淺談高強度混凝土施工病害防治

王釗 胡俊遠 虢旭東

摘要：高強度混凝土指的是強度等級為C60及其以上的混凝土，C100強度等級以上的混凝土稱為超高強混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加減水劑或同時外加粉煤灰、F礦粉、礦渣、硅粉等混合料，經常規工藝生產而獲得高強的混凝土。高強混凝土作為一種新的建筑材料，以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優越性，在高層建筑結構、大跨度橋梁結構以及某些特種結構中得到廣泛的應用。高強混凝土最大的特點是抗壓強度高，一般為普通強度混凝土的4～6倍，故可減小構件的截面，因此最適宜用于高層建筑。試驗表明，在一定的軸壓比和合適的配箍率情況下，高強混凝土框架柱具有較好的抗震性能。而且柱截面尺寸減小，減輕自重，避免短柱，對結構抗震也有利，而且提高了經濟效益。本文談論的重點是對高強度混凝土施工病害防治。

關鍵詞：高強度混凝土;高層建筑;大跨度橋梁

高強混凝土作為一種新的建筑材料，以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優越性，在高層建筑結構、大跨度橋梁結構以及某些特種結構中得到廣泛的應用。高強混凝土最大的特點是抗壓強度高，一般為普通強度混凝土的4～6倍，故可減小構件的截面，因此最適宜用于高層建筑。高強混凝土材料為預應力技術提供了有利條件，可采用高強度鋼材和人為控制應力，從而大大地提高了受彎構件的抗彎剛度和抗裂度。因此世界范圍內越來越多地采用施加預應力的高強混凝土結構，應用于大跨度房屋和橋梁中。

1.水泥混凝土路面病害的主要類型

1.1裂縫

板角裂縫，在兩縫交叉處的4塊板角中1塊或2塊先出現斷裂，斷裂后的板角在重載作用下很快發展成嚴重破碎，并擴大至相鄰板角;縱向開裂斷板，平行或大致平行路面中心線的縱向裂縫，主要發生在半填半挖或新舊路基結合處;沿縱向施工縫的破壞，發生在縱向施工縫的兩側，裂縫呈網狀，主要是半幅施工、半幅通車的影響所致;網狀裂縫，混凝土自身強度不夠而發生的網裂。路面裂開如圖一所示：

1.2 淤泥

板邊緣和角隅下路基或基層塑性變形累積，而同混凝土面層脫離接觸;接縫填封料失效，下滲的水積聚在面層下的脫空區內。荷載作用積水變成有壓水，侵蝕基層并同基層內沖刷出的細料攪混成懸液，沿接縫噴濺出。久之，引起錯臺發生并導致板出現裂縫。

1.3錯臺

板底脫空較嚴重部位，接縫或裂縫兩側板面出現高差，接縫處僅有部分傳遞荷載能力。荷載作用時，帶有沖蝕材料的有壓水沖蝕基層，使板底脫空，板面由于基層材料被沖蝕，在荷載作用下而下沉，即形成錯臺。錯臺的出現降低了路面行車的平穩性和舒適性。

1.4沉陷

由于路基土沉降或固結所引起，特別是接近橋涵構造物處，會由于壓實不足而產生。沉陷使路面平整度變差并導致板的開裂。

1.5拱起

在春季和炎熱夏季，接縫處板塊出現突發性的向上隆起。板收縮時接縫縫隙張開，填縫料失效，堅硬的碎屑落入縫內，致使板在受熱膨脹時產生較大熱壓應力，板發生縱向失穩而出現拱起。拱起使路面平整度變差，而嚴重拱起會導致前后板塊斷裂。水凝路面拱起如圖二所示：

1.6其它

由于水泥質量差（如安定性不合格）或使用礦渣水泥、臟集料、水灰比偏大、高溫下施工水分蒸發快、施工過度抹面或施工結束遇雨、養生不及時等原因引起板面表層內出現的病害。

2.水泥混凝土路面病害的原因分析

2.1原材料不合格

水泥安定性差，強度不足，水泥中的游離氧化鈣在凝結過程中的水化很慢，水泥凝結硬化還在繼續起水化作用，當水泥氧化鈣含量較大時，就會破壞已經硬化的水泥混凝土或使其抗拉強度下降。砂、碎石含泥量有機質含量超標，水泥混凝土路面所用砂、碎石的含泥量及有機質含量超過規范的標準，就會造成水泥與骨料的界面粘結力不足，導致產生開裂。同時過量的粘土含量有降低混凝土面層耐熱性能，增大局部混凝土收縮膨脹的趨勢。砂、碎石的粒徑和級配較差，骨料粒徑的大小和級配對混凝土中的干縮值有密切關系，級配良好的骨料空隙率小，砂的用量少，收縮值也相對減小。水及砂中有害雜質的腐蝕作用，有害雜質與混凝土產生反應生成易溶于水的物質，使混凝土被腐蝕，強度降低，在車輛荷載的不斷作用下遭到破壞。

