淺談水泥混凝土路面早期裂縫

扈生財

【摘 要】本文分析了水泥混凝土路面裂縫產生的原因及防治的方法。

【關鍵詞】水泥混凝土路面 裂縫

一、引言

水泥混凝土路面則由于強度高、穩定性好、耐久性優良、日常養護工作量少、施工機械簡單、抗水害能力強、水泥來源廣以及便于夜間行車等原因，在全國范圍內得到迅速發展。特別在我省的村村通工程中，水泥混凝土路面占有很大的比例。然而，由于混凝土路面設計強度低、施工質量差和維修不及時等方面的原因，混凝土路面損壞現象隨處可見，而且日益嚴重。特別是在使用一段時間后會出現各種不同程度的損壞，筆者在公路養護部門經過多年觀察，在水泥混凝土路面的病害中，其中裂縫破損最為普遍，也是近年來最為關注的水泥混凝土路面病害之一。

二、研究水泥混凝土路面裂縫的意義

由于水泥混凝土材料的固有特性，其路面在修筑完工但未開放交通前，不可避免地會產生早期微裂縫；開放交通后，路面承受車輛荷載的往復作用，加上環境因素的影響，裂縫將隨時間擴展貫穿；繼續承受車輛及環境的壓力，在裂縫處發生應力集中，混凝土發生沿縫碎落、在裂縫處斷裂、混凝土板產生滑移現象，破壞了混凝土的整體性；當破損發展到一定程度，裂縫處開始翻漿唧泥，板面出現交叉裂縫，并且導致其它板裂縫，最終使混凝土板喪失應有的承載力，整個板發生破壞。綜上所述,了解混凝土路面板中的裂縫擴展過程,從力學角度揭示混凝土路面板裂縫產生機理，從路面結構、混凝土組成材料及配比設計、施工及養護等方面研究混凝土路面裂縫產生的原因及影響因素，對混凝土路面的設計、施工、養護、運營等具有重要的現實意義。

傳統的強度理論淵源于伽利略的材料強度學說，即在一構件受載時最大特征應力達到材料抗力時便發生破壞，它通常假定材料是個均勻的連續體，避開客觀存在的裂紋和缺陷，考慮一定的安全系數，只要工作應力不超過許用應力，就認為結構安全。斷裂力學是近40多年來發展起來的一門學科，研究帶裂紋體的強度以及裂紋擴展規律，研究裂紋尖端附近應力應變情況，掌握裂紋在荷載作用下的擴展規律。本文從斷裂力學角度分析混凝土板的裂縫擴展過程，及對帶裂縫的混凝土路面板疲勞壽命進行估計。

三、早期裂縫的種類及產生原因

（一）塑裂

產生于 混凝土塑性狀態，其縫短而細、細而淺。產生這種裂縫的主要原因是：混凝土在硬化初期內部溫度高于表面溫度，混凝土又是熱的不良導體，在內外膨脹不均勻的情況下，在混凝土表面必將產生很大的應力，當外部混凝土所受拉應力一旦超過混凝土當時的極限抗拉強度，就將產生裂縫，俗稱“芝麻縫”。這種裂縫一般在混凝土硬結后終止，危害較小，遇荷載作用則會繼續發展。

（二）縮裂

產生于混凝土硬結以后，通車之前，由于施工現場劇烈的溫度、濕度的變化，混凝土內外部產生的不均勻變形的拉應力超過混凝土極限抗拉強度后，混凝土路面收縮開裂。這種裂縫可導致混凝土板的斷裂，成為不合格的混凝土板塊，對水泥混凝土路面質量影響極大。

（三）防止早期收縮裂縫的技術措施

對于塑裂由于產生在混凝土的塑性狀態，如有效地控制其發展則不會成為危害水泥混凝土路面的主要因素。在施工中安排專人對新澆筑的混凝土面板進行看護，及時發現、及時進行抹面處理即可解決。對于縮裂，應該做為控制水泥混凝土路面的主要質量通病進行治理，主要應采取以下技術措施：

1.縮小施工現場溫度差、濕度差，抑止收縮

(1)合理地安排作業時間，盡量避免在中午氣溫高峰時間進行施工，盡可能地把施工時間安排在早上或傍晚。這樣水泥進行水解固化反應時，不會因周圍環境的氣溫驟變而產生較大的影響。

(2)水箱加蓋、水管掩埋，保證施工用水的溫度。必要時還要對碎石適當灑水降溫，以降低拌和物與周圍環境的溫度差。

(3)縮短作業延遲時間，把在烈日和旱風下作業的時間縮短到最短，無法避免時可設遮陽棚。

(4)控制開始養生的時間及條件，保證混凝土養生齡期。應在混凝土澆筑完成，收漿后即開始覆蓋灑水養生，同時要保證覆蓋物表面保持在濕潤狀態，一般養生齡期為7天。

(5)因為大風對拌和物的水分蒸發量比高氣溫還要大，所以大風天氣應停止水泥混凝土路面的施工。

(6)在施工水泥混凝土路面前，還要注意對基層的頂面進行整平及灑水潤濕。這樣可保證混凝土路面厚度均勻，受力和變形均勻。

2.嚴格控制施工配合比，保證混凝土的自身強度

(1)對集料的含泥量要進行嚴格的控制，特別是砂子中夾雜的泥團要篩出，涂裹粘土的碎石要清洗或剔除。

(2)加強對水泥質量的復檢，特別是水泥的安定性。水泥中的游離氧化鈣（f-CaO）在凝結過程中水化很慢，水泥凝結硬化后還在繼續起水化作用，當f-CaO超過一定限量時，就會破壞已經硬化的水泥石或使抗拉強度下降。

(3)控制好施工水灰比，嚴格按配合比投料。水泥混凝土的強度主要取決于其內部起膠結作用的水泥石的質量，水泥石的質量取決于水泥的特性和水灰比。水灰比對強度的影響是很大的，但不是唯一的影響因素。因此，根據混凝土強度與水泥水化的固體產物在有效空間的關系，即強度增長與膠空比的關系，合理地確定施工水灰比，并嚴格按配合比投料，是確保水泥混凝土路面質量的重要措施。

3.及時進行割縫，誘導裂縫在接縫位置展開

(1)及時及早鋸切橫縮縫，縫深必須嚴格達到設計要求深度，在縮裂發生前及早形成弱斷面。需要時，還可以考慮在橫縮縫位置的混凝土板底部加設誘導裂縫的木塊，使弱斷面效應更加顯著。

(2)道路設窨井處，橫縮縫要騎窨井設置（橫縫連線平分井框），使窨井部位自然形成弱斷面與橫縮縫合而為一，否則在井框部位易形成不規則早期收縮裂縫。

(3)鋸縫設備配置不足時，宜先隔3~4塊板跳鋸一條橫縫，最后補齊。不得已時還可以考慮以壓縫代替鋸縫。

以上闡述了研究水泥混凝土路面裂縫的意義，重點對水泥混凝土路面早期裂縫產生的原因及治理的技術措施進行了論述，在施工中注意了對細節問題的處理，同時利用的科學的方法指導施工，就能有效地解決這一質量通病。

參考文獻：

[1]申愛琴.水泥與水泥混凝土.北京：人民交通出版社，2000.

[2]劉伯瑩，姚祖康.《公路水泥混凝土路面設計規范》修訂綜述公路.