鋼纖維混凝土路面板裂縫原因及預防

李　斌

?

鋼纖維混凝土路面板裂縫原因及預防

李斌

江蘇中源工程管理股份有限公司泰州分公司

行業曲線

本文針對公路工程鋼纖維混凝土路面的病害，提出的觀點。在公路交通工程建設行業起到控制、預防作用。

如付諸現實將產生施工費用控制及運營維護的經濟效益。

文章主要介紹目前公路工程鋼纖維混凝土路面裂縫的原因，并根據作者的施工經驗，分析公路工程路面鋼纖維混凝土施工技術及病害預防方面的一些措施，提出鋼纖維路面施工方面關鍵技術及質量控制的關鍵環節。

人們日常生活出行中離不開公路，特別是高等級公路隨著社會發展，其便捷、迅速以及相關的服務性越來越被人們所重視，從而對公路混凝土路面質量也隨之要求更高，以便給使用者提供更加舒適、安全的行車效果。本文結合鋼纖維混凝土路面工程施工實踐，分析鋼纖維混凝土路面板裂縫的原因及其預防措施。

鋼纖維混凝土路面板裂縫的原因

基層（地基）發生不均勻的沉降

此類裂縫多是上下貫通型，其走向基本與基層的沉降一致。路面裂縫寬度與其受力的荷載有很大關系，與基層的沉降成正比。發生此類問題的主要原因是路面結構層下的基層（地基）未經有效夯實或地基承載力不足時未進行有效的加固處理，在鋼纖維混凝土路面澆筑后，基底出現不均勻沉降。此外，在施工準備中的模板支撐不牢固，施工后拆模過早或拆模時鋼纖維混凝土受到較大的外力影響等，也會引起不均勻沉降裂縫。

水的破壞不容忽視。雖然在鋼纖維混凝土路面的縱、橫向板縫（縮縫、脹縫、施工縫），采取了瀝青灌封的措施，或設置路緣排水溝、暗溝排水，但都不能確保路表水的滲入造成的基層（地基）失穩破壞，從而導致鋼纖維混凝土路面板裂縫破壞。

鋼纖維混凝土配制不當

水泥用量、水灰比及水泥品種

鋼纖維混凝土中用水量直接影響混凝土的干縮值，減少混凝土施工時用水量是減少干縮值的重要措施。一般情況，在混凝土配合比設計中低水灰比多采用富配合，但使用的水泥用量以及單位用水量也大。此類配比中較大用水量和水泥用量增加的收縮值會遠遠超過選用低水灰比而減少的收縮值。相比而言，富配合低水灰比的鋼纖維混凝土收縮值有時會超過貧配合高水灰比；因此，在鋼纖維混凝土配制中應重點控制水泥和水的用量，使鋼纖維混凝土的收縮值降至最低。

不同的水泥品種，其礦物組成也有所區別。水泥加水拌合水化后，產生的膠體一般多于晶體。在外界環境的干濕作用下，膠體會產生較大的體積變化，而晶體一般不受干濕作用影響。可見，膠體的數量和性質在很大程度上決定水泥在水化和干燥時的收縮值。

骨料的大小和級配

大粒徑粗骨料且級配良好時，空隙率小，可減少鋼纖維混凝土的砂漿含量，收縮值也隨之減小。骨料吸水率的大小，也直接影響收縮值，吸水率大的骨料，收縮值也大；吸水率較小的骨料，收縮值就小。使用偏細砂時，也能增大鋼纖維混凝土的收縮值。

外加劑

一般來說，減少用水量的外加劑可減少鋼纖維混凝土的收縮值。例如，鋼纖維混凝土使用引氣劑后，如用水量和水泥用量不變時，坍落度不變時，每增加含氣量10%，用水量可減少30%～40%，因而干縮值增加的不多。但某些外加劑的使用使鋼纖維混凝土產生收縮，如氯鹽、三乙醇胺及一些減水劑的使用會增加混凝土的收縮值，使用外加劑時，應考慮到對鋼纖維混凝土收縮的影響。

鋼纖維混凝土攪拌時用水量偏大，但在施工中未采取吸水措施

鋼纖維混凝土強度與配合比中水灰比有密切的關系。水泥用量一定的情況下，水灰比大，強度低，凝結硬化時間長；水灰比小，強度高，凝結硬化時間相對較短。鋼纖維混凝土攪拌時用水量偏大，坍落度隨之增大，在施工振搗時粗骨料及鋼纖維會過于向下集中，而細骨料就偏于混凝土上面層，造成混凝土板上層水泥砂漿過多，在鋼纖維混凝土硬化時極易產生干縮裂縫。在施工中對鋼纖維混凝土采取必要的吸水措施，吸出鋼纖維混凝土硬化時水化作用多余的用水量，縮短鋼纖維混凝土凝結硬化時間。水泥的水化作用很慢，因此直接影響鋼纖維混凝土強度的增長。在一定的溫度和濕度條件下，要達到一定的混凝土強度，就需要一定的時間。在試驗室標準養護條件下，鋼纖維混凝土前7天強度增長很快（一般可達到設計強度的80%左右），以后強度的增長較緩慢。因此，鋼纖維混凝土早期承受荷載也應特別注意，在混凝土強度未達到1.2MPa之前，是不能承受任何荷載的，此外，特別要防止在鋼纖維混凝土未達到允許拆模所需強度之前拆除模板和支架，導致鋼纖維混凝土無法負擔這些重力而發生裂縫。

