面板在基層斷裂縫附近產(chǎn)生裂縫或斷板。4、收縮裂縫收縮裂縫的主要表現(xiàn)形式為不規(guī)則短小裂縫，其深度一般未至板底，但可能在混凝土內(nèi)部的裂縫長(zhǎng)度大于表面可見(jiàn)裂縫的長(zhǎng)度，且局部斷續(xù)的裂縫在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，還有進(jìn)一步延伸及貫通的可能。5、HEC混凝土板縱向裂縫HEC混凝土路面板的縱向裂縫的產(chǎn)生主要有以下兩種形式：ⅰ、因路基內(nèi)管涵部位及其周圍回填不密實(shí)，致使使用過(guò)程中路基發(fā)生不均勻沉降而形成沿管涵方向的縱向裂縫，這類裂縫形式規(guī)則，且裂縫寬度較大，長(zhǎng)度較長(zhǎng)。ⅱ、HEC路面混凝土板強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)通車強(qiáng)度便開(kāi)放交通時(shí)，一般易形成沿輪跡方向的多條平行裂縫。6、誘導(dǎo)裂縫以已澆筑的半幅路面板為側(cè)模的板面縮縫、切縫或斷裂面已延至側(cè)面板底的情況下，當(dāng)已澆路面板發(fā)生上述斷裂，且橫向拉桿沿至新澆混凝土中，接縫處又無(wú)分隔層時(shí)，誘導(dǎo)裂縫極易發(fā)生。三、HEC混凝土路面斷板及開(kāi)裂的原因?qū)EC混凝土路面板的斷板、開(kāi)裂形式及規(guī)律性與現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)合起來(lái)分析，產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因可能有以下幾個(gè)方面：1、氣候影響HEC高強(qiáng)高耐水土體固結(jié)劑混凝土路面與普通水泥混凝土路面相比具有以下特點(diǎn)：作為主要指標(biāo)的抗折強(qiáng)度早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度穩(wěn)定發(fā)展。即意味著其早期水化熱較一般混凝土要大。另一方面，路面混凝土相對(duì)于結(jié)構(gòu)混凝土的蒸發(fā)表面積要成倍增大，從而使其受氣候的影響，表面溫度變形也大得多。（1）、干燥氣候的影響。氣候干燥的地區(qū)亦多風(fēng)（如四川省九龍縣錦屏電站地處甘孜州與涼山州交界，屬干燥多風(fēng)地區(qū)，最大風(fēng)力達(dá)三級(jí)以上），如果外界水分不能得以及時(shí)補(bǔ)充，混凝土表面水分的喪失，回很快造成表面的干縮裂縫。（2）、溫差的影響，當(dāng)外界氣溫變化較大時(shí)（如四川省九龍縣錦屏電站地處甘孜州與涼山州交界，晝夜溫差達(dá)10℃），HEC混凝土內(nèi)部的溫差梯度將進(jìn)一步增加，當(dāng)其達(dá)到一定值時(shí)，HEC混凝土的溫度應(yīng)力將造成路面板沿較小的斷面開(kāi)裂。（3）、高溫條件下HEC混凝土路面會(huì)產(chǎn)生以下兩方面的負(fù)面影響：①、高溫照射下的HEC混凝土集料，蓄大量的熱能，使得混凝土入模溫度過(guò)高，從而加劇了已澆筑HEC混凝土早期熱量的增加，進(jìn)而影響HEC混凝土內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的平衡，形成裂縫。②、促使混凝土水化熱在較短時(shí)間內(nèi)集中產(chǎn)生，造成混凝土強(qiáng)度裂縫。2、原材料因素（1）、砂、石含泥量較大。