水泥混凝土路面的抗裂措施綜述

摘要：概述了水泥混凝土路面開裂過程，并通過對開裂原因、影響因素的分析，論述了水泥混凝土路面開裂破壞過程的機理，提出了設計、施工、運營過程中有效的抗裂措施，延長了水泥混凝土路面的壽命。

關鍵詞：水泥混凝土 路面 抗裂 措施

0 引言

從目前運營狀況來看，水泥混凝土路面在未達到設計使用年限前普遍出現了板裂、碎裂等不同程度的缺陷和開裂，導致地表水的入侵，在行車荷載和溫度、凍融等因素的作用下，加速了路面結構的破壞，同時水泥混凝土路面維護施工非常不便，水泥混凝土強度形成期較長，所以維修期間對交通的干擾嚴重，通行能力受到了削弱。所以，路面的開裂破壞常常會帶來巨大的維修壓力和經濟負擔。因而，防止和減小水泥混凝土路面的開裂，是迫切需要解決的問題。

本文從水泥混凝土路面開裂過程、開裂原因、影響因素等方面進行分析，論述水泥混凝土路面開裂破壞過程的機理，提出設計、施工、運營過程中有效的抗裂措施和延長水泥混凝土路面壽命的方法。

1 影響因素和開裂原因分析

1.1 材料及組成設計因素 水泥的水化熱和安定性，組成混凝土的砂、碎石等的含泥量、磨耗值、針片狀的含量對開裂有著重要的影響。大量文獻表明水泥混凝土的組成設計中的水灰比對混凝土的收縮、徐變影響顯著。優良的材料和科學合理的配比是防治裂縫開展的前提。

1.2 交通荷載因素 水泥混凝土路面在往復行車荷載的作用下容易產生疲勞開裂，特別是在超載的作用下，水泥混凝土路面可能經受超過換算當量軸載作用好多倍的影響。根據彈塑性力學理論，往復行車荷載導致應力主軸旋轉，面板的開裂致使載荷下移，加大了路面結構及路基支撐體系的負擔，從而使其永久變形過大，反過來又減少了對混凝土面板的支撐，使板底彎拉應力超過其材料強度，致使裂縫進一步地開展。

1.3 環境因素 環境的影響主要表現在溫度和水的作用。溫度的變化一方面使長度遠大于寬度和厚度的水泥混凝土路面在自重和基層約束下產生裂縫，另一方面，溫度的交變，也使暴露在外承受太陽輻射和熱對流的混凝土路面極易產生溫度疲勞裂縫。而水的作用一方面對面板產生了直接的化學風化作用，另一方面，水從裂縫入侵基層和面板，減弱了原有的界面作用，在行車荷載的作用下，產生動水壓水，加速了對基層和面板的沖刷，加劇了裂縫的發生、發展。

1.4 施工因素 優良的施工質量是路面得以長期使用的保證。保證混凝土充分拌合、運輸和澆筑過程中不產生離析、泌水，控制混凝土的坍落度在規范規定范圍內，保證混凝土的養生和及時地切縫、灌縫對控制裂縫的發生發展致關重要。

2 防治開裂的措施

2.1 減少水泥混凝土路面的缺陷 減少缺陷，即減少混凝土中的雜質、氣孔、微孔隙和微裂縫，降低路面板的初始損傷度。控制混凝土材料缺陷的根本措施是采用符合要求的材料。加強振搗，盡量排凈空氣；保證骨料的級配超出最低的水泥用量；通過添加減水劑等外加劑來使震搗及攪拌質量提高，同時降低用水量。施工時盡量選用真空吸水的工藝，以使混凝土內的水分降低。應盡量使干縮變形減少，以減少干縮裂縫。覆蓋濕的草袋和砂子，或噴灑養護劑等，做好水泥混凝土表面的保濕工作。使混凝土內外的溫差減小，以減少溫度收縮裂縫。在水泥混凝土凝結過程中，為使混凝土內的微裂縫減少，應加強對混凝土的養護。施工過程中運用真空吸水的工藝，加入早強劑，在混凝土早期提升其抗拉強度，以使混凝土中各種微裂縫消除。

2.2 提高水泥混凝土路面的韌度 使混凝土韌度提升的有效辦法是增大有效的受力面積，減少初始損傷度。此外，還可通過聚合物使混凝土性能發生變化，或采用聚合物、鋼筋和纖維等，使混凝土的受力反應模式發生變動，提高混凝土的韌度。聚合物應用于混凝土有三種，其中最適合應用于路面的是聚合物水泥混凝土，聚合物的種類繁多，對水泥混凝土改性的機理至今也沒有得到完整的解釋，但是有幾個方面的作用是明顯的：①聚合物使水泥混凝土的結構形態發生了改變。②聚合物和水泥及其水化物產生了化學鍵。③聚合物發揮了減水的作用。