2.2混凝土配合比選用不當

單位水泥用量偏大，在混凝土中，水泥是收縮的主要成分。水泥用量過大，必然導致混凝土的收縮率增大，從而引起水泥混凝土路面裂縫;水灰比偏大，混凝土中的拌合水分自由水和化合水兩部分。化合水的作用是使水泥水解和水化，剩余的皆為自由水，它是為了滿足操作的要求。自由水在混凝土硬化過程中逐漸蒸發，使混凝土內部形成空隙;砂、碎石用量偏大，在現場施工中，雖然有試驗室出具的混凝土配合比試驗報告，但施工單位為了追求經濟效益，在業主、監理監督不力的情況下，隨意增加砂、碎石用量，從而影響了混凝土強度[1]。

2.3基層的施工質量較差

基層的標高控制不好，造成混凝土面層的厚度厚薄不一，過薄或厚薄交界處將成為薄弱斷面，在混凝土收縮時，難以承受拉應力的作用而產生裂縫、斷板;基層平整度差，這會增加基層與混凝土面層的摩阻力，容易造成在薄弱部位開裂斷板;用松散材料調整基層標高，會使面層的混凝土中的水分和砂漿會下滲到基層松散材料中，使面層混凝土下部變為疏松，造成混凝土強度下降，整體強度不均勻，較弱部位的面層容易開裂、斷板;基層干燥，造成基層吸收混凝土中的水分，使面層底部的混凝土失水，影響混凝士強度，導致裂縫斷板。

2.4氣候影響

水泥混凝土路面相對于結構混凝土的蒸發表面積要成倍的增大，因此，受氣候的影響及表面溫度變形也相對大得多。高溫氣候影響：促使混凝土水化熱在較短時間內集中產生，造成混凝土強度裂縫，而且高溫照射下的混凝土集料，蘊含大量的熱能，使得混凝土入模溫度過高，加劇了已澆筑混凝土早期熱量的增加，進而影響混凝土內部應力應變的平衡，形成裂縫。干燥氣候的影響：當大氣溫度較低、外界水分不能及時得以補充時，混凝土表面水分的喪失，將很快造成表面的干縮裂縫。溫差的影響：當外界氣溫變化較大時，混凝土內部的溫差將進一步增加，溫差梯度達到一定值時，混凝土的溫度應力將造成路面板沿較小斷面的開裂。

3.水泥混凝土路面裂縫防治對策

3.1材料選擇與配合比設計

路面混凝土因主要承受豎向荷載的作用，其受力特性以抗折強度為主，而影響混凝土抗折強度的主要因素有：混凝土水泥用量、水灰比、粗集料粒徑粒形及水泥品種、性能、外加劑的品種、摻量等，在上述材料確定后，混凝土配合比的優化選擇、混凝土的拌制方法、澆筑工藝、養護狀態，則是保證混凝土強度形成的關鍵。因此，從路面材料的選擇及配合比設計的優化著手，應注意以下幾個方面的問題。

3.1.1水泥的選用

除水泥混凝土路面專用水泥——道路硅酸鹽水泥外，宜選用的水泥品種有：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥。選用時，除考慮水泥品種、強度等級外，還應注意水泥的含堿量（一般情況下，不大于0.6）及水泥中混合材料的種類、摻量等。在水泥使用于澆筑水泥混凝土路面時，宜進行水泥的安定性、強度、凝結時間等自檢試驗，只有自檢符合國家規定的各項技術指標后，方可投入工地使用[2]。

3.1.2集料的選擇

從粗骨料對水泥混凝土強度的粒徑效應方面考慮，用于混凝土路面的粗骨料的最大粒徑，不宜大于40mm，且宜采用連續級配的碎石，細集料宜采用中粗砂，其細度其數定在25m以上。在提高混凝土耐疲勞極限方面，礫石仍優于碎石，小粒徑骨料優于大粒徑骨料。而影響溫度變形的主要因素是石料的種類（可選用堿性石料、酸性石料，石英巖較差）、砂漿的總量以及碎石的總表面積。

4.結語

防止水泥混凝土路面開裂、斷板等病害，搞好混凝土路面的質量，除了要求路基穩定、基層堅固外，采用先進的機械化施工工藝、良好的施工組織、合理的施工工班是十分必要的。同時還應當在指導思想上克服小生產的分散施工模式，以專業化大生產及流水作業的方法來安排施工，才能收到良好的效果。

參考文獻

[1]張明華， 陳新祖. 淺析高速公路隧道水泥混凝土路面施工技術及病害防治[J]. 中小企業管理與科技（下旬刊）， 2020， 603（02）：188-189.

[2]陳剛， 周清暉， 徐銓彪，等. 預應力鋼絞線超高強混凝土管樁受彎性能研究[J]. 建筑結構學報， 2019， 40（7）：10.