機場水泥混凝土道面接縫破壞的分析與修復

機場水泥混凝土道面接縫破壞的分析與修復

縫合破壞是機場道路破壞的主要形式之一。根據(jù)中國南方近20個機場道路破壞類型的研究統(tǒng)計，這些機場不同程度上存在著裂縫破壞、裂縫斷裂、填充材料損壞、錯臺和磨損海灘。其中，接縫劑損壞超過40%的機場占27%。調(diào)查機場的成本占37%。本文從設(shè)計、施工、管理維護等方面分析接縫產(chǎn)生破壞的機理,并從施工的角度分析了引起接縫破壞的敏感因素及對應處理措施。1連接破壞的形式和主要原因1.1縫合誤差接縫碎裂包括縱縫碎裂和橫縫擠碎兩種類型。(1)道面面實地處理面為應面干上的出現(xiàn),槽縱向接縫碎裂是機場道面的主要損壞類型之一,并且損壞多與未設(shè)拉桿的企口接縫有關(guān)。損壞的內(nèi)部形態(tài)大多為企口縫槽口上部的斷面掉塊,并且斷裂面較為整齊,從槽口上沿內(nèi)角點起斜向至道面表面的裂縫與道面本身的接縫一起形成一楔形掉塊。企口縫接縫碎裂的主要原因是企口縫在接縫張開的情況下,槽口上側(cè)的內(nèi)角點受較大剪應力和拉應力的綜合作用,從而造成該部位形成很大的斜向主拉應力,在此主拉應力作用下的疲勞壽命遠比道面的其他部位低,應力集中程度嚴重,使接縫在機輪荷載作用下易產(chǎn)生破壞。(2)在橫向裂縫或接縫處橫縫擠碎是由于溫度的升高而道面板沒有足夠的空間膨脹(如未設(shè)脹縫),在橫向裂縫或接縫處發(fā)生,也可能發(fā)生在與建筑物的連接處和排水口處。當擠壓應力超過混凝土的抗剪強度時,混凝土面板即發(fā)生剪切擠碎。1.2混凝土板抗壓強度的影響拱脹是混凝土面板在受熱膨脹而受阻時,某一接縫兩側(cè)的面板突然向上拱起的現(xiàn)象。拱起現(xiàn)象主要發(fā)生在脹縫設(shè)置處,產(chǎn)生的原因有:(1)由于水泥混凝土的溫度脹縮系數(shù)較大,面板收縮時縫隙張開,而且填縫料失效后,脹縫被堵死,使板在膨脹時產(chǎn)生較大的熱壓應力,當壓應力未超過混凝土板的抗壓強度時,脹縫兩側(cè)的板塊向上拱起。(2)施工中脹縫板安裝不當,造成脹縫無充足伸縮距離,或使用了膨脹性較大的石料(如混凝土巖)做粗集料,也會引發(fā)此病害。1.3脹縫板設(shè)置出現(xiàn)傾斜,造成板板與嵌縫不均勻。根據(jù)《第二縫板》錯臺是接縫兩側(cè)面板出現(xiàn)豎向相對位移的現(xiàn)象。造成接縫錯臺的主要原因為:①當?shù)孛嫠ㄟ^接縫滲入到基礎(chǔ)使其軟化,導致橫縫位置錯臺的發(fā)生;②脹縫板設(shè)置時發(fā)生傾斜,造成板與嵌縫料未對齊,在伸脹擠壓過程中上下錯開;③基層施工不均勻,基層承載力分布不均勻,也可由于不均勻沉降造成一定程度的錯臺;④接縫傳荷能力下降,傳力桿周圍混凝土被擠碎破壞,傳力桿與周圍混凝土形成空隙,在機輪荷載作用下相鄰板在接縫處出現(xiàn)撓度差。1.4橫向開裂試驗唧泥是飛機輪載行經(jīng)接縫時,由縫內(nèi)噴濺出稀泥漿的現(xiàn)象。唧泥的出現(xiàn),使面板邊緣部分失去支撐,因而往往會在離接縫1.5～1.8m以內(nèi)導致道面板橫向開裂。