水泥混凝土路面裂縫的分析及防治

衣英俊

(佳木斯市樺川縣地方道路管理站)

1 混凝土路面板裂縫的原因

1.1 土基及基層的影響

土基是混凝土路面的基礎，沒有堅固、密實、均勻、穩定的路基，就沒有穩固的路面，理論分析表明，通過剛性面層和基層傳到土基上的壓應力很小，一般不超過0.05MPa，然而如果土基的穩定性不足，在自然因素的影響下，強度降低變化大，造成土基不均勻下沉，導致對面層的不均勻支承，會使面層板在荷載的作用下底部產生過大的彎拉應力而破壞?；鶎邮窃谕粱?，混凝土板之下而修筑的層次，具有承上啟下的作用，它可以提高基礎的綜合回彈模量。水泥混凝土路面板下設基層的主要作用不僅體現為混凝土板提供均勻穩定的支承，而且還能防止凍脹的不良影響，保證路面整體強度和有較好的平整度，并延長混凝土板使用壽命，對保證路面使用品質起著重要作用。如果采用非整體性基層，累積變形大而不均勻，就會導致面層板的彎拉應力加大而破壞。

1.2 水泥品種的影響

水泥是混凝土中的主要成分，水泥品種對混凝土的裂縫影響較大，純熟料水泥漿凈收縮主要取決地C3A、SO3，石膏的含量及水泥的細度等。一般說來C3A含量大，細度明顯的水泥，在水化時，產生的熱量較多，收縮比較大，石膏含量不足的水泥，收縮大，混凝土的干縮隨水泥中SO3含量的增加而減小，所以為了減少混凝土的干縮，應盡量選用SO3含量適中的水泥。施工中對水泥品種的選和，直接影響到工程質量及能否正常使用。

1.3 骨料品種及含量的影響

骨料的強度影響混凝土的強度，骨料是影響混凝土裂縫的主要因素之一，這里主要是指骨料的各類、含量及彈性模量。

在普通骨料范圍內，砂巖骨料的混凝土收縮最大，最易產生裂縫，石灰巖和石英巖骨料混凝土的收縮比較小?；炷林邪l生收縮的主要成分是水泥石，因此減少水泥石的相對含量，也就是增加骨料的相對含量，可以減少混凝土的收縮裂縫。混凝土的收縮隨骨料的彈性模量增大而減小，同時又隨骨料粘土含量的增加而增大。因此，盡量選用干凈的、彈性模量大的骨料，這對減小混凝土的收縮裂縫是有利的。

1.4 混凝土配合比的影響

混凝土在多種因素的作用下，體積要縮小，即通常我們所說的收縮，當外界對混凝土沒有約束時，可以自由收縮，不會產生應力，但工程中的混凝土都要受到各種約束，不能自由收縮，混凝土內就會產生應力，在這種應力作用下，混凝土產生裂縫，我們稱這種裂縫為混凝土收縮裂縫。在原材料一定的情況下，混凝土配合比對混凝土收縮有較大影響，混凝土的干縮隨用水量的增加而增加大，混凝土的收縮隨水灰比、水泥用量及砂率的增大明顯增大，但幅度較小。由以上分析得出:用水量少的貧混凝土、碾壓混凝土、砂率低的干硬性混凝土，一般收縮程度比較小。

1.5 溫度變化的影響

混凝土結構長期經受自然界氣溫變化和日輻射等劇烈作用，由于混凝土結構的熱傳導性差，其周圍環境氣溫及日輻射等作用，將使表面溫度迅速變化，但在結構內部的溫度仍處于原來的狀態，在混凝土結構中形成較大的溫度梯度，混凝土結構的各部處于不同的溫度狀態。由此產生的溫度變形，當被混凝土地內、外結構約束阻礙時，會產生相當大的溫差應力，據有關資料記載，板梁橋的橋面板表面和下邊緣之間，溫差可以達27～33℃，經估算溫度拉應力高達26×105Pa，如此大的應力在混凝土澆筑的前期足以使混凝土構件開裂。

1.6 周圍介質的影響

混凝土周圍介質對混凝土收縮的影響也很大，空氣的相對溫度越低，對混凝土收縮的影響也越很林，混凝土收縮隨空氣相對溫度的增加而減小，直至相對溫度為100%時表現為濕脹。同時，從大量的試驗得出，混凝土的收縮值遠遠大于在水中的膨脹值。

