市政道路工程混凝土路面開裂預防措施

盧彥輝

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450004）

1 路面裂縫的主要影響因素

本文以某市政道路工程為例，該工程所使用的混凝土標號C35抗折5.0，基層是水泥穩定碎石層，路幅寬幅26 m。

2 混凝土路面開裂的原因

2.1 拌和物沉降與泌水造成混凝土開裂

在施工過程中，常出現混凝土泌水與拌和物沉降的情況，具體表現為原材料顆粒沉降。原材料沉降情況較嚴重時會直接導致混凝土表面產生沉降裂縫，沿鋼筋表面開裂。近年來，為了便于施工，使用泵送混凝土較普遍，使混凝土裂縫控制的技術難度增加，水化熱大幅度增高。造成混凝土泌水與沉降現象的因素較復雜，早期低氣溫季節澆注混凝土、礦渣水泥中礦渣的粉磨細度較粗以及拌和物保水性較差等，均可能造成混凝土路面開裂。

2.2 非荷載下體積變形造成混凝土開裂

非荷載下體積變形是造成混凝土開裂主要原因之一。非荷載下體積變形主要包括混凝土的塑性收縮、混凝土干濕變形、混凝土溫度變形和自身變形。

（1）塑性收縮對混凝土的影響。

塑性收縮指在新拌混凝土澆筑后，在塑性狀態發生的收縮，混凝土表面水分向外蒸發時，水分蒸發速度超過泌水速率時，會增加局部應力，導致局部塑性收縮產生裂縫。影響蒸發速率的因素有空氣溫度、混凝土內部溫度、太陽輻射、空氣濕度、環境風速等。

（2）干濕變形。

受硬化混凝土與周圍環境間的濕度梯度的影響，混凝土表面會吸收水分或向外蒸發水分，產生干濕變形。混凝土受干燥作用產生的六個作用為塑性收縮開裂、體積收縮（干縮）、微裂縫和滲透性增大、水泥-骨料黏結弱化、抗拉強度約降低30%。此外受潮可能會因為延遲鈣礬石生成或受拆散力作用產生膨脹。在調查過程中發現，主要遭受干燥影響的部位劣化較為顯著，特別是橋梁欄桿處最顯著。發生網狀開裂的程度主要取決干燥嚴重程度和混凝土對干燥收縮的易感性。

（3）溫度變形。

在路面混凝土施工中，混凝土硬化過程中會因為水化放熱升溫，混凝土結構出現膨脹，混凝土模量降低，產生的壓應力較有限，受徐變作用的影響松弛。混凝土溫度達到峰值后會逐漸降溫，降溫引起收縮變形、松弛作用減小、拉應力增加，拉應力大于抗拉強度時，會因內外溫差應力造成開裂。不同溫度區域熱膨脹作用的差異，如大體積混凝土中內部溫度較高，產生較大膨脹，外部則收縮，在外表混凝土中將產生較大的拉應力，使混凝土產生裂縫。

（4）自身變形。

除干濕變形、溫度變形以及塑性收縮產生的變形外，還存在自身變形的特殊混凝土表觀變形類型，具體表現為混凝土體積減小，又稱自身收縮。產生混凝土自身變形的主要原因是化學減縮，水泥、摻和料與水發生水化反應。與干濕變形不同，混凝土結構的水分不向外蒸發，受水遷移的影響，水泥水化過程中，水分被大量損耗，使凝膠孔的液面下降，形成彎月面，混凝土表觀體積縮小變形。

自身變收縮與干燥收縮這兩種收縮情況均是受水的遷移影響，兩者間存在一定聯系，混凝土水膠比降低時，自身收縮程度加大，干燥收縮減小。混凝土水膠比<0.35時，體內相對濕度迅速降低到80%以下，自身收縮與干燥收縮兩者縮值接近。水膠比為0.17時，干燥收縮停止，自身收縮繼續發生。兩者存在較多不同，自身收縮不會產生失重，干燥收縮會產生失重，收縮方向不同，自身收縮各項同時發生，干燥收縮由表及里產生收縮，受水灰比影響不同，覆蓋后不出現干燥收縮，出現自身收縮，通過濕養護控制自身收縮的量。

3 混凝土的延伸性

混凝土的延伸性造成混凝土路面出現開裂病害，混凝土的延伸性主要受彈性模量、徐變作用與抗拉強度的影響。

（1）彈性模量。

彈性模量越小，收縮引起的彈性拉應力越小。

（2）徐變作用。

徐變作用越大，應力松弛越明顯。

（3）抗拉強度。

抗拉強度越小，拉應力增加，導致混凝土結構出現開裂的概率越大。

在收縮受約束產生的拉應力和由徐變釋放的應力的相互作用下，混凝土路面出現早期開裂缺陷。現代混凝土的特點對收縮的影響，大流動性和泵送施工在使用混凝土外加劑的前提下實現，傳統混凝土減水劑使混凝土的早期收縮顯著增大。根據泵送商品混凝土的收縮試驗，考察混凝土強度-耐久性之間的關系。