雖然HEC高強(qiáng)高耐水土體固結(jié)劑混凝土路面較之普通水泥混凝土路面，在砂石料含泥量要求方面有了較大放寬（普通水泥混凝土要求：含泥量≤4%；HEC混凝土要求：含泥量≤8%），但是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量試驗(yàn)得出的結(jié)果，及通過(guò)對(duì)路面HEC混凝土與結(jié)構(gòu)混凝土的受力特性和強(qiáng)度特性的分析來(lái)看，HEC路面混凝土所用砂、石料的含泥量還是應(yīng)該比結(jié)構(gòu)混凝土更加嚴(yán)格控制，否則將直接影響其抗折強(qiáng)度及其界面粘接強(qiáng)度。同時(shí)過(guò)量的粘土含量有降低HEC混凝土面層耐熱性能，增大局部混凝土收縮、膨脹的趨勢(shì)。（2）、配合比選用不當(dāng)。作為路面混凝土，其配合比的選用，尤其是砂率的選擇、水灰比的確定等都直接影響HEC混凝土的性能。根據(jù)不同的施工工藝和施工機(jī)械，應(yīng)綜合考慮上述參數(shù)的選擇，并以成型后表層砂漿層的厚度，適當(dāng)調(diào)整配合比的組成，防止因砂漿層過(guò)厚及混凝土拌制不均勻形成的收縮不均。（3）、集料級(jí)配不良。不良的集料級(jí)配將可能造成混凝土的離析，粗、細(xì)集料積聚，形成強(qiáng)度和變形的薄弱區(qū)域。3、施工工藝及施工安排造成的HEC混凝土面板斷板、開(kāi)裂就施工工藝而言，HEC混凝土路面板形成斷板、開(kāi)裂的原因主要有以下幾種：(1)、混凝土拌制不均勻，造成混凝土拌和物“夾生”，粗、細(xì)集料聚集，混凝土凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位發(fā)生斷板；（2）、混凝土振搗不均勻，尤其是人工澆筑振搗施工工藝，受人的主觀意識(shí)的影響，過(guò)振、漏振現(xiàn)象難以避免，造成混凝土密實(shí)性不均，近面層砂漿厚度相差過(guò)大，極易形成區(qū)域性開(kāi)裂；（3）、人工及三輥軸施工時(shí)，提漿過(guò)厚，使得路面混凝土表層稀漿厚度過(guò)大，造成表面干縮裂縫；（4）、早期養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或養(yǎng)護(hù)方式不當(dāng)，不能及時(shí)補(bǔ)充或阻止水分的蒸發(fā)，極易造成HEC混凝土表面開(kāi)裂。施工過(guò)程中的工藝銜接控制不當(dāng)時(shí)，對(duì)HEC混凝土路面板的斷板、開(kāi)裂有以下幾個(gè)方面的影響：（1）、如果施工作業(yè)過(guò)程不連續(xù)，則易形成施工冷縫。（2）、如果切縫不及時(shí)，或切縫深度過(guò)深過(guò)淺，是形成早期橫向斷板的主要原因。（3）、相鄰板各走通縫，致使新澆筑路面板產(chǎn)生誘導(dǎo)裂縫，甚至斷板。（4）、不良地質(zhì)條件地段，路基沉降未穩(wěn)定之前，過(guò)早澆筑混凝土路面，將極易產(chǎn)生路面板的斷板、開(kāi)裂。（5）、過(guò)早開(kāi)放交通，將造成路面板的縱向開(kāi)裂。4、HEC混凝土材料本身及施工要求影響這里所說(shuō)的混凝土材料本身的原因，主要是指HEC混凝土在配置及施工過(guò)程中方法或工藝上的不足，造成的與路面混凝土板施工特性或受力特性上的矛盾，其主要表現(xiàn)在：（1）、受當(dāng)前水泥性能的影響，混凝土脆性性能的降低較難實(shí)現(xiàn)。據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)混凝土的脆度系數(shù)（抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度之比）小于5.7，則混凝土具有較好的塑性。而HEC高強(qiáng)高耐水土體固結(jié)劑混凝土又具有作為主要指標(biāo)的抗折強(qiáng)度早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度穩(wěn)定發(fā)展的特點(diǎn)。