淺析如何減少水泥混凝土路面裂縫

張 煒

(衡水市公路勘測設計所)

1 水泥混凝土路面裂縫的三個階段

一般情況下，水泥混凝土路面在它建造之初就形成微裂縫，公路投入使用后，由于荷載作用，微裂縫變成宏觀裂縫;宏觀裂縫繼續發展，最后造成公路斷板。這個過程大致可以分三個階段:第一階段是在澆筑和凝結過程中產生的初期損傷和開裂，形成微裂縫;第二階段是使用期間荷載造成的損傷加劇和裂縫擴展，形成宏觀裂縫;第三階段是斷裂破壞階段。

2 水泥混凝土路面裂縫的幾種類型

2.1 沉降裂縫

可分為二種情況:一是混凝土澆筑后，水泥和骨料下沉產生泌水，在沉降過程中發生裂縫;二是混凝土澆筑后，水泥和骨料在下沉階段，如受到鋼筋和其它預埋件的局部阻礙及模板移動，使該處混凝土產生拉應力和剪應力時，該處就會產生沉降裂縫。裂縫一般均在澆筑后隨即發生，屬硬化前裂縫。待沉降終止時迅速進行處理，重新加壓抹平，使裂縫閉合。

2.2 溫度裂縫

混凝土澆筑后，表面沒有及時覆蓋，在炎熱或大風天氣，表面游離水分蒸發過快，混凝土體積急劇收縮，導致開裂。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。防止溫度裂縫應合理選擇級配，采用水化熱較低的水泥，減少水泥用量及用水量，降低混凝土膨脹值。在施工管理中應重視人工降溫措施，切縫應及時。

2.3 干縮裂縫

水泥混凝土澆筑后，在硬化的過程中，由于水泥水化生成物的體積比原來物質的體積小，加上游離水在空氣中蒸發及凝膠體失水而緊縮，隨著混凝土體積收縮產生拉應力，當拉應力大于當時混凝土的抗拉強度，而產生干縮裂縫。干縮裂縫多發生在高溫炎熱季節，混凝土表面水分散失快，體積迅速收縮，而內部溫度變化小，收縮小，表面收縮變形受到內混凝土的約束，也會引起表面裂縫。

2.4 超載裂縫

由于交通運輸業的迅速發展，超載車輛越來越多，造成水泥混凝土路面損壞，致使路面開裂斷板。據有關資料記載，汽車超載情況相當普遍，超載率達到了100%以上，車載重量達到了百噸以上，汽車超載嚴重損害了公路。

3 出現裂縫原因分析

3.1 路面早期裂縫的原因

內部因素:(1)溫度應力:水泥混凝土具有熱脹冷縮性質，路面板白天表面溫度高，晚上底面溫度高，上下面溫差導致熱脹冷縮不一致，形成拉應力，長期作用下形成裂縫。(2)化學作用:水泥通過水化作用形成強度，在硬化過程中釋放大量熱能。在通常溫度范圍內，混凝土溫度每上升100℃路面板每米膨脹0.01 mm。據有關試驗證明，水泥水化過程中的熱能釋放是變化的，初始較緩慢，25 min后增溫，大約在水泥終凝后12 h的水化熱溫度可達800℃，使混凝土內部產生顯著的體積膨脹，產生很大的拉應力，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時，板塊就會產生橫向或縱向裂縫。(3)堿骨料反應:混凝土中的骨料約束水泥的膨脹和收縮，產生拉應力，產生裂縫;有些水泥在生產過程中，有時會出現一些過燒的CaO和MgO，它們的水化速度很慢，往往在水泥硬化后再水化，引起水泥漿體膨脹、開裂甚至出現網裂。④干縮裂縫:水泥硬化過程中，水份散失的同時，水泥漿體收縮，當收縮變形與混凝土本身的抗拉應變和徐變應變不相適應時，就會產生干縮裂縫。產生干縮裂縫的主要原因有混凝土的單位用水量、骨料粒徑、細粒料含量等諸多因素，但主要是單位用水量。

