淺談西北地區混凝土道路施工裂縫控制

摘要：水泥混凝土路面具有強度高、水穩定性好、耐久性好、維修養護費用少、夜間能見度好等優點，易產生裂縫一直為施工建設者大傷腦筋，正確的選用水泥種類，選用合適的配合比及水灰比，同時做好混凝土道路的養護養生工作是道路裂縫施工控制的關鍵環節所在。

關鍵詞：混凝土道路；裂縫；原因；控制

水泥混凝土路面作為一種高級剛性路面結構形式，其最早建造史可追溯到大約公元前1世紀。近現代意義上的水泥混凝土路面，在歐洲是從1824年10月21日英國工匠Leads和J.Aspdin取得了波特蘭水泥的發明專利后，開始發展起來。全世界第一條水泥混凝土路面是1865年在英國修筑的，至今已有142年的歷史。

在我國，由于水泥混凝土路面具有強度高、水穩定性好、耐久性好、維修養護費用少、夜間能見度好等優點，故無論是在東部發達地區，還是中西部落后地區，水泥混凝土路面的規模和技術都在迅速發展。但是，施工和使用過程中易產生裂縫一直為施工建設者大傷腦筋，而氣候干燥、風季較長、場地局限、規模較小更使西北廠礦區道路施工裂縫存在普遍。

那么如何控制減少裂縫呢？首先我們需要知道裂縫的形成原因是怎樣的。

從微觀角度來說，混凝土的裂縫是不可避免的，其微觀裂縫是本身物理力學性質決定的。混凝土強度在發展過程中，水泥水化凝結硬化時產生化學收縮和物理收縮，而骨料不收縮，因此混凝土內部產生內應力，使骨料和水泥石界面之間，在未受力之前就存在了微細裂縫。在水泥石內部也因收縮不均勻產生微細裂縫。另外混凝土在成型過程中，都會不同程度產生離析現象，這些水分有些常聚集在粗骨料下面，形成一水囊，以及由于溫度和濕度的變化而引起的變形不同，都會引起混凝土的初始裂縫。混凝土受荷載作用時，加載之初，在荷載不大的情況下，由于荷載作用而在混凝土內部引起有內應力轉化的能量，能夠被裂縫的尖端塑性區吸收，原有的裂縫基本不發展或發展緩慢。此時骨料和水泥石處于共同工作狀態。繼續增加荷載，變形能量和裂縫的平衡狀態遭到破壞，裂縫開始延展、擴大，數量也在增加，裂縫從骨料與水泥石內部擴展延伸。骨料與水泥石已完全失去了共同工作的性質，使混凝土構造成為不連續。最后導致混凝土全面崩潰。

我們發現，后期加載過程中裂縫的延展，實際是在前期微細和初始裂縫的基礎上發展起來的，同時也是由于荷載增加至接近設計臨界荷載甚至超過臨界荷載時發生的現象。同時，前期的微細和初始裂縫的形成原因是由收縮和溫度、濕度變化而引起的變形不同造成的。

混凝土的收縮及變形方式一般來說有五種。

1 干縮裂縫

干縮裂縫多出現在混凝土養護結束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發會產生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產生主要是由于混凝土內外水分蒸發程度不同而導致變形不同的結果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，產生較大拉應力而產生裂縫。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網狀淺細裂縫，寬度多在0.05~0.2mm之間，。干縮裂縫通常會影響混凝土的抗滲性，引起鋼筋的銹蝕，影響混凝土的耐久性等等。混凝土干縮主要原因是選用水化熱較大的水泥，和水泥漿較多水灰比較大，后期養護有關。

2 塑性收縮裂縫

混凝土塑性裂縫一般可分為兩類，即塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫，這兩種裂縫的形成過程都與混凝土的泌水有關，泌水是指混凝土澆筑搗實后尚未凝結硬化之前，從外表看在混凝土的澆筑面上山現一層清水或者從模扳縫中滲出部分水的一種現象，這是因為水在混凝土拌合物各組分中密度最小。當混凝土成型后的靜止過程中，部分密度較大的固體顆粒還會向下沉積，而水則只能向上浮動，一部分水泌出到混凝土的外表面，稱為外泌水；另一部分被截留在鋼筋及粗骨料的下面形成水囊，水分蒸發后產生孔隙及界面裂縫，從而降低了鋼筋與混凝土之間的粘結強度以及水泥石與骨料之間的界面強度，致使混凝土的抗凍、抗滲和抗腐蝕能力減弱，抗壓抗折強度降低，這部分水稱為內泌水，只有當水泥水化產生的膠結強度足以阻止固體顆粒相對運動或者各種固體顆粒經過遷移已達到緊密堆積狀態時，沉積相對停止，泌水才告結束，泌水使混凝土的體積縮小，促成了混凝土塑性裂縫的產生。沁水的原因主要是水灰比大，振搗時間過長造成。

混凝土塑性裂縫也指混凝土澆筑成型后還未硬化，仍處于可塑狀態時產生的裂縫，塑性裂縫的出現不僅會影響混凝土構件的外觀質量，更重要的是會造成混凝土防水性能下降、鋼筋容易銹蝕等不良后果，影響混凝土結構的使用年限，關于這一點應在設計和施工過程中給予充分的重視。