產(chǎn)生接縫唧泥的主要原因為:基層強度不足,耐沖刷能力差,在輪載的頻繁作用下,強度低、穩(wěn)定性差的基層由于塑性變形累積而與水泥混凝土面板脫空,當填縫料老化、粘結(jié)力下降而喪失防水功能時,地面水經(jīng)接縫下滲而積累在脫空的空隙內(nèi),在輪載作用下,空隙內(nèi)的積水變成有壓水而快速流動,侵蝕沖刷基層而形成泥漿,并沿接縫縫隙噴濺出來,產(chǎn)生唧泥。1.5混凝土的滑動掉邊掉角是接縫邊角出現(xiàn)小塊混凝土剝落的現(xiàn)象。剝落的深度較淺,通常發(fā)生在道面表面5cm深度的范圍內(nèi),并伴有一些混凝土小碎片松動或散失。導致接縫掉邊掉角的原因有模板側(cè)邊砂漿層過厚、拆模時引起的邊角損傷、鋸縫時引起的混凝土損傷等施工缺陷,以及道面使用中有不可壓縮硬物嵌入接縫而阻礙混凝土板的自由膨脹而引起的擠碎。1.6角堂斷裂裂縫由于板角處承受重載、基礎(chǔ)支撐強度不足或者翹曲應力的影響,在角隅處產(chǎn)生的裂縫從板角到裂縫兩端的距離小于板邊長的一半(否則為斜向裂縫)時稱為角隅斷裂。角隅斷裂的裂縫貫穿整個板厚,造成道面板的承載能力顯著下降。形成原因:①角隅處的基層由于受到兩個方向的地表水滲透和浸蝕,基層承載力降低或板下形成空隙,面板將產(chǎn)生過大的撓度和彎曲應力,導致面板損壞;②面板的翹曲將導致混凝土板與基層部分脫離,如在角隅位置有輪載作用,將產(chǎn)生較大的彎曲應力而導致角隅斷裂。1.7板角剝削階段板角剝落是在距離板角0.6m以內(nèi)的混凝土開裂或剝落的現(xiàn)象。板角剝落與角隅斷裂的主要區(qū)別是剝落的裂縫通常是斜交于接縫,而角隅斷裂的裂縫則垂直貫穿整個板厚。板角剝落的裂片被裂縫分開,并有一些混凝土小碎片松動或散失。板角剝落的原因與接縫剝落相似。1.8填縫料表面特征填縫料脫落缺失是指填縫料在環(huán)境和荷載因素的作用下,失去封堵的作用,使得砂土、碎石等雜物能夠進入縫內(nèi)或雨水能通過接縫滲入道面結(jié)構(gòu)。雜物進入接縫會阻止混凝土板自由伸脹,引起翹曲、脹裂或剝落;雨水滲入道面結(jié)構(gòu)會降低基礎(chǔ)的承載能力。填縫料損壞的主要特征有以下幾類:①填縫料脆裂;②填縫料擠出;③縫內(nèi)長草;④填縫料老化(氧化作用);⑤填縫料與板邊脫離;⑥填縫料不足或缺失。2組合破壞的敏感因素和預防和控制2.1施工要素混凝土道面整個施工流程的各項施工工藝留下的質(zhì)量缺陷或潛在損傷,均有可能引起接縫病害。(1)填倉混凝土板倒邊①模板本身翹曲變形,導致混凝土道面板邊緣的直線性不符合要求,在澆筑填倉混凝土前對獨立倉進行削邊處理時未切夠深度,形成一個臺階而造成填倉混凝土板掉邊;②模板支撐不牢固,振搗時模板下沉、松動、位移或變形。在校模時,由于橇模板,使混凝土造成內(nèi)傷,尤其是校模太晚超過了混凝土終凝時間,內(nèi)傷更嚴重;③模板拼接或堵縫不嚴而漏漿,邊角混凝土不密實,造成蜂窩麻面,混凝土強度降低,容易掉邊掉角。(2)混凝土增強和振搗不實①邊角處未按規(guī)定扣鍬,使邊角處粗骨料過分集中。