外部因素:(1)切縫不及時:主要表現為施工中切縫時間難以控制，切縫不及時，溫度應力大于相應時間路面抗拆強度，導致路面出現橫向裂縫。(2)計量不準:現在高速公路施工中的混凝土攪拌一般都采用電子計量的大型拌和站，各種材料的稱量精度都有保證。但是，如果施工經驗不足，不根據施工環境變化及時調整施工配合比。在加水量的控制上，死搬設計配合比，沒有根據施工現場風力、溫度、運輸距離等因素及時調整，致使施工水灰比時大時小，形成混凝土強度的差異，使早期裂縫機率增大。(3)外加劑因素:混凝土路面施工中一定要摻加外加劑，但如果摻加了不合格的外加劑，混凝土就會出現早凝、慢凝、離析、有害物等問題，直接影響混凝土的質量。(4)運輸的影響:運輸距離、時間過長使混凝土在運輸途中發生“離析”、造成施工和易性差，影響振搗效果，導致混凝土板塊發生早期裂縫的概率大大增加。(5)漏振或振動不夠:攤鋪機施工過程中振動器損壞還繼續施工，使混凝土漏振。混凝土中存在的空洞降低了混凝土的強度，使路面發生裂縫或斷板。(6)氣溫變化:施工中有時氣溫突然變高或變低，甚至輔以刮大風，造成混凝土中水份失去過快，形成表面網裂。如果施工期間夜間有寒流，但沒有采取加蓋保溫措施的話，那么第二天肯定有斷板。(7)養生不及時、不充分:混凝土中硬化過程中失去的水分未能得到及時補充，使混凝土產生干縮變形發生早期裂縫。(8)基層問題:路基填土含水量偏大，在凍脹作用下使路面形成裂縫;路基碾壓不均勻，出現填土局部未壓實或兩側密實度不夠，使路基產生不同程度的沉陷，形成裂縫;舊路拓寬時，新舊路基銜接處理不符合技術規范要求，新路基壓實度不夠，造成路基不均勻沉陷或滑坡，形成裂縫;橋臺與填方接頭處、路基施工未按規范要求，易造成自然沉降，經長時間行車作用易形成裂縫。(9)路基問題:路堤填方高度高、自然沉降大;填挖方分界;橋頭沉降;軟基處理不徹底等諸因素導致不均勻沉降。經行車荷載反復作用，導致混凝土板裂縫、斷板。(10)養護問題:表現在排水不暢、地下水位上升致路基承載力下降而破壞路面;脹、縮縫長期不清理更換，限制了混凝土路面的縱向變形功能，致路面板擠壓變形破壞。

3.2 混凝土路面早期裂縫的防治方法

(1)設計方面:①提高設計標準:隨著我國國民經濟的發展，高速公路的車流量正以每年兩位數的速度高速增長，設計標準也要相應提高。有條件的地方盡量選用連續配筋混凝土路面增強混凝土的強度。以解決大交通量、重載車多的問題。也可以推廣高抗拉強度混凝土路面和鋼纖維混凝土路面等新技術、新工藝，解決混凝土路面的裂縫問題。②從設計上要求路基足夠長的沉降時間后才能進行路面施工，減少路基不均勻沉降造成的裂縫、斷板;增加路面基層強度，可以采用諸如碾壓混凝土等新工藝，減少因路面基層因素造成的路面裂縫。

(2)施工方面:①水泥應采用不低于425#硅酸性水泥或普通水泥。盡量使用同一廠家生產的同一品牌、同一標號的水泥，加大對水泥的實驗和檢測。施工時嚴格控制水的用量，適當延長攪拌時間，加強養護工作。施工工藝的選用必須著眼于保證混凝土的早期強度和減少收縮。②嚴格控制水灰比:混凝土路面施工，水灰比應小于0.5。施工時的用水量應按砂石料情況、施工溫度等經實驗確定。施工中經常要測定混凝土混合物的坍落度。為改善和易性，可摻用適量外加劑。控制水灰比是保證混凝土強度的重要措施。③采用合格砂石料和正確掌握配合比:采用的碎石應質地堅硬符合規定級配，各材料的施工配料要準確過磅，如發生含水率、水泥變換等改變，應及時調整施工配合比。④及時切縫，保證質量:適當的切縫時機是減少斷板產生的重要手段，切縫的時機和質量要求如前所述，這里需補充的是，切縫機械也需保證質量，且要加強維修。⑤高度重視配合比設計，選擇合適的配合比。施工過程中除嚴格計量外，根據施工環境、及時調整含水量，保持施工塌落度基本穩定，防止溫度裂縫。⑥使用合格、性能穩定的緩凝引氣減水劑，減少用水量、增加施工和易性以保證工作時間。⑦用滑模式攤鋪機進行機械化施工，以保證混凝土路面平整度、強度和均勻性。⑧混凝土做完面后盡快噴灑一層養護劑，防止早期收縮裂縫;在施工過程中當天氣異常時，應采用運輸車加蓋篷布、施工現場灑水降溫、夜間加蓋草袋等保溫措施;并根據混凝土強度增加速度，盡量早開始鋸縫工作。

