水泥混凝土路面早期裂缝产生的原因及防治

摘要：水泥混凝土路面具有刚度大、承载力强、耐久性能好、可就地取材、建设使用等诸多优点。近些年来，随着水泥混凝土路面滑模摊铺技术的日益成熟，路面机械化施工程度提高，路面平整度等质量指标也大幅度提高。因此，它广泛应用于国道、省道等高等级路面，但随着高速公路水泥混凝土路面修建数量的逐年增多，在建设和使用过程中也出现不少问题，水泥混凝土路面的裂缝就是其中之一。如何减少施工早期裂缝，防止使用期间路面裂缝，提高水泥混凝土路面的使用寿命是大家共同关注的问题。
关键词：混凝土路面 裂缝 防治
        1 路面早期裂缝的原因
        1.1 内部因素　①行车荷载破坏：根据刚性路面设计规范，我们知道路面应力假定最不利作用荷载位置在板中央、板角和板边缘中间位置，因此，因行车荷载反复作用造成的裂缝主要集中在板底面和边线中间、及四角上面450斜线位置。②温度应力：水泥混凝土具有热胀冷缩性质，路面板白天表面温度高，晚上底面温度高，上下面温差导致热胀冷缩不一致，形成拉应力，长期作用下形成裂缝。③化学作用：水泥通过水化作用形成强度，在硬化过程中释放大量热能。在通常温度范围内，混凝土温度每上升100C路面板每米膨胀0.01mm。据有关试验证明，水泥水化过程中的热能释放是变化的，初始较缓慢，25min后增温，大约在水泥终凝后12小时的水化热温度可达800C，使混凝土内部产生显著的体积膨胀，产生很大的拉应力，当外部混凝土所受拉应力一旦超过混凝土当时的极限抗拉强度时，板块就会产生横向或纵向裂缝。④碱骨料反应：混凝土中的骨料约束水泥的膨胀和收缩，产生拉应力，产生裂缝；有些水泥在生产过程中，有时会出现一些过烧的CaO和MgO，它们的水化速度很慢，往往在水泥硬化后再水化，引起水泥浆体膨胀、开裂甚至出现网裂。⑤干缩裂缝：水泥硬化过程中，水份散失的同时，水泥浆体收缩，当收缩变形与混凝土本身的抗拉应变和徐变应变不相适应时，就会产生干缩裂缝。产生干缩裂缝的主要原因有混凝土的单位用水量、骨料粒径、细粒料含量等诸多因素，但主要是单位用水量。 
        1.2 外部因素 ①切缝不及时：主要表现为施工中切缝时间难以控制，切缝不及时，温度应力大于相应时间路面抗拆强度，导致路面出现横向裂缝。②计量不准：现在高速公路施工中的混凝土搅拌一般都采用计量的大型拌和站，各种材料的称量精度都有保证。但是，如果施工经验不足，不根据施工环境变化及时调整施工配合比。在加水量的控制上，死搬设计配合比，没有根据施工现场风力、温度、运输距离等因素及时调整，致使施工水灰比时大时小，形成混凝土强度的差异，使早期裂缝机率增大。③外加剂因素：混凝土路面施工中一定要掺加外加剂，但如果掺加了不合格的外加剂，混凝土就会出现早凝、慢凝、离析、有害物等问题，直接影响混凝土的质量。④运输的影响：运输距离、时间过长使混凝土在运输途中发生“离析”、造成施工和易性差，影响振捣效果，导致混凝土板块发生早期裂缝的概率大大增加。⑤漏振或振动不够：摊铺机施工过程中振动器损坏还继续施工，使混凝土漏振。混凝土中存在的空洞降低了混凝土的强度，使路面发生裂缝或断板。⑥气温变化：施工中有时气温突然变高或变低，甚至辅以刮大风，造成混凝土中水份失去过快，形成表面网裂。汕梅高速公路K96+250处，因中午气温过高，施工时未采用防护措施，路面摊铺过后不到4小时就发生连续11块路面板网裂；K93+420处施工时下午刮大风，在路面成型后2个小时就有两处网裂。如果施工期间夜间有寒流，不采取加盖保温措施的话，那么第二天肯定有断板。⑦养生不及时、不充分：混凝土中硬化过程中失去的水分未能得到及时补充，使混凝土产生干缩变形发生早期裂缝。⑧基层问题：a路基填土含水量偏大，在冻胀作用下使路面形成裂缝。b路基碾压不均匀，出现填土局部未压实或两侧密实度不够，使路基产生不同程度的沉陷，形成裂缝。