灰漿少、和易性差,邊角混凝土強度降低;②邊角處的虛高未控制好,振搗后出現(xiàn)低洼缺料,補料后混凝土強度降低;③邊角處插入振搗方法不當,拔出振搗棒的速度太快,使混凝土出現(xiàn)孔洞不密實;振搗棒碰撞模板或振搗時間過長,發(fā)生過振,造成邊角處混合料離析,模板底部跑漿;或振搗時間過短、漏振等,均可導致邊角混凝土強度明顯降低。(3)脹縫板長度①脹縫板事先未用瀝青作防腐處理,當埋入混凝土后遇水膨脹,形成一種張力造成內(nèi)傷;②脹縫板長度不夠,脹縫不到頭,混凝土熱脹冷縮時,將邊角拉掉或損壞;③脹縫下得過低,分縫不直不清造成不規(guī)則掉邊;堵頭脹縫板的牽制釘釘?shù)眠^高,拆模時釘子掰掉邊角。(4)易發(fā)現(xiàn)壞邊緣①混凝土板尚未達到一定強度,過早拆模,容易碰壞邊角;②模板底部的障礙物(模板卡子、支撐等)還未清除干凈,就采取硬橇、硬砸等不正確方法進行拆模,導致混凝土板邊角留下暗傷。(5)現(xiàn)配混凝土拉拔①切縫時間過早,容易打掉邊角;②切縫的操作要領(lǐng)未掌握好也有掉邊現(xiàn)象;③切縫不到頭,混凝土在熱脹冷縮時也能頂壞或拉掉邊角;④已成縫直線性差,為取直切縫形成雙縫而引起掉邊。(6)填倉混凝土板側(cè)壁混凝土板拆模后,邊角處的養(yǎng)生往往得不到保證。①模板拆除后,混凝土板側(cè)壁要等晾干后才能涂刷瀝青,而瀝青未干前,不能覆蓋,此時混凝土板側(cè)壁,特別是側(cè)壁上部3cm不刷瀝青處暴露在外;②鋪筑填倉混凝土板時,該部位側(cè)壁與板邊需暴露較長時間。因此,板邊暴露時間較長,難以得到相應濕度的養(yǎng)護,從而導致邊角混凝土早期失水使混凝土強度降低。(7)混凝土膨脹情況①切縫后未及時用草繩塞縫,如縫中掉進石子,當混凝土因溫度升高引起膨脹時,石子將混凝土邊角擠壞;②在澆筑填倉混凝土時,施工工具和車輛等碰壞邊角;③有機械、車輛在混凝土道面上行駛壓壞邊角。2.2結(jié)合廢物預防和控制2.2.1錨點縫的施工控制縫的設(shè)計(1)嚴格控制模板加工制作的質(zhì)量。凡裂縫較大或拼接不嚴的模板,須經(jīng)修整后方可使用,否則極易造成混凝土板邊的不密實。拆下的模板要及時維修,使其保持濕潤狀態(tài),防止風吹日曬、干燥變形而開裂。(2)對混凝土板邊的振搗,特別是填倉混凝土板邊與堵頭的混凝土板邊,要嚴格旁站檢查。(3)設(shè)置傳力桿就位時,最好在混凝土澆筑前,先用預制的支架使傳力桿就位,并確保一端真正“自由”。(4)脹縫板的安設(shè):①要將脹縫板兩側(cè)(堵頭脹縫板為一側(cè))的混凝土抹壓密實;②脹縫板的長度一定要和混凝土板的寬度相同;③凡低于混凝土板面的脹縫板必須清除板頂面的砂漿,使其外露,脹縫板兩側(cè)的混凝土板邊,用“L”形角抹壓成圓弧形;④堵頭脹縫板牽制釘?shù)奈恢?距混凝土板面≥3cm。(5)施工控制縫的設(shè)置:當壓縫刀壓出凹槽,安放鋼鋸條時,要將鋸條兩側(cè)的混凝土抹壓密實,取出鋸條宜早不宜晚,以防混凝土收漿后取出困難或造成暗傷。每次取出鋼鋸條后,要及時清除鋸條上的沾漿,并刷油潤滑。在鋸條取出的位置,沿靠尺用鋼抹準確地劃出一條印跡,便于切縫,并防止混凝土板在切縫前收縮而產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。(6)切縫:切縫要在混凝土達到一定強度后進行,以不打邊為原則,宜遲不宜早。