鋼纖維混凝土路面板施工工藝不當或施工水平較差

鋼纖維混凝土路面板施工，首先從混凝土攪拌中鋼纖維的摻量和攪拌時間應嚴格控制（注： ①入機拌和量不應超過攪拌機規定容量的10%；②摻加減水劑、加氣劑等時，宜延長攪拌時間），鋼纖維應在攪拌機內攪拌均勻；否則，鋼纖維會產生結團現象，如施工中不能及時發現并剔除，在混凝土中極易形成空隙，引起鋼纖維本身在混凝土中相反的作用。其次鋼纖維混凝土施工中工人操作不當，拋擲或耬耙鋼纖維混凝土，造成鋼纖維混凝土離析；振搗鋼纖維混凝土所用的機械功率或振搗時間不滿足實際施工需求，在鋼纖維混凝土振搗不足的情況下急于進行表面修整或壓槽，也容易造成鋼纖維混凝土因施工工藝缺陷而發生沉降，導致鋼纖維混凝土路面板產生裂縫，甚至斷板。

鋼纖維混凝土路面板成型后養護不到位

鋼纖維混凝土澆筑后由水泥的水化作用，使混凝土逐漸凝固、硬化產生強度。水泥的水化作用時要散發出大量的水化熱，混凝土外界的溫度、濕度與其內部形成較大的差異。此時，應對鋼纖維混凝土采取必要的養護措施，保持水化作用時有適宜的溫度和濕度，從而創造各種條件，使水泥充分水化，加速鋼纖維混凝土硬化，防止在成型后因風吹、干燥等自然因素的影響，出現不正常的收縮、裂縫等現象。

鋼纖維混凝土路面板切縫過遲或切縫過淺

由于鋼纖維混凝土路面板較長，因混凝土自身溫度下降和水份減少產生收縮受阻，從而導致收縮應力超出其抗拉強度，而在非預定位置出現不規則裂縫。因此，要在鋼纖維混凝土結硬后恰當的時間內進行切縫，并且要掌握好切縫的恰當時間。切縫過早，會由于鋼纖維混凝土的強度尚未形成，從而引起集料與砂漿分離、脫落，切縫效果的規整度較難實現。另外，切縫深度也應控制（一般切縫深度為板厚的1/4～1/6），否則仍達不到切縫的預期目的。

鋼纖維混凝土施工停頓時間過長且未設置施工縫

在鋼纖維混凝土施工澆筑工序中斷時間過長或作業結束時，應及時設置施工縫；否則，進行后繼施工時，前段鋼纖維混凝土已初凝與新施工的鋼纖維混凝土聯結性差，此處形成鋼纖維混凝土路面板受力薄弱點，容易造成受力破壞而產生裂縫。

鋼纖維混凝土路面板上施工縫的設置

鋼纖維混凝土路面板上施工縫設置的位置與結構物分界等不在同一斷面上，造成鋼纖維混凝土路面板裂縫、甚至斷裂。此類現象，是由于結構物或路基下沉導致鋼纖維混凝土路面板拉裂。當通過不良地質地段時，地層承載力相距較大；因此，鋼纖維混凝土路面上的橫向縮縫、施工縫當靠近結構物沉降縫時，應同結構物沉降縫設在同一斷面上。

基層混凝土標高的控制

基層混凝土標高控制不準確，使鋼纖維混凝土路面板澆筑成型后板的厚度不一致。在鋼纖維混凝土路面板受力時，板厚度較薄地段自然就形成受力薄弱點，由于應力集中，容易使鋼纖維混凝土路面板形成裂縫，直至斷裂。

鋼纖維混凝土路面板裂縫的預防

鋼纖維混凝土路面板裂縫的出現主要是在施工過程中或使用過程中，因此裂縫的預防就要分別針對其出現的時期加以控制。

選擇良好的結構組合設計

由于運營中的超限荷載的因素，導致鋼纖維混凝土路面在使用過程中出現裂縫。設計中的結構組合、排水設施等考慮不周也會造成鋼纖維混凝土路面裂縫的產生。在路面結構組合的設計中應重點考慮基層對鋼纖維混凝土路面板的影響，在確保路面基層（地基）自身有足夠的強度、剛度，還應同時具備良好的水穩性和平整度，以避免唧泥現象的產生，從而避免基層（地基）的破壞而造成板底的脫空問題，確保提供良好的支撐作用，避免裂縫或斷板的產生；良好的基層（地基）平整度能夠使鋼纖維混凝土路面板在荷載作用下受力均勻，避免出現應力集中而導致裂縫或斷板的產生。