2.3減小水泥混凝土路面板早期的收縮應力 路面板產生收縮應力的條件，一是板塊收縮變形，二是板的變形受限。對于板塊干縮變形的控制，就是對混凝土干縮的控制。板塊的冷縮變形取決于氣溫變化和混凝土的熱膨脹性能，工程措施對此影響很小。減少路面板變形的限制，一是要提高基層的平整度，提高路面板與基層之間的摩擦，如整平基層；二是要阻止過渡層的生成，如在基層上鋪設隔離膜，如聚丙烯無紡布等。減少路面板的收縮應力的另一個重要措施是及時將已經產生的應力釋放。所以，把握好水泥混凝土路面的切縫時間非常重要。

2.4減小水泥混凝土路面板的荷載應力 路面板拉應力的大小，取決于路面作用荷載的大小。汽車荷載是沖擊荷載，其大小不但與車輛輪胎對路面的靜止壓力有關，而且與車-路相互的耦合作用的程度有關。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。要削弱車-路相互之間的耦合作用，應分別從車和路兩方面采取措施。對于車輛而言，要采取限速措施，降低車輛荷載的震動頻率；對于路面板而言，要提高路面的平整度，降低由于路面不平整引起的車輛震動的幅度。

路面板在荷載作用下的應力大小，與地基反應模量有關，即與路面板的支撐面剛度有關。路面板的支撐面剛度體現了道路結構的整體穩定性。所以，保證道路結構的穩定性，是減小路面板荷載應力的重要措施。道路結構包括地基、路基基層和路面面層，要保證道路結構的穩定性，首先要保證地基的穩定性。含水量很高，剪切強度很低的淤泥質和軟土地基的承載能力很差，一般都要采取工程措施進行處理。對于淺層的軟土地基，可以采用換填的方法進行處理。而對于厚度很大的軟弱土層，目前采用比較多的方法有兩個，一個是使土層排水固結，另一個是土質改變。使土層排水的方法，就是在土層中開辟排水的通道，如砂樁、碎石樁、袋裝砂井和塑料排水板等，讓水分沿著這些通道排到地面上，然后通過地面上的砂墊層或碎石墊層排出路基范圍之外。由于軟土地基土層的抗剪強度比較差，在路基填土的作用下可能滑動失穩，通常防止軟土地基失穩滑動的方法是降低路基填筑高度和增設反壓輔道。只要設計時路基穩定性的驗算正確，軟弱地基的滑動失穩是可以避免的。改變土質的方法，目前采用比較多的是采用打水泥攪拌樁。水泥攪拌樁的作用機理是在土層中加入水泥，讓水泥與水和土顆粒發生反應，提高土層的強度和穩定性。砂樁、碎石樁對軟土地基有擠密的作用，因此，也可以認為砂樁和碎石樁改變地基的土質成分，在一定程度上改善了地基的土質。回填土、黃土等松散土質的地基，承載力也是不足的。處理這種地基的方法是換填土和夯實。地基的滑動穩定性不好也是路基穩定性的隱患，所以要盡量避免道路穿過滑坡面和陡峭的山坡。如果必須在滑坡面上修筑路基，則一定要采取有效的措施，徹底制止滑坡體活動。在陡峭的山坡上填筑路基，要將山坡挖成臺階狀，使路基和地面間不能形成滑動面，防止路基滑移。對路基穩定不利的地基還有崩坍與巖堆、泥石流影響區、溶巖、凍土、膨脹土、鹽漬土等等。這些地基都必須采用妥善的措施加以治理，才能夠有足夠的穩定性。

3 結論

①水泥混凝土路面的開裂破壞過程可分為初始裂縫形成階段、裂縫累積和擴展階段以及路面斷裂破壞階段三個階段。②材料和路面結構組成設計、路基的支撐、施工質量、交通荷載的作用和水、溫度環境等因素是水泥混凝土路面裂縫發生和發展的原因。③從減少水泥混凝土路面的缺陷、提高水泥混凝土路面的韌度、減小水泥混凝土路面板早期的收縮應力、減小水泥混凝土路面板的荷載應力4個方面提出了防治水泥混凝土路面裂縫的措施。