夏季水泥砼路面滑模施工病害与防治
[摘 要]结合海文高速公路夏季水泥砼路面滑模施工实践,针对夏季高温期滑模施工中可能产生的病害,提出防治对策。
[关键词]高温季节;水泥砼滑模施工;病害;防治对策
海口至文昌高速公路全长51.665 km,路面设计为水泥砼路面,采用滑模摊铺机施工,施工从2001年6月至2002年8月,施工期间针对夏季高温期可能产生的病害采取了相应的措施,较好的解决了夏季高温给滑模摊铺水泥砼路面带来的病害。工程竣工后,经质量监督部门检测验收,工程质量达到优良标准。
1 夏季水泥砼路面滑模施工病害
1.1 坍落度损失引起的病害。
根据水泥砼拌和物坍落度与温度和时间的关系,可知砼拌合物随温度升高坍落度变小,且坍落度的损失速度随时间而加快。因此,夏季高温条件下,如果混合料存储时间较长,将会造成较大的坍落度损失。在这种情况下摊铺,将无法振捣密实,并造成大量麻面甚至拉裂现象。而振捣不密实则不能保证砼的强度,麻面和拉裂的部位则影响路面的平整度。
1.2 温差裂缝
当砼热应变所产生的拉应力超过砼当时的极限抗拉强度时,砼将拉裂而引发温差裂缝。温差裂缝的潜在危害在于:它不一定穿透整个面板,其曲线形态是板中裂缝开口宽,上下部小,当裂缝穿透表面时,才会被发现,故表面即使没有裂缝也不能证明内部不裂。但在通车条件下,温差裂缝将很快断裂通,形成路面断板。
1.3 塑性收缩裂缝
夏季施工,由于气温很高,砼表面水分蒸发率大,易造成失水干燥,发生干缩;同时失水又带走热量,使表面降温,发生温缩,从而易产生塑性收缩裂缝。
2 防治对策
2.1 控制坍落度损失
2.1.1 使用缓凝减水剂
考虑海南夏季气候条件,砼配合比设计时为防止出现砼混和物的坍落度损失较快和水泥的初凝时间过短,施工中采用引气缓凝高效减水剂,并根据气温而进行增减。
2.1.2 采用夜间施工
夜间施工是避开高温时间的最有效措施。因此,本工程一般在当日18:00~19:00开工,次日6:00~7:00收工。
2.1.3 降低基层温度
经过实测,夏季路面基层顶面温度一般在40~55℃,即使夜里23:00也可达40℃以上,如果把砼拌和物直接卸到如此高温的基层顶面上,会很快损失坍落度而降低工作性,故必须采取降温措施。海文高速公路施工中,对路面基层采用洒水降温的方法。根据现场实测,经洒水降温后,基层顶面的温度在29~36℃之间。大多数情况下与砼拌和物的温度相差在±1℃以内,从而避免了砼拌和物因基层温度过高而造成坍落度损失过快,保证了其工作性与可滑性。
2.1.4 控制砼拌和物生产的坍落度
砼拌和物在运输及等待摊铺过程中,会造成坍落度损失。为保证摊铺时砼拌和物保持适宜的工作性和可滑性,采用调整搅拌机出料口砼拌和物坍落度的方法,取得较好效果。根据实测,从出料到摊铺,正常摊铺情况下,平均运距10 km以内坍落度的损失值在0.8~2.0 cm的范围内。这样可根据摊铺要求的坍落度和摊铺情况调整出料时的坍落度。计算时应考虑减水剂作用,计算得出的新增加的用水量,用加大减水剂量来替代。
2.1.5 加强施工管理
滑模摊铺水泥砼路面是一个系统工程,其施工环节环环相扣,任何一环出现延误都必将造成施工延误,所以必须加强施工组织管理。
2.2 控制温差裂缝
温差裂缝对于砼面层危害较大。砼的温度膨胀系数αc一般在(6~10)×10-6℃之间,可根据下式进行计算:
αc≈(αpEpVp+αaEaVa)÷(EpVp+EaVa)
式中:αp为水泥石的温度膨胀系数, 10 ~ 20×10-6℃,本工程采用1.4×10-6℃计算;αa为集料的温度膨胀系数;Ep为水泥石的弹性模量;Ea为集料的弹性模量;Vp为水泥石的体积比;Va为集料的体积比Va=1-Vp。
经计算,本工程所采用的玄武岩砼热膨胀系数约为6.4×10-6/℃,温度降低25℃造成的热收缩量为160×10-6,如果砼的弹性模量3.25×104MPa(不
