王釗 胡俊遠 虢旭東
摘要:高強度混凝土指的是強度等級為C60及其以上的混凝土,C100強度等級以上的混凝土稱為超高強混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加減水劑或同時外加粉煤灰、F礦粉、礦渣、硅粉等混合料,經(jīng)常規(guī)工藝生產(chǎn)而獲得高強的混凝土。高強混凝土作為一種新的建筑材料,以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優(yōu)越性,在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。高強混凝土最大的特點是抗壓強度高,一般為普通強度混凝土的4~6倍,故可減小構(gòu)件的截面,因此最適宜用于高層建筑。試驗表明,在一定的軸壓比和合適的配箍率情況下,高強混凝土框架柱具有較好的抗震性能。而且柱截面尺寸減小,減輕自重,避免短柱,對結(jié)構(gòu)抗震也有利,而且提高了經(jīng)濟效益。本文談?wù)摰闹攸c是對高強度混凝土施工病害防治。
關(guān)鍵詞:高強度混凝土;高層建筑;大跨度橋梁
高強混凝土作為一種新的建筑材料,以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優(yōu)越性,在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。高強混凝土最大的特點是抗壓強度高,一般為普通強度混凝土的4~6倍,故可減小構(gòu)件的截面,因此最適宜用于高層建筑。高強混凝土材料為預(yù)應(yīng)力技術(shù)提供了有利條件,可采用高強度鋼材和人為控制應(yīng)力,從而大大地提高了受彎構(gòu)件的抗彎剛度和抗裂度。因此世界范圍內(nèi)越來越多地采用施加預(yù)應(yīng)力的高強混凝土結(jié)構(gòu),應(yīng)用于大跨度房屋和橋梁中。
1.水泥混凝土路面病害的主要類型
1.1裂縫
板角裂縫,在兩縫交叉處的4塊板角中1塊或2塊先出現(xiàn)斷裂,斷裂后的板角在重載作用下很快發(fā)展成嚴重破碎,并擴大至相鄰板角;縱向開裂斷板,平行或大致平行路面中心線的縱向裂縫,主要發(fā)生在半填半挖或新舊路基結(jié)合處;沿縱向施工縫的破壞,發(fā)生在縱向施工縫的兩側(cè),裂縫呈網(wǎng)狀,主要是半幅施工、半幅通車的影響所致;網(wǎng)狀裂縫,混凝土自身強度不夠而發(fā)生的網(wǎng)裂。路面裂開如圖一所示:
1.2 淤泥
板邊緣和角隅下路基或基層塑性變形累積,而同混凝土面層脫離接觸;接縫填封料失效,下滲的水積聚在面層下的脫空區(qū)內(nèi)。荷載作用積水變成有壓水,侵蝕基層并同基層內(nèi)沖刷出的細料攪混成懸液,沿接縫噴濺出。久之,引起錯臺發(fā)生并導(dǎo)致板出現(xiàn)裂縫。
1.3錯臺
板底脫空較嚴重部位,接縫或裂縫兩側(cè)板面出現(xiàn)高差,接縫處僅有部分傳遞荷載能力。荷載作用時,帶有沖蝕材料的有壓水沖蝕基層,使板底脫空,板面由于基層材料被沖蝕,在荷載作用下而下沉,即形成錯臺。錯臺的出現(xiàn)降低了路面行車的平穩(wěn)性和舒適性。
1.4沉陷
由于路基土沉降或固結(jié)所引起,特別是接近橋涵構(gòu)造物處,會由于壓實不足而產(chǎn)生。沉陷使路面平整度變差并導(dǎo)致板的開裂。
1.5拱起
在春季和炎熱夏季,接縫處板塊出現(xiàn)突發(fā)性的向上隆起。板收縮時接縫縫隙張開,填縫料失效,堅硬的碎屑落入縫內(nèi),致使板在受熱膨脹時產(chǎn)生較大熱壓應(yīng)力,板發(fā)生縱向失穩(wěn)而出現(xiàn)拱起。拱起使路面平整度變差,而嚴重拱起會導(dǎo)致前后板塊斷裂。水凝路面拱起如圖二所示:
1.6其它
由于水泥質(zhì)量差(如安定性不合格)或使用礦渣水泥、臟集料、水灰比偏大、高溫下施工水分蒸發(fā)快、施工過度抹面或施工結(jié)束遇雨、養(yǎng)生不及時等原因引起板面表層內(nèi)出現(xiàn)的病害。
2.水泥混凝土路面病害的原因分析
2.1原材料不合格
水泥安定性差,強度不足,水泥中的游離氧化鈣在凝結(jié)過程中的水化很慢,水泥凝結(jié)硬化還在繼續(xù)起水化作用,當(dāng)水泥氧化鈣含量較大時,就會破壞已經(jīng)硬化的水泥混凝土或使其抗拉強度下降。砂、碎石含泥量有機質(zhì)含量超標,水泥混凝土路面所用砂、碎石的含泥量及有機質(zhì)含量超過規(guī)范的標準,就會造成水泥與骨料的界面粘結(jié)力不足,導(dǎo)致產(chǎn)生開裂。同時過量的粘土含量有降低混凝土面層耐熱性能,增大局部混凝土收縮膨脹的趨勢。砂、碎石的粒徑和級配較差,骨料粒徑的大小和級配對混凝土中的干縮值有密切關(guān)系,級配良好的骨料空隙率小,砂的用量少,收縮值也相對減小。水及砂中有害雜質(zhì)的腐蝕作用,有害雜質(zhì)與混凝土產(chǎn)生反應(yīng)生成易溶于水的物質(zhì),使混凝土被腐蝕,強度降低,在車輛荷載的不斷作用下遭到破壞。