c旧路拓宽时，新旧路基衔接处理不符合技术规范要求，新路基压实度不够，造成路基不均匀沉陷或滑坡，形成裂缝。d傍山公路半填半挖地段、桥台与填方接头处、路基施工未按规范要求，易造成沉降，经长时间行车作用易形成裂缝。⑨路基问题：路堤填方高度高、自然沉降大；填挖方分界；桥头沉降；软基处理不彻底等诸因素导致不均匀沉降。经行车荷载反复作用，导致混凝土板裂缝、断板。⑩养护问题：a表现在排水不畅、地下水位上升致路基承载力下降而破坏路面；胀、缩缝长期不清理更换，限制了混凝土路面的纵向变形功能，致路面板挤压变形破坏。b沥青路面在行车作用下出现小面积松散，个别坑槽后，未及时进行养护。c养护方法不当，有些养护人员在沥青混凝土路面上采取人工喷油，人工洒料方法进行养护。        2 防治方法
        针对路面产生裂缝的原因，结合有关资料及笔者的经验和思考，可以采取下述防治方法。
        2.1 设计方面 ①提高设计标准：随着我国国民的，高速公路的车流量正以每年两位数的速度高速增长，设计标准也要相应提高。有条件的.地方尽量选用连续配筋混凝土路面增强混凝土的强度。以解决大量、重载车多的问题。也可以推广高抗拉强度砼路面和钢纤维混凝土路面等新技术、新工艺，解决混凝土路面的裂缝问题。②从设计上要求路基足够长的沉降时间后才能进行路面施工，减少路基不均匀沉降造成的裂缝、断板；增加路面基层强度，可以采用诸如碾压混凝土等新工艺，减少因路面基层因素造成的路面裂缝。
        2.2 施工方面　①选用水泥：应采用不低于425号硅酸性水泥或普通水泥。尽量使用同一厂家生产的同一品牌、同一标号的水泥，加大对水泥的实验和检测。施工时严格控制水的用量，适当延长搅拌时间，加强养护工作。施工工艺的选用必须着眼于保证混凝土的早期强度和减少收缩。②严格控制水灰比：混凝土路面施工，水灰比应小于0.5。施工时的用水量应按砂石料情况、施工温度等经实验确定。施工中经常要测定混凝土混合物的坍落度。为改善和易性，可掺用适量外加剂。控制水灰比是保证混凝土强度的重要措施。③采用合格砂石料和正确掌握配合比：采用的碎石应质地坚硬符合规定级配，各材料的施工配料要准确过磅，如发生含水率、水泥变换等改变，应及时调整施工配合比。④及时切缝，保证质量：适当的切缝时机是减少断板产生的重要手段，切缝的时机和质量要求如前所述，这里需补充的是，切缝机械也需保证质量，且要加强维修。⑤高度重视配合比设计，选择合适的配合比。施工过程中除严格计量外，根据施工环境、及时调整含水量，保持施工塌落度基本稳定，防止温度裂缝。⑥使用合格、性能稳定的缓凝引气减水剂，减少用水量、增加施工和易性以保证工作时间。⑦用滑模式摊铺机进行机械化施工，以保证混凝土路面平整度、强度和均匀性。⑧混凝土做完面后尽快喷洒一层养护剂，防止早期收缩裂缝；在施工过程中当天气异常时，应采用运输车加盖篷布、施工现场洒水降温、夜间加盖草袋等保温措施；并根据混凝土强度增加速度，尽量早开始锯缝工作。⑨控制水泥用量及提高混凝土的密实度，达到预防化学裂缝的目的。
        2.3 养护方面
        2.3.1 工期的养护　路面浇筑待终凝后要立即覆盖，并确保洒水养护，从而保证混凝土强度正常增长，防止因缺水干缩而产生裂缝，养护时间视具体情况而定，一般使用425号以上普通水泥养护时间不得少于14天。
        2.3.2 路面使用后的养护　①保持排水系统完好，防止路基强度降低。②重视混凝土面养护，及时清理或更换缩胀缝材料。③加强早期维修，防止病害加大、扩散。 
        混凝土路面产生裂缝的原因还有很多，防止的方法也不止这几点。但我们相信，只要采取必要措施，就能防止或减少路面裂缝现象的发生，混凝土路面的早期裂缝是可以消除和避免的。