混凝土表面使用各種覆蓋物和涂料，可以減小混凝土中的溫度梯度，從而降低收縮應力，混凝土收縮也相應減小。

1.7 養護條件的影響

混凝土澆筑初期，一般要在表面灑水覆蓋，定期做這些養護工作，其目的的是防止混凝圭表面裂縫，但試驗結果表明，延長初期潮濕養護時間僅能推遲干縮的開始，并非能減小短期的干縮。但養護時，混凝土的抗拉強度大于干縮的應力時，就不必再進行潮濕養護，混凝土也不會開裂，養護也就達到了目的。

低壓蒸氣養護及高壓蒸氣養護與常溫相比，混凝土干縮都將減小，低壓蒸氣養護比常溫養護的混凝土收縮減小10%～39%，高壓蒸氣養護比常溫養護的混凝土收縮減小7280%。

2 防止混凝土路面裂縫的措施

2.1 從土基及基層做起

對土基的要求首先要保證有足夠的穩定性和強度的均勻性，同時應堅固而密實。路基底面土基回彈模量值不宜小于20 MPa，壓實度應滿足《公路路基設計規范》要求。其次要加強排水設計，對可能危害路基穩定的地面水和地下水，采取必要的防水排水措施，使之遠離路基，因水文地質和氣候等自然因素影響，有的路段土基處于潮濕類型時，應在土基上設置墊層來改善土基水溫狀況。

路基填筑材料也是防止路面裂縫的措施之一，采用整體性好，具有較高模量的半剛性材料做基層，可以確?；炷谅访媸褂闷焚|，并延長其壽命。因此，對基層的基本要求是剛度大、整體性強、穩定性好，并且具有抗凍性，以避免出現板底脫空和錯臺現象。特重交通和交通道路基層采用貧混凝土、水泥穩定砂礫、水硬性工業廢渣穩定類或瀝青合料類為宜，中等和較輕交通的公路，可采用水泥穩定土、石灰土或粒料類基層，基層厚度以20 cm左右為宜，最小不應小于15 cm。

原有路面作基層時，基層頂面上的當量回彈模量應滿足規范要求，如當量回彈模量小于規范規定時，就要設置補強層，石質路基做基層時根據需要設置平整層，厚度一般為6～10 cm。

2.2 增加混凝土路面板的厚度

混凝土板是水泥混凝土路面的最生要的結構層，它具有較高的力學強度、彈性模量，具有較大的承載能力和擴散荷載的能力。因此，水泥混凝土路面結構的大部分承載力是由路面板承擔，并把承受的車輪荷載分布到板下基礎較大范圍內，當路面板工作于彈性階段時，面板在車輪荷載的作用下產生的變形很小，板下基層以及土基所承受的單位荷載壓力和產生的變形也很小。這時板和基礎都工作于彈性階段，所以，水泥路混凝土面板結構也屬于彈性層狀體系范疇。水泥路土板內產生的應力。由于水泥混凝土抗拉強度比其抗壓強度小得多，在車輪荷載的重復作用下，混凝土路面板的受彎拉部位最容易產生斷裂裂縫而破壞。因此。彎拉應力是面板的主要設計依據，當荷載愈大，路面板越薄，板內產生的彎拉應力就越大，當板的彎拉應力大于混凝土的極限抗彎拉強度時，路面板將發生斷裂破壞。理論研究還表明，在荷載的重復作用下，雖然荷載應力小于混凝土的極限抗彎拉強度，但是路面板仍會產生疲勞破壞。因此，為使路面板能夠承受車輪荷載的多次重復作用而不損壞，混凝土板必須具有足夠的抗彎拉疲勞強度。

2.3 減小溫度收縮的措施

(1)掌握拆出模板時的氣溫。為加快模板的周轉，提高工作效率，施工中都想盡早拆除模板，但是模板拆出的越早，混凝土抵抗溫度裂縫的能力越差。拆模的時間最好選擇在一天氣溫最高的中午，盡量減少混凝土構件表面與外界的溫差，以提高混凝土的抗裂性能。