(3)養護方面

工期的養護:路面澆筑待終凝后要立即覆蓋，并確保灑水養護，從而保證混凝土強度正常增長，防止因缺水干縮而產生裂縫，養護時間視具體情況而定，一般使用425#以上普通水泥養護時間不得少于14 d。

3.3 使用階段裂縫的防治方法

路面使用后的養護措施主要有:(1)保持排水系統完好，防止路基強度降低。(2)重視混凝土面養護，及時清理或更換縮脹縫材料。(3)加強早期維修，防止病害加大、擴散。(4)加強運輸治理，避免超載車輛上路。

混凝土路面產生裂縫的原因還有很多，防止的方法也不止這幾點。但只要采取有效措施，就能防止或減少路面裂縫現象的發生，混凝土路面的裂縫是可以消除和避免的。

4 綜合防治混凝土路面裂縫措施

4.1 根據交通量進行道路結構設計

為了減少水泥混凝土路面的裂縫，公路設計、管理等相關部門應認真及時地組織設計人員和有關專家，對水泥混凝土路面的路面結構組成進行深入細致地研究和討論。根據當地的地理位置，環境、地形、沿線工程地質和水文地質，特別是交通量的組成和車輛的類別以及地方材料的供應情況，提出符合實際的軸載設計參數、路面結構、材料組成、路基填料、碾壓方案和要求，以設計出適宜的水泥混凝土面板以及完善的排水系統，提出合理經濟的水泥混凝土配比設計及要求。

4.2 嚴格控制混凝土材料質量

嚴格做好材料管理工作，杜絕在水泥混凝土路面施工中使用不合格材料。對于安定性差，游離氧化鈣(CaO)超標及強度不足的水泥應禁止使用;不同標號、不同廠家、不同種類、不同批產的水泥嚴禁混合使用;盡量采用旋轉窯生產的發熱量少、收縮量小的硅酸鹽道路水泥或普通硅酸鹽水泥。集料(砂、碎石)有條件時應要求全部進行水洗;對有機質含量超標的集料應嚴格禁止使用。按混凝土配合比準確配料，單位水泥用量要精確稱量，誤差值控制在1%以內。集料的含水量要及時測定，以便控制適宜的用水量，保持水灰比準確;為減少用水量改善和易性可使用合適的外摻劑;用水量誤差不得超過1%，外加劑控制在2%以內。采用電子稱或其他現代配料機械設備準確配料，盡量不采用人工手推車按車計量的配料方法，集料稱量誤差控制在3%以內。

4.3 施工中嚴把每道工序質量關

混凝土拌和時，如果集料溫度過高，應采用降溫措施后再配料拌和的辦法。如果采用撒水降溫方法的方法，應及時測定含水量，調整拌和用水量，以保證水灰比值不變。注意混凝土施工操作方法，減少從攪拌到成型之間的時間和運輸路程，避免混凝土過早凝聚而致微裂。必須堅持做到使混凝土相互粘結密實穩定，有效消除界面裂縫和砂漿裂縫。

4.4 嚴格禁止超載超重車輛上路

超載超重車輛已成為破壞水泥混凝土路面的首要因素。路面板荷載拉應力的大小，取決于荷載的大小。汽車荷載是沖擊荷載，其與車輛輪胎對路面的靜止壓力有關。要減小輪胎對路面的靜止壓力，就要對車輛實行限載管理，禁止超載的車輛上路。同時要采取限速措施，降低車輛荷載的震動頻率;對于路方面，要提高路面的平整度，降低車輛的震動幅度。

［1］ 公路水泥混凝土路面設計規范(JTGD40-2002)［S］.

［2］ 姚祖康.水泥混凝土路面設計方法中基層頂面回彈模量修正系數［J］.公路，1996，(11):10-13.

［3］ 姚祖康.半剛性基層水泥混凝土路面的結構計算方法.華東公路，1997.3-8.

［4］ 中華人民共和國交通部.水泥混凝土路面施工及驗收規范(GBJ97-87)［S］.北京:中國計劃出版社，2000.