考虑徐变松驰),砼热应变受完全约束条件产生的拉应力为3.58MPa,仅底部约束的砼路面板拉应力大约为其一半,约为1.79MPa,新浇筑的砼2~3d抗压强度约为15 MPa,抗拉强度仅为抗压强度1/10,为1.5MPa。由此可见,在砼路面板降温达25℃时,2~3 d内的拉应力1.5MPa<1.79MPa。势必引发温差裂缝。
根据计算,本工程砼路面的开裂临界温差值大约为21℃,考虑一定安全系数,应控制允许温差不大于18℃。板内的砼温度由砼搅拌后的自身温度、水化热引起的温升、外界气温构成,所以,在夏季施工中采取以下措施降低砼温度。
2.2.1 降低砼搅拌后的自身温度。
a.降低散装水泥搅拌时的温度。根据现场实测,在夏季高温的情况下,运到搅拌站的散装水泥在64~84℃之间,虽然水泥只占14%的份额,但加水搅拌时,立刻释放出第一个水化热量高峰,对砼升温有不小作用。因此,在每个搅拌站设4个大型水泥罐(每个储存170~200 t)进行降温。
b.砂石料上架设遮阳顶蓬并洒水降温。由于集料约占77%的份额,是砼温度过高的主要原因。砂石料遮阳,有很好的降温效果。实践证明,这种方式可降低搅拌温度3~5℃。
c.使用深层地下水降低拌和水温度。取地下25~30m的地下水搅拌。根据现场实测,一般地下水温度为25℃左右,比同期的河水或蓄水池中的水温低5~8℃左右。
2.2.2 降低水化热。
a.夏季施工应使用低热水泥降低水化热,禁止使用快硬早强高热的R型水泥。
b.掺优质粉煤灰降低砼的水化热峰值,延长水化放热时间。本工程在加入17%的优质粉煤灰时,水化热温升峰值降低2℃左右,水化时间大大延长,控制温升有较好的效果。
2.2.3 降低外界气温的影响。
a.采用夜间施工,并采用加厚喷养生剂,以加快散热,增加其保水效果,减小水分蒸发率,使拌和用水尽量少蒸发或不蒸发,从而达到散热降温和保证砼自身强度增长,减少外界气温的影响。
b.及时切缝,同时在薄膜覆盖养生时,用膜外浇水和膜下补水的方法降温,经现场实测,该方法可降温2~5℃,大部分降温3℃,效果明显。值得探讨的是,虽然采取了上述降温措施,但根据现场实测,一般白天最高气温达35℃时,新拌砼温度易突破35℃,如能在摊铺要求的坍落度内及时摊铺,此时砼的工作性和可滑性尚良好,摊铺效果不错。规程[2]要求:无论在什么情况下,砼拌和物的温度不得超过35℃。而保持砼拌和物温度不超过3℃,主要是控制面板温差裂缝,特别注意路面温差裂缝的产生并非只取决于基础砼温度,很大程度上取决于施工后几天内夜间的最低气温和降温速率。如本工程新拌砼温度最高为38℃,由于采用热膨胀系数低的碱性石料玄武岩,加上温差不大,根据上述计算可以控制温差裂缝。故建议从实际出发,在夏季施工的新拌砼温度可控制在40℃范围内。
2.3 控制塑性收缩裂缝
2.3.1 采用夜间施工控制塑性收缩裂缝
夏季施工,一般每日11:00~15:00时是平均蒸发率最高的区间,这说明在该时间范围内,砼单位时间的蒸发强度增大,会加速开裂。所以,在夏季采用夜间施工是控制塑性收缩裂缝的最简单方法。
2.3.2 采用加厚喷养生剂
采用加厚喷养生剂减小水分蒸发率,控制塑性收缩裂缝,取得较好效果。如果必须采用白天施工,则应加入保塑剂以控制产生塑性收缩裂缝。
3 结语
通过海文高速公路施工实践,建议从实际出发,对夏季施工的新拌砼温度可增加到40℃范围内。同时采用相同的养生方式进行配合比设计,以便找到最合适的配合比和养生剂用量。
在夏季施工中高热砼拌和物对砼的长期强度影响,是一个亟待解决的问题,它是砼面板能否达到设计年限的一个重要指标。另外,夏季施工中基层顶面温度对砼拌和物坍落度及振动粘度系数的影响关系,值得进一步探讨。
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