(2)降低澆筑溫度。①降低骨料的溫度?；炷林写旨毠橇戏謩e占50%和25%以上。粗、細骨料的溫度分別降低1℃，則可使混凝土的溫度分別降低0.5℃和0.25℃，粗、細骨料可用搭棚遮陽，從底部取料降溫。粗骨料預冷可用浸水法、噴灑冷水法等。但施工時要測準含水量，做出施工配合比，使混凝土中的含水量符合設計要求，保證混凝土的強度，減小混凝土結構的裂縫。②降低拌合水的溫度。若能降低拌合水的溫度，對混凝土降溫效果是顯著的，一般來說水混降低一度，混凝土可以降低2.5℃，地下水和自來水的溫度比地表水溫度低，應優先采用。③澆筑時間安排在低溫季節或夜間。在低溫季切澆筑混凝土，不僅能降低入倉溫度，也可以降低水化熱溫長。因此，防裂要求高且宜裂的結構物最好在低溫季節施工，在高溫季節施工，日光直射下溫度跟昨日平均氣溫大體相同。因此，應把重點部位安排在夜間施工會取得較理想的結果。④減小混凝土溫度回升。在高溫季節施工時，應根據具體司，采取行之有效的措施來減小混凝土溫度回升，主要措施有縮短混凝土的運輸時間，加快混凝土入倉溫度，縮短混凝土的日暴曬時間，混凝土運輸工具應有隔熱遮陽措施，采用噴水霧的方法降低倉面四周的氣溫等。

(3)降低水泥水化熱溫升。使用低熱水泥及減少水泥用量也可以降低混凝土溫升。水泥水化熱對混凝土的絕熱溫升影響很大。水泥品種不同，水化熱相差很大，所以要使用低熱或中熱水泥，來降低水化熱溫升。

混凝土溫升的熱源是水泥的水化熱。因此，降低水泥用量，就能有效地降低水泥的水化熱溫升，減少水泥用量的主要措施有選擇粗細骨料級配良好且最大粒徑盡可能大的骨料，采用5～40 mm骨料比用5～25 mm骨料節省水泥，在相同的水灰比時，可減少水泥20 kg/m3左右，采用三級配比二級配骨料更能節省水泥，另外，砂率小，其比表面小，也能節省水泥;采用粗砂比細砂可節省水泥，在滿足混凝土和易性條件下盡可能降低坍落度，這樣，可以減少用水量和水泥用量，摻減水劑，可以大大地心頭和易性，如果保持相同的強度，水灰比不變，則水泥用量可減少10%左右。

另外，加強混凝土構件的散熱、降低約束，加強表面養護也可以減小混凝土裂縫。

2.4 減小干燥收縮裂縫的措施

(1)摻用膨脹劑。普通混凝土中摻入適量膨脹劑可配制成膨脹混凝土，它在養生期能產生適度體積膨脹，在鋼筋和鄰位約束情況下，能對鋼筋產生一定的拉應力(或稱自應力)，由于自應力的導入，改變了混凝土的應力狀態，使之大致抵消因混凝土干縮產生的拉應力，從而達到補償收縮，提高混凝土抗裂防滲性能。

(2)盡量減小混凝土的單位用水量。混凝土干縮主要是混凝土中多余的水分不斷蒸發所致。據有關研究表明，水泥水化熱所需的水量只有水泥重要的2%左右(即水灰比的0.25)，而實際工程上應用的水灰比卻大得多，有此大體積混凝土和水下鉆孔樁混凝土水灰比高達0.65～0.7，為得混凝土含有較多的多余水分。因而干縮程度較大，試驗表明，當單位用水是增加50%，干燥收縮變形將增加100%。顯然，采用滿足施工條件的最小用水量的混凝土，對減小混凝土的干燥收縮是有利的。

(3)摻用優質粉煤灰。粉煤灰對混凝土收縮有較大的影響，試驗結果表明不但降低了成本，同時養護的效果好，與傳統的草袋、麻袋覆蓋相比，混凝土外觀的顏色純正，近年來又發明了專門的混凝土養生液，即在混凝土模板拆除后，在混凝土表面立刻涂上或噴上養生液，這種養護的方法，即簡便又省事，但成本高一些。