因此，如果只一味地追求HEC混凝土早期抗折、抗壓強(qiáng)度的提高，而不注意其脆性的降低，將會(huì)損害路面混凝土結(jié)構(gòu)承受來(lái)自豎向重力、水平?jīng)_擊力及抵抗膨脹溫度產(chǎn)生的應(yīng)力的能力，這無(wú)疑會(huì)增大路面板斷板、開(kāi)裂的可能。（2）、路面混凝土的抗滑性能有賴于宏觀抗滑構(gòu)造與微觀抗滑構(gòu)造的共同作用。在施工過(guò)程中，宏觀的抗滑構(gòu)造一般采用橫向刻槽、拉毛等方式。但是，一些施工單位為了便于施工和強(qiáng)調(diào)感官上的良好視覺(jué)，不惜加大提漿量來(lái)達(dá)到抗滑構(gòu)造深度及邊緣規(guī)則、表面光滑的感官效果，殊不知這種做法不僅嚴(yán)重削弱了路面的側(cè)向抗滑微觀構(gòu)造的作用，降低了面層混凝土的耐久性，而且由于砂漿厚度的增加，加劇了表面收縮裂縫的趨勢(shì)。四、HEC混凝土路面開(kāi)裂與斷板的防治我國(guó)著名混凝土裂縫專家周鐵夢(mèng)認(rèn)為：“混凝土的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的?！边@說(shuō)明了混凝土裂縫存在的普遍性和必然性，同時(shí)也指出了防止混凝土裂縫的可能性與必要性。這對(duì)于HEC路面混凝土這一有別于普通混凝土結(jié)構(gòu)物受力特性的混凝土也同樣適用。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)三輥軸施工及人工鋪筑路面混凝土的試驗(yàn)研究及路面施工質(zhì)量控制經(jīng)驗(yàn)分析，我們對(duì)混凝土路面開(kāi)裂、斷板有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。并且在四川錦屏電站九龍河口~錦屏一級(jí)壩區(qū)輔助道路改建工程第四標(biāo)段的施工過(guò)程中，運(yùn)用已有的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其HEC混凝土路面段質(zhì)量進(jìn)行了有效控制，整個(gè)標(biāo)段除了早期承建單位未按監(jiān)理工程師要求及時(shí)采取保溫措施而形成的唯一一條溫度裂縫以外，未出現(xiàn)其他形式的斷板及裂縫現(xiàn)象。通過(guò)上述對(duì)HEC混凝土裂縫、斷板現(xiàn)象的特性及形成原因的分析，并結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)HEC混凝土現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制提一些淺顯的看法。1、HEC路面混凝土材料的選擇與配合比的優(yōu)化HEC路面混凝土因主要承受豎向荷載的作用，其受力特性以抗折強(qiáng)度為主，而影響HEC混凝土抗折強(qiáng)度的主要因素有，混凝土單方水泥用量、水灰比、粗集料粒徑粒形等，在上述材料確定后，HEC混凝土配合比的優(yōu)化選擇、混凝土的拌制方法、澆筑工藝、養(yǎng)護(hù)狀態(tài)，則是保證混凝土強(qiáng)度形成的關(guān)鍵。因此，從路面材料的選擇及配合比設(shè)計(jì)的優(yōu)化著手，應(yīng)注意以下兩個(gè)方面的90問(wèn)題：（1）、集料的選擇從粗骨料對(duì)混凝土強(qiáng)度的粒徑效應(yīng)方面考慮，用語(yǔ)HEC路面混凝土的粗骨料最大粒徑，不宜大于40㎜，且宜采用連續(xù)級(jí)配的石子，細(xì)集料宜采用粗砂或機(jī)制砂（混合砂應(yīng)調(diào)正其細(xì)度模數(shù)達(dá)到中粗砂標(biāo)準(zhǔn)）。有資料表明，在提高混凝土耐疲勞極限方面，礫石仍優(yōu)于碎石，小粒徑骨料優(yōu)于大粒徑骨料。