晚切雖要多費些刀片,但不至于打掉混凝土板邊角。切縫打掉的邊角,一般比較小,很難修補,即使修補了,也不會堅固耐久。對于縱縫,有時因模板彎曲變形不直,或局部超出規(guī)定范圍,這樣在切縫時,不要強求取直,以免形成雙縫。切成雙縫,極易掉邊、掉角,形成質(zhì)量問題,影響飛行安全。(7)接縫填封材料應具有粘結(jié)力強、彈性好、耐水、抗老化等優(yōu)良性能。(8)接縫的清洗和表面處理要做好。接縫壁上粘附水泥漿,有灰塵或潮濕,即使性能好的密封材料也難以粘結(jié)牢固。接縫壁粗糙有利于提高粘結(jié)強度,混凝土強度低時切割的縫壁具有較粗糙的表面;強度較高時,切縫表面較光滑。因此,接縫的引導槽和密封槽最好能采用不等厚特制鋸片一次切出。(9)灌注密封材料前,最好采用帶有吹掃清縫功能的清縫機,先進行吹塵清縫,徹底清除接縫中雜物,然后用帶有自動控溫裝置的嵌縫機灌縫。若用人工灌縫,需先用空壓機吹凈縫中的粉塵,幾次注滿,最后修整縫口。2.2.2土板及鄰板的覆蓋和養(yǎng)護水泥混凝土道面施工完畢后要及時養(yǎng)護,發(fā)現(xiàn)病害及時處理,保證較好路況,養(yǎng)護部分及時填嵌縫料,防止硬物進入縫中。出現(xiàn)錯臺、唧泥現(xiàn)象可采用高壓旋噴法注入新的加固材料(如水泥漿、細料土、粉煤灰石膏等組成的材料),防止病害進一步發(fā)展,如出現(xiàn)接縫邊緣破損,可視情況適當擴大填縫寬度,一般不超過3cm,重新填入新材料。(1)混凝土板拆模后,板邊及側(cè)壁應及時采用濕麻袋(或草袋)嚴密覆蓋,以保持養(yǎng)護溫度,側(cè)壁涂刷瀝青或鋪筑填倉混凝土時,應邊揭麻袋(涂刷瀝青時,上部3cm不得揭開)邊晾干邊涂刷,或邊鋪混凝土,麻袋不要揭得過早、距離過長,或兩側(cè)鄰板表面揭得過寬。當瀝青基本不沾養(yǎng)護材料時,應立即覆蓋,并灑水濕潤。在鋪筑填倉混凝土板過程中,被揭開外露的鄰板表面,應及時灑水養(yǎng)護。(2)對接縫密封材料應加強養(yǎng)護,接縫中的密封料流失或老化,應及時補充或更換,以保持良好的彈性和防水功能。在不同季節(jié)及時填充或鏟除多余的填縫料,保持接縫完好,表面平順。當氣溫下降接縫擴大有空隙時,宜選擇在當?shù)貧鉁刈畹蜁r灌縫填隙。當氣溫上升填縫料擠出縫外時,應將擠出的填縫料鏟除,并防止泥、砂土擠壓進接縫內(nèi),影響板的正常伸縮,保證縫隙能伸縮自如且不滲水。填縫料宜2～3年更換一次。(3)水泥板成品保護:水泥混凝土道面板現(xiàn)場澆注結(jié)束后,若成品保護不當,很容易造成現(xiàn)澆水泥板掉邊掉角現(xiàn)象。因此,要廣泛宣傳教育和加強現(xiàn)場管理。開放交通前,凡機械、車輛有可能駛?cè)牖炷恋烂娴牡胤?均應設(shè)立標志,最好能設(shè)專人看管,禁止通行。3混凝土振搗統(tǒng)一某大型機場第二跑道水泥混凝土道面施工中,通過對各種接縫病害成因機理進行認真剖析,采取科學、可靠的預控措施,尤其注重模板邊角混凝土振搗、拆模、切縫等施工工藝。(1)混凝土振搗統(tǒng)一采用自行式高頻排式振搗器振實,對靠近模板、鋼筋、燈坑、傳力桿、拉桿等處,采用插入式振動棒補振,確保每個部位混凝土均勻密實。(2