2.2混凝土配合比選用不當(dāng)
單位水泥用量偏大,在混凝土中,水泥是收縮的主要成分。水泥用量過大,必然導(dǎo)致混凝土的收縮率增大,從而引起水泥混凝土路面裂縫;水灰比偏大,混凝土中的拌合水分自由水和化合水兩部分?;纤淖饔檬鞘顾嗨夂退S嗟慕詾樽杂伤?,它是為了滿足操作的要求。自由水在混凝土硬化過程中逐漸蒸發(fā),使混凝土內(nèi)部形成空隙;砂、碎石用量偏大,在現(xiàn)場施工中,雖然有試驗室出具的混凝土配合比試驗報告,但施工單位為了追求經(jīng)濟效益,在業(yè)主、監(jiān)理監(jiān)督不力的情況下,隨意增加砂、碎石用量,從而影響了混凝土強度[1]。
2.3基層的施工質(zhì)量較差
基層的標高控制不好,造成混凝土面層的厚度厚薄不一,過薄或厚薄交界處將成為薄弱斷面,在混凝土收縮時,難以承受拉應(yīng)力的作用而產(chǎn)生裂縫、斷板;基層平整度差,這會增加基層與混凝土面層的摩阻力,容易造成在薄弱部位開裂斷板;用松散材料調(diào)整基層標高,會使面層的混凝土中的水分和砂漿會下滲到基層松散材料中,使面層混凝土下部變?yōu)槭杷?,造成混凝土強度下降,整體強度不均勻,較弱部位的面層容易開裂、斷板;基層干燥,造成基層吸收混凝土中的水分,使面層底部的混凝土失水,影響混凝士強度,導(dǎo)致裂縫斷板。
2.4氣候影響
水泥混凝土路面相對于結(jié)構(gòu)混凝土的蒸發(fā)表面積要成倍的增大,因此,受氣候的影響及表面溫度變形也相對大得多。高溫氣候影響:促使混凝土水化熱在較短時間內(nèi)集中產(chǎn)生,造成混凝土強度裂縫,而且高溫照射下的混凝土集料,蘊含大量的熱能,使得混凝土入模溫度過高,加劇了已澆筑混凝土早期熱量的增加,進而影響混凝土內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的平衡,形成裂縫。干燥氣候的影響:當(dāng)大氣溫度較低、外界水分不能及時得以補充時,混凝土表面水分的喪失,將很快造成表面的干縮裂縫。溫差的影響:當(dāng)外界氣溫變化較大時,混凝土內(nèi)部的溫差將進一步增加,溫差梯度達到一定值時,混凝土的溫度應(yīng)力將造成路面板沿較小斷面的開裂。
3.水泥混凝土路面裂縫防治對策
3.1材料選擇與配合比設(shè)計
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度為主,而影響混凝土抗折強度的主要因素有:混凝土水泥用量、水灰比、粗集料粒徑粒形及水泥品種、性能、外加劑的品種、摻量等,在上述材料確定后,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)護狀態(tài),則是保證混凝土強度形成的關(guān)鍵。因此,從路面材料的選擇及配合比設(shè)計的優(yōu)化著手,應(yīng)注意以下幾個方面的問題。
3.1.1水泥的選用
除水泥混凝土路面專用水泥——道路硅酸鹽水泥外,宜選用的水泥品種有:硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥。選用時,除考慮水泥品種、強度等級外,還應(yīng)注意水泥的含堿量(一般情況下,不大于0.6)及水泥中混合材料的種類、摻量等。在水泥使用于澆筑水泥混凝土路面時,宜進行水泥的安定性、強度、凝結(jié)時間等自檢試驗,只有自檢符合國家規(guī)定的各項技術(shù)指標后,方可投入工地使用[2]。
3.1.2集料的選擇
從粗骨料對水泥混凝土強度的粒徑效應(yīng)方面考慮,用于混凝土路面的粗骨料的最大粒徑,不宜大于40mm,且宜采用連續(xù)級配的碎石,細集料宜采用中粗砂,其細度其數(shù)定在25m以上。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。
4.結(jié)語
防止水泥混凝土路面開裂、斷板等病害,搞好混凝土路面的質(zhì)量,除了要求路基穩(wěn)定、基層堅固外,采用先進的機械化施工工藝、良好的施工組織、合理的施工工班是十分必要的。同時還應(yīng)當(dāng)在指導(dǎo)思想上克服小生產(chǎn)的分散施工模式,以專業(yè)化大生產(chǎn)及流水作業(yè)的方法來安排施工,才能收到良好的效果。
參考文獻
[1]張明華, 陳新祖. 淺析高速公路隧道水泥混凝土路面施工技術(shù)及病害防治[J]. 中小企業(yè)管理與科技(下旬刊), 2020, 603(02):188-189.
[2]陳剛, 周清暉, 徐銓彪,等. 預(yù)應(yīng)力鋼絞線超高強混凝土管樁受彎性能研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報, 2019, 40(7):10.