而影響溫度變形的主要因素是石料的種類（可選用堿性石料，酸性石料、石英巖較差）、砂漿的總量以及碎石的總表面積。（2）、HEC混凝土配合比的優(yōu)化選擇路面混凝土的配合比，除滿足強(qiáng)度耐久性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)外，更重要的是應(yīng)滿足路面混凝土不同施工工藝的技術(shù)要求，在對(duì)混凝土工作性有重要影響的各項(xiàng)參數(shù)中，控制混凝土拌和物坍落度，選擇適宜的砂率，確定合適的混凝土含氣量以及較小的坍落度損失，是保證混凝土施工正常進(jìn)行的關(guān)鍵。2、合理選擇施工工藝，嚴(yán)格控制施工過(guò)程的質(zhì)量。良好的路面質(zhì)量是通過(guò)嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。無(wú)論是機(jī)械施工，還是人工攤鋪，都必須重視施工工藝與施工過(guò)程的選擇和控制?？傮w而言，HEC混凝土路面的施工工藝與施工過(guò)程控制應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：（1）、路基土石方填筑工程往往容易在沿線涵洞、擋墻（尤其是高填方區(qū)段的路肩墻）等構(gòu)造物臺(tái)背處出現(xiàn)壓實(shí)度不足的現(xiàn)象，致使以后在自重及行車荷載等因素的作用下，造成HEC混凝土路面脫空甚至斷裂現(xiàn)象。究其原因，從施工角度來(lái)看，路基土方壓實(shí)施工過(guò)程中，運(yùn)土~攤鋪~整平~碾壓過(guò)程基本上都使用大型施工機(jī)械，在涵洞、擋墻等構(gòu)造物臺(tái)背處因作業(yè)面小，大型機(jī)械無(wú)法發(fā)揮作用，因而容易形成死角；在土方攤鋪時(shí)，推土機(jī)、平地機(jī)刀片不敢靠近臺(tái)背作業(yè)，怕碰壞臺(tái)身或墻身，因而往往形成一條條未被推平的土帶，壓路機(jī)自然也就無(wú)法壓實(shí)，即使攤平了，壓路機(jī)也很難去靠邊壓實(shí)，所以適當(dāng)?shù)娜斯づ浜虾托⌒蛪哼厵C(jī)具是不可缺少的。但這一重要工作往往由于追求進(jìn)度等因素而被承建單位忽視，為填方的質(zhì)量埋下隱患。因此，嚴(yán)格控制薄弱部位的回填是控制HEC路面混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。（2）、鑒于HEC高強(qiáng)高耐水土體固結(jié)劑混凝土路面抗折強(qiáng)度早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度發(fā)展穩(wěn)定，即其早期水化熱較一般混凝土要大的特點(diǎn)，HEC混凝土路面的養(yǎng)護(hù)工作，尤其是其早期養(yǎng)護(hù)工作，不可忽視。其早期養(yǎng)護(hù)不能缺水，并應(yīng)根據(jù)施工工地情況及條件，選用濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)或塑料薄膜養(yǎng)護(hù)等方法。對(duì)于晝夜溫差較大的地區(qū)，HEC混凝土板澆筑后3天內(nèi)應(yīng)采取保溫措施，防止HEC混凝土板產(chǎn)生收縮裂縫。（3）、盡量采用機(jī)械化施工，并注意機(jī)械的配套和能力匹配。（4）、正確選擇路面HEC混凝土的澆筑時(shí)間，降低HEC混凝土的入模溫度。（5）、嚴(yán)格控制振搗方法和振搗時(shí)間，避免漏振及振搗不均勻。（6）、保證施工過(guò)程的連續(xù)性，（在合理原則的基礎(chǔ)上）盡可能地縮短工序之間的間隔。（7）、及時(shí)切縫，保證切縫深度。（8）、規(guī)范脹縫