塑性收縮裂縫一般在干熱或大風天氣出現，裂縫多呈中間寬、兩端細且長短不一，互不連貫狀態。常發生在混凝土板或比表面積較大的墻面上，較短的裂縫一般長20~30cm，較長的裂縫可達2~3ｍ，寬1~5mm。從外觀分為無規則網絡狀和稍有規則的斜紋狀或反映出混凝土布筋情況和混凝土構件截面變化等規則的形狀，深度一般3～10cm，它與塑性沉降裂縫相比，貫穿整個混凝土板的裂縫是極少的，而且塑性收縮裂縫通常延伸不到混凝土板的邊緣，這一點可做為混凝土早期塑性收縮裂縫與混凝土長期干燥收縮裂縫相區別的依據，在實際上很難區別塑性收縮裂縫與塑性沉降裂縫，但如果裂縫的走向與鋼筋布置的形狀和混凝土構件的幾何形狀有關，則可以判定沉降在裂縫的形成過程中起了一定的作用，有時這兩種裂縫是同時存在的，只不過是以何種為主罷了。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比大小、混凝土的凝結時間（所選水泥的種類）、現場施工養護情況（環境溫度、風速、相對濕度）等等。

混凝土可以被認為是一種人造的沉積巖，混凝土剛剛澆筑成型后，由于混凝土各種固體顆粒在減水劑的作用下形成了溶劑化層，導致各種固體顆粒之間存在一層水膜，在混凝土的表面處則形成凹形液面，在一般情況下，水分揮發會使固體顆粒進一步靠近，毛細管進一步變細，增大了將水從混凝土內層提升到表面的能力，同時混凝土的泌水也有利于水上升到混凝土表面。普通混凝土所含的水分少在泌水和毛細管的雙重作用下使混凝土的體積收縮小而且較均勻，所以普通混凝土較少產生塑性收縮裂縫。對于泵送混凝土而言，因其所含的水分較多，若環境溫度高風速大而且干燥，水分揮發迅速，混凝土的泌水和毛細管提升水的綜合作用還低于水的揮發作用時，使混凝土表層脫水速度遠大于混凝土內層提供水的速度，造成了混凝土面層體積收縮大，若這時混凝土還未產生足夠的強度，則在混凝土表面產生塑性收縮裂縫，商品混凝土因運輸距離長，為防止流動性損失過大，常常加入緩凝劑、保塑劑等，更增加了形成塑性收縮裂縫的可能。因混凝土的塌落度大，對模板的側向壓力也大，使模板容易發生變形也會形成塑性裂縫，消除塑性收縮裂縫的積極方法與消除塑性沉降裂縫的方法基本相同，也可以采用二次振搗工藝，所不同的是可以采用平板振動器進行施工，特別是對表面積大而厚度小的混凝土板，通過振搗使混凝土的體積收縮減小而且均勻，而有的施工單位采用碾壓和抹平的方法來消除塑性裂縫，其效果是值得懷疑的。

3 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產生是由于結構地基土質不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致；或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產生不均勻沉降，致使混凝土結構產生裂縫。此類裂縫多為深進或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關，一般沿與地面垂直或呈30°~45°角方向發展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩定。

4 溫度裂縫

溫度裂縫多發生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區的混凝土結構中。混凝土澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產生大量的水化熱，（當水泥用量在350～550 kg/m3，每立方米混凝土將釋放出17500～27500kJ的熱量，從而使混凝土內部溫度升達70℃左右甚至更高）。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內部而不易散發，導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內外的較大溫差，較大的溫差造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力（實踐證明當混凝土本身溫差達到25℃~26℃時，混凝土內便會產生大致在10MPa左右的拉應力）。當拉應力超過混凝土的抗拉強度極限時，混凝土表面就會產生裂縫，這種裂縫多發生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會導致混凝土表面溫度急劇下降，而產生收縮，表面收縮的混凝土受內部混凝土的約束，將產生很大的拉應力而產生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內產生。施工中可采用水化熱較小的水泥，同時做好防護準備，盡可能減小混凝土內外溫差。

溫度裂縫的走向通常無一定規律，大面積結構裂縫常縱橫交錯；梁板類長度尺寸較大的結構，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細，而冷縮裂縫的粗細變化不太明顯。此種裂縫的出現會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗滲能力等。

5 化學反應引起的裂縫

由于混凝土中的水泥水化、漿體中的固體和液體絕對體積的減少。水化產物的絕對體積要小于水化前水泥與水的絕對體積，這種收縮成為化學收縮。化學收縮是不能恢復的，其收縮量隨混凝土的齡期的延長而增加，大致與時間的對數成正比，一般在混凝土成型后40多天內增加較快，以后就漸趨穩定。化學收縮裂縫的大小取決于水泥用量的大小。

以上五種變形，除沉陷裂縫外，其他四種裂縫形式均與所使用水泥的種類、水灰比及施工養護（濕度、溫度、風力）有關。而以上五種變形裂縫，也正是阿克蘇鐵農公司棉花場區道路施工、米泉化工公司廠區道路施工及貨臺地面硬化、敦煌鐵路地區主道路施工中曾經部分存在，并在隨后的施工過程中改進施工技術控制，收到顯著成效的。

由此可見，混凝土道路施工，尤其是氣候干燥、風季較長的西北地區。如何正確的選用水泥種類，選用合適的配合比及水灰比，同時做好混凝土道路的養護養生工作是道路裂縫施工控制的關鍵環節所在。

我相信，只要工程各方主體，建設方、施工、設計、監理人員本著一顆認真負責的心，積極研究探索的熱誠，嚴格按規定要求施工，嚴把質量關，必定能降低混凝土裂縫的出現，同時為盡可能減少甚至消除做出卓越貢獻。

參考文獻

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