水泥混凝土路面裂縫產生的原因及預防措施

吳佩珊

(廣西壯族自治區岑溪公路管理局，廣西 岑溪 543200)

0 引言

國內的水泥混凝土路面在近20年來取得飛速增長和發展，目前的統計顯示建設并投入使用的水泥混凝土路面總量達到大約200萬公里。水泥混凝土路面對于大行車荷載，高行車速度的情況適用良好，混凝土路面強度大，又具有良好的穩定性，使用周期長而且養護維修的費用和成本都比較低[2]。水泥混凝土路面由于其內在的形成機理和外在的研究設計、養護施工以及行車載荷不斷增長等方面的技術原因，所暴露出的劣勢和病害，也在逐年增長，已經顯示出了危害行車安全、縮短路面使用質量和壽命的嚴峻形勢。水泥混凝土路面病害中的裂縫問題尤其突出，其產生的原因和機理相對其他病害而言，更加錯綜復雜。鑒于目前我國對路面裂縫的研究有多種的理論和觀點，對裂縫病害的處理和預防并沒有十分普及和行之有效的方法，也就是說，水泥混凝土路面所產生的裂縫沒辦法避免。因此透徹了解和分析水泥混凝土路面的裂縫形成的各種前導因素和機理，掌握減緩裂縫發生發展的處治措施和預防辦法，是當前最理想的針對措施。

1 水泥混凝土路面裂縫分類

我國公路規范《公路水泥混凝土路面養護技術規范》(JTJ 073.1-2001)[1]中的規定表明，水泥混凝土路面的病害可以分為很多類型，按三個不同等級對裂縫進行劃分。劃分的主要依據是裂縫的實際寬度與裂縫是否已經造成了路面錯臺或者沉陷等標準(見表1)。

表1 裂縫分類表

2 水泥混凝土路面裂縫形成原因

對水泥混凝土路面形成的裂縫研究具有很強集成性，其形成機理有兩個方面：(1)水泥混凝土結構自身的開裂，主要包括結構方面的應力因素、混凝土自身的收縮受約束發展因素、水化反應因素、混凝土構件本身的塑凝狀態因素等；(2)混凝土路面因為其路用特性而特有的原因，包括路面水泥混凝土的材料組成、公路路面與基層設計、施工技術、養護水平、行車條件下累計當量荷載和環境的溫度梯度作用力等。

2.1 公路水泥混凝土路面特有原因

(1)在我國現行的對水泥混凝土路面結構層設計理論中，基本的假設條件是混凝土面層和與之直接接觸的基層是絕對光滑沒有摩擦阻力存在的，然而在實際的工程施工和鋪筑過程中，存在各類種類相異、含不同材料和物質的基層，當振搗水泥砂漿進行面層施工的時候，砂漿粒料滲透到基層內部，逐漸凝結后組成緊密的結構[3]。在實際環境水土溫度情況下，混凝土會有變形的特點，與基層的結合起到了阻礙的作用，導致裂縫從層間接觸面產生，最后破壞層間結構。另外基層和地基是否具有良好的均勻性和平整性以及強度，壓實情況是否良好，都可能導致水泥混凝土面層產生裂縫病害。

(2)和普通的混凝土結構不同，路面混凝土結構不止單一的承受靜力荷載，由于路面高低起伏的特點和行駛車輛作用，路面混凝土實際上作用在動荷載環境之中，加速了其裂縫的出現和生長。我國近年來車輛超載的現象愈發嚴重，短期內也難以解決，極大地加快路面裂縫產生和破壞。從另一方面來看，在路面設計時，為了路面能排水便利，通常都設計有一定的橫坡坡度，那么當車輛在路面上行駛時，特別在彎道、下坡和沒有超高的路面曲線處時，會出現重心偏移的現象，造成載荷的偏離，使路面承受的荷載主要分布在外側車輪行駛軌跡區域，這種載荷的不均勻性，增加了水泥路面裂縫發生的可能，而且裂縫也通常都會發生在外側車輪軌跡區。

(3)很多情況下，由于主客觀原因導致路面排水施工是不嚴格的。在路表水收集排路并不通暢的條件下，雨(積)水侵入孔隙和微裂縫，沖刷基層或者路基，同時混凝土因此會產生過大的濕漲反應，體積增長且破壞應力超限形成裂縫，在南方多雨地區，如果干燥環境和濕潤環境交替轉換頻繁，更會加速這一過程。

2.2 水泥混凝土自身性質的原因

(1)水泥混凝土本身因為集料的反應和晝夜溫度的變化產生溫度收縮，在投入使用周期內不可避免地產生裂縫。選用的混凝土的坍落度太大也會使混凝土的早期強度不能滿足設計和使用的要求，促使裂縫產生。

(2)水泥內部主要產物碳酸鈣和氫氧化鈣等，在進行水化作用的過程中本身會產生體積的不斷變化，同時由于是放熱反應，水化膨脹引起的體積變化量非常大。從應力超過束縛力和體積擴大兩方面考慮，都會對裂縫的形成產生影響。水泥石在硬化成型期，也會發生干燥收縮，產生干縮裂縫。其產生干燥收縮裂縫的程度和快慢主要受到單位用水量、粒料顆粒的性質因素影響。

(3)堿-骨(集)料反應在水泥生產和使用過程中普遍存在，在非實驗室環境下，都會有灼燒過量的鈣鎂氧化物游離，其水化周期很長，在水泥路面養護結束后依然繼續反應，影響水泥路面結構的穩定，造成裂縫病害。