施工過程中裂縫的預防

嚴格控制鋼纖維混凝土的配合比，確保鋼纖維混凝土有足夠的強度。拌合時嚴格按混凝土配合比控制其水灰比，避免因水灰比過大造成混合料離析；同時，根據施工現場溫度、濕度的變化，準確掌控切縫時間，避免由于鋼纖維混凝土的收縮而產生裂縫。施工過程中應注意以下幾點：

在卸鋼纖維混凝土前，將基層表面清洗干凈。若在夏季或基層表面干燥，應將基層表面灑水濕潤，以防干燥的基層表面吸取鋼纖維混凝土中的水分。

人工攤鋪鋼纖維混凝土時嚴禁拋擲或耬耙，以防離析。

鋼纖維混凝土拌和物的振搗，應注意以下幾點：

（1）采用插入式振搗器振搗。若分兩次攤鋪，振搗上層鋼纖維混凝土拌和物時，插入式振搗器應插入下層鋼纖維混凝土拌和物5cm以上，且必須在下層鋼纖維混凝土初凝前完成振搗作業。插入式振搗器移動時，其間距不應大于其1.5倍的有效作用半徑，同時保持與鋼筋和模板之間有10cm左右距離，避免碰撞。

（2）搗實應從邊角起開始。振搗器的振搗持續時間，應以拌和物無明顯下沉、表面呈現泛漿為止，振搗持續時間不宜小于20s；再用功率不小于2.2KW的平板振動器縱、橫交錯全面振搗（縱、橫振搗時應至少重疊10～20cm），同一位置振搗的持續時間不宜小于30s。

（3）用混凝土振動整平機振實、整平、提漿。整平機向前振動時，鋼纖維混凝土應比滾筒稍高，并輔以人工整平。找平應選用碎石較細的鋼纖維混凝土拌和物，禁止用純砂漿填補找平。之后，可再用鐵滾桶進一步整平、提漿。

（4）在振搗、整平過程中，應經常檢查鋼纖維混凝土的振搗質量。檢查鋼纖維混凝土是否密實、模板是否下沉、變形或松動，若出現不良情況應及時糾正。

路面鋼纖維混凝土板表面修整

鋼纖維混凝土表面修整的好壞涉及路面的質量，包括表面的平整度、耐磨性等。必須要求施工人員認真操作，并注意以下幾點：

（1）表面修整作業需在鋼纖維混凝土仍保持塑性狀態下進行，盡量在鋼纖維混凝土初凝前完成表面修整工作。

（2）鋼纖維混凝土整平后，應采用真空吸水工藝吸取鋼纖維混凝土中的部分水分，但在操作時要注意檢查以下幾項：①吸墊下的濾布不得有孔洞，并需常用清水洗凈；②吸墊周邊應緊貼混凝土，不得漏氣；③真空吸水時間（min），一般宜為板厚（cm）的1.0～1.5倍，真空吸水的作業深度不宜超過30cm，真空吸水機在開始出水時，應保持0.6～0.75Mpa的壓力，并要時常檢查氣壓表的工作情況。

（3）真空吸水工作完成后，用抹光機抹平，隨后用4～6m的鋁合金型材刮平。

（4）表面修整使用簡易工作棧橋，嚴禁作業人員直接將腳踏在鋼纖維混凝土面。表面修整時必須嚴禁在鋼纖維混凝土表面灑水或灑水泥。

（5）表面修整前應做好清邊整縫，清除粘漿修補掉邊、缺角。

（6）表面修整宜分兩次進行，先找平抹平，待鋼纖維混凝土表面無泌水時再第二次抹平，以確保鋼纖維混凝土表面平整、密實。

（7）抹平后沿橫坡方向（與中線垂直）拉毛或用機具壓槽。壓槽深度為1～2mm，壓槽應均勻、直順。

鋼纖維混凝土結硬后，要在恰當時間內用金剛石或碳化硅鋸片切縫。橫向縮縫宜采用假縫形式（鋼纖維摻量為混凝土體積率的1%時，縮縫間距宜為6～12m），當鋼纖維混凝土達到設計強度的25%～30%時，應采用切縫機切割。切縫時間應根據材料的性質、施工時的氣候條件、水灰比等因素，結合施工經驗并經試切后確定。

使用過程中裂縫的預防

鋼纖維混凝土路面在使用過程中，常會因超限荷載以及地面水進入鋼纖維混凝土路面等原因，形成唧泥，進而產生鋼纖維混凝土路面裂縫，因此應嚴格控制運營中的超限荷載，并及時對水泥混凝土路面已出現的各種縫隙進行灌縫封閉，防止地面水進入鋼纖維混凝土路面結構內部，從源頭消滅唧泥現象，避免裂縫或斷板的產生。

結束語

隨著我國對公路工程路面結構的研究日益深入，對路面結構的舒適性、安全性以及對路面的抗滑性能和噪聲控制也提出了更高的要求。因此，建設和維護高質量的公路路面是目前亟待解決的問題，相信在公路研究者的不斷探索以及建設者的經驗積累中，我國公路路面施工方面一定會有突飛猛進的發展。

DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.13.008