混凝土的強度普遍提高，高強混凝土在更多的建筑物中得以應用，造成混凝土更大的早期收縮開裂傾向。

4 施工措施

4.1 水泥的選擇

應選擇強度、干縮性與耐磨性與抗凍性能良好且符合路面施工要求的水泥原料。現階段，我國大中型水泥廠均能夠生產滿足道路施工要求的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥與礦渣硅酸鹽水泥，考慮礦渣硅酸鹽水泥的性質，易受干縮性、強度以及水化熱的影響，出現早期裂縫的可能性較大，在道路工程施工應用最多的水泥原料是普通硅酸鹽水泥。

水泥混凝土用水量受水泥標準稠度與具體用量的影響，水泥的細度與成分會對水泥稠度產生影響，水泥稠度會對水泥混凝土早期水化程度產生影響，具體表現為混合料中的游離水的含量，影響混凝土干濕與收縮情況。

通常情況下，混凝土C3A在水泥水化過程中發熱量最大，放熱較快，C含量大的水泥拌制的水泥混凝土溫度升高較快，整體性能較穩定，收縮量較小，選擇水泥混凝土時盡可能選擇混凝土C3A，以保證道路工程建設質量。

4.2 集料的級配

在選擇集料時，應考慮骨料的級配、最大粒徑、粒形和表面特性等，確保拌制的水泥混凝土符合施工設計要求。一般情況下，混合料中的集料級配方式可以分為兩種，即連續級配和間斷級配。在其他條件相同的前提下，采用間斷級配方式配制混合料，需要投入更多的水泥量，產生離析現象的概率較小。為了預防混凝土路面的開裂，應選擇粗顆粒含量多的集料，減少水泥添加量與用水量，實現控制水泥混凝土干燥收縮變形的目標。

4.3 混合料中用水量

受濕梯度的影響，處于干燥環境中的混凝土水分會向外蒸發，水泥土中的凝膠體失水轉變為晶狀體，使混凝土結構表觀發生變化，體積收縮。若采用濕養護的方式，能夠有效控制水分蒸發量，控制混凝土結構，尤其是表面混凝土的收縮量，降低收縮裂隙出現的可能性。

水泥混凝土在水化過程中需要的水量較少，多數水分會在調節混合料施工過程中蒸發散失，在這個過程中，受收縮約束產生的拉應力和由徐變釋放的應力的影響，水泥混凝土易出現早期開裂。針對這一問題，設計人員應優化水泥混凝土配比方案，控制水灰比與單位用水量，以降低或消除早期的裂縫缺陷。

4.4 減水劑的使用

減水劑是一種水泥分散劑，將減水劑摻入混凝土中，減水劑中的表面活性物質會吸附在水泥顆粒表面，增加水泥顆粒溶化層的厚度，使得水泥與水的界面上形成具有一定機械強度的界面膜，能夠幫助釋放水泥漿凝聚體中多余游離水，使凝聚體發生改變，形成分散性的水泥漿結構。

在混合料中添加減水劑，能夠顯著改善混凝土的和易性，達到控制水泥添加量與用水添加量的效果。在不影響混凝土強度的前提下，摻入減水劑能夠節約10%～15%水泥用量。水泥用量不變的情況下，摻入減水劑能夠降低水灰比，有效提升混凝土的強度，如3D抗壓強度可提升至原混凝土強度的60%。

控制混凝土中水泥用水與用水量是預防混凝土路面開裂的重要措施之一，配合減水劑的添加，能夠有效提升混凝土強度，達到降低或消除混凝土早期裂縫的理想效果。在設計試驗混凝土配比時，應充分考慮摻入減水劑的合理性與必要性，確保道路工程混凝土路面施工質量。

4.5 加強早期養護

完成水泥混凝土路面攤鋪碾壓以及切縫作業后，應及時開展養護作業，向路面表層噴灑養生劑，在表層覆蓋塑料薄膜，以降低溫度與風力變化對路面的影響，防止出現外部溫度過高或風力等級太大導致路面質量問題。加強養護管理，確保養護時間≥14 d，在路面養護過程中不得在路面上存放雜物，不允許人員或車輛通過，保證路面結構的完整性與成品質量。

5 結語

綜上所述，造成市政道路工程混凝土路面開裂因素較復雜，應根據不同的裂縫類型與成員采取個性化、針對性的處治措施，優化路面施工方案，加強前期與后期運維管理，降低路面開裂缺陷的出現概率。