(4)水泥路面在空氣環境中投入使用，會發生碳化收縮的現象，因為空氣環境中含有較多的二氧化碳氣體，當水泥混凝土結構的內部相對濕度較高，有水存在于接觸面時，二氧化碳會和水泥水化產生的氫氧化鈣反應，生成碳酸鈣晶體析出，同時和其他水化產物反應產出硅鋁膠體并伴隨游離水出現，這些游離水會通過混凝土內部的毛細孔向外蒸發，造成空隙內的毛細管張力變得很大，使體積變小發生收縮。

3 水泥混凝土路面裂縫的預防措施

3.1 選用質優的原材料

采購水化熱和堿含量都比較小的優質水泥材料，控制好水泥原材料的細度指標，這兩點能最大程度地保證水泥混凝土路面不產生裂縫[4]。同時，控制好粗細骨料的質量至關重要，選用含泥量小，不良礦料或雜質比率小，且粒料堅固性指標優秀的骨料。在需要使用外加劑(防凍劑、減水劑、引氣劑等)的情況下盡量選用高性能無不良副作用的品類，能最大限度預防裂縫病害。

3.2 提高施工的質量管理水平

施工中應確保施工工序安排的合理性，優先制定出針對性強的施工方案，提高施工技術和人員水平，做好應急保護預防措施，減少突發事件或不可抗外力對施工效果的影響，從而在客觀上預防裂縫問題的發生。

3.3 完善養護制度，做好養護工作

養護工作是整個預防水泥混凝土路面裂縫病害中非常關鍵的一個環節，養護水平高低，決定水泥路面后期強度的形成和穩固增長，確保養護水平穩定，重視養護過程各項措施的實施，避免裂縫的產生和發展。

3.4 及時對裂縫采取修復措施

裂縫產生后，沒有形成通縫的可以不進行處理，要及時在較輕微裂縫發展成中等或者更嚴重的情況之前或者通縫已形成的情況下采用灌縫、封縫等措施對其進行補修，根據裂縫具體的情況，合理的填縫處理或者壓漿灌縫，都能阻止裂縫的進一步擴大發展。

4 水泥混凝土路面裂縫修補施工工藝

4.1 注漿法修補工藝

針對非結構性的裂縫，根據裂縫寬度的范圍不同(表1)，通常采用以下幾種方式進行修補：噴嘴灌入工藝、注射器修補工藝、灌注器灌入工藝、直接灌漿法和擴縫后再灌漿的工藝[5]。各種修補工藝的主要環節是：

(1)用鴨嘴型噴嘴空氣壓縮器，配合使用鉛質鉤絲對縫隙中的雜物和土質進行清縫處理。

(2)將各類型的灌注管嘴埋設分布在裂縫內，這時要注意使用石蠟和松香按比例配置的熱熔型粘結劑封閉整個裂縫界面，同時用膠帶固定封口。

(3)提前配置適合裂縫寬度和滿足開放交通時間性能灌漿用材料，根據縫寬的不同情況，選擇PCR或新型灌漿修補料。

(4)在30 min左右的時間內，均勻地把灌漿材料壓入縫隙內，要灌滿固定用膠布位置，減小材料散失的影響。

(5)等待灌漿的固化或者在開放交通時間緊張時對其加熱以增加固化速度，整個裂縫修補工作即可完成。

4.2 補償收縮填充法修補工藝

當水泥混凝土路面存在大面積開裂、破損情況或者其接縫處有碎裂、板斷裂等嚴重裂縫破損時，需要對病害區域進行補償修復。在修補施工過程中，首先用切槽機進行開槽，在水泥路面破損位置外圍切割方塊形槽口，沿路寬方向的切槽深度至少在10 cm以上，之后對開槽產生的粉塵和水泥屑進行清理，施工時需對清洗后的界面用添加聚合物的水泥砂漿處治后再進行修補，修補用的水泥膠漿，采用快硬性硫鋁酸鹽水泥，加入一定比例的促凝劑調配，可以取得良好的修補效果。如果需要修補美觀，可在水泥調配時進行色差的調整，避免修補后的水泥混凝土路面產生色差。

4.3 二次罩面修補工藝

對于水泥混凝土路面裂縫在經過一次修補后，又較快出現了微裂紋等裂縫病害的路面，應當采取路面裂縫表面的罩面修補方式進行處理。出現這種裂縫病害，說明第一次修補后的罩面與原先的混凝土路面粘附力不強，或者修補材料本身的耐磨性和強度不夠。此時采取修補措施應當先去除舊罩面，清洗浮漿，處理修補接觸面后，使用聚合物水泥砂漿再進行罩面層裂縫修補。

4.4 貼縫帶裂縫修補工藝

貼縫帶是在抗皺載重型聚丙烯材料上涂抹聚合物防水膜，經碾壓后形成的一種滾卷式阻裂防水隔膜材料，其韌性和黏度較高，抗拉強度極大，適用于水泥混凝土路面基層中的溫度反射裂縫和應力荷載反射裂縫。對于寬度較大的反射裂縫，在灌縫處理后，采用15 cm面層貼縫帶進行修補。對于寬度不大的裂縫或施工縫，直接使用寬度為8 cm的面層貼縫帶修補。對于網狀裂縫或其他不規則裂縫，應當探明其成因后，選擇合適寬度的貼縫帶進行修補。

5 結語

我國的公路道路現狀決定了使用水泥混凝土路面的必要性，水泥混凝土路面以其優秀的性能、高性價比的使用價值，會在長時間內得到應用。混凝土路面裂縫的病害能否得到有效解決會直接影響路面的使用質量和可靠性，影響施工單位和道路使用者的經濟利益以及安全。通過正確認識裂縫的問題，分析其產生的內外部原因，探討防治措施，將會極大地完善整個公路工程施工和提高使用質量。