浅析如何减少水泥混凝土路面裂缝

张 炜

(衡水市公路勘测设计所)

1 水泥混凝土路面裂缝的三个阶段

一般情况下，水泥混凝土路面在它建造之初就形成微裂缝，公路投入使用后，由于荷载作用，微裂缝变成宏观裂缝;宏观裂缝继续发展，最后造成公路断板。这个过程大致可以分三个阶段:第一阶段是在浇筑和凝结过程中产生的初期损伤和开裂，形成微裂缝;第二阶段是使用期间荷载造成的损伤加剧和裂缝扩展，形成宏观裂缝;第三阶段是断裂破坏阶段。

2 水泥混凝土路面裂缝的几种类型

2.1 沉降裂缝

可分为二种情况:一是混凝土浇筑后，水泥和骨料下沉产生泌水，在沉降过程中发生裂缝;二是混凝土浇筑后，水泥和骨料在下沉阶段，如受到钢筋和其它预埋件的局部阻碍及模板移动，使该处混凝土产生拉应力和剪应力时，该处就会产生沉降裂缝。裂缝一般均在浇筑后随即发生，属硬化前裂缝。待沉降终止时迅速进行处理，重新加压抹平，使裂缝闭合。

2.2 温度裂缝

混凝土浇筑后，表面没有及时覆盖，在炎热或大风天气，表面游离水分蒸发过快，混凝土体积急剧收缩，导致开裂。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。防止温度裂缝应合理选择级配，采用水化热较低的水泥，减少水泥用量及用水量，降低混凝土膨胀值。在施工管理中应重视人工降温措施，切缝应及时。

2.3 干缩裂缝

水泥混凝土浇筑后，在硬化的过程中，由于水泥水化生成物的体积比原来物质的体积小，加上游离水在空气中蒸发及凝胶体失水而紧缩，随着混凝土体积收缩产生拉应力，当拉应力大于当时混凝土的抗拉强度，而产生干缩裂缝。干缩裂缝多发生在高温炎热季节，混凝土表面水分散失快，体积迅速收缩，而内部温度变化小，收缩小，表面收缩变形受到内混凝土的约束，也会引起表面裂缝。

2.4 超载裂缝

由于交通运输业的迅速发展，超载车辆越来越多，造成水泥混凝土路面损坏，致使路面开裂断板。据有关资料记载，汽车超载情况相当普遍，超载率达到了100%以上，车载重量达到了百吨以上，汽车超载严重损害了公路。

3 出现裂缝原因分析

3.1 路面早期裂缝的原因

内部因素:(1)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。(2)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100℃路面板每米膨胀0.01 mm。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，25 min后增温，大约在水泥终凝后12 h的水化热温度可达800℃，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。(3)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。④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。

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电子计量的大型拌和站，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。如果施工期间夜间有寒流，但没有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:路基填土含水量偏大，在冻胀作用下使路面形成裂缝;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;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;桥台与填方接头处、路基施工未按规范要求，易造成自然沉降，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: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。

3.2 混凝土路面早期裂缝的防治方法

(1)设计方面:①提高设计标准:随着我国国民经济的发展，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。以解决大交通量、重载车多的问题。也可以推广高抗拉强度混凝土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)施工方面:①水泥应采用不低于425#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。

(3)养护方面

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#以上普通水泥养护时间不得少于14 d。

3.3 使用阶段裂缝的防治方法

路面使用后的养护措施主要有:(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。(4)加强运输治理，避免超载车辆上路。

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。但只要采取有效措施，就能防止或减少路面裂缝现象的发生，混凝土路面的裂缝是可以消除和避免的。

4 综合防治混凝土路面裂缝措施

4.1 根据交通量进行道路结构设计

为了减少水泥混凝土路面的裂缝，公路设计、管理等相关部门应认真及时地组织设计人员和有关专家，对水泥混凝土路面的路面结构组成进行深入细致地研究和讨论。根据当地的地理位置，环境、地形、沿线工程地质和水文地质，特别是交通量的组成和车辆的类别以及地方材料的供应情况，提出符合实际的轴载设计参数、路面结构、材料组成、路基填料、碾压方案和要求，以设计出适宜的水泥混凝土面板以及完善的排水系统，提出合理经济的水泥混凝土配比设计及要求。

4.2 严格控制混凝土材料质量

严格做好材料管理工作，杜绝在水泥混凝土路面施工中使用不合格材料。对于安定性差，游离氧化钙(CaO)超标及强度不足的水泥应禁止使用;不同标号、不同厂家、不同种类、不同批产的水泥严禁混合使用;尽量采用旋转窑生产的发热量少、收缩量小的硅酸盐道路水泥或普通硅酸盐水泥。集料(砂、碎石)有条件时应要求全部进行水洗;对有机质含量超标的集料应严格禁止使用。按混凝土配合比准确配料，单位水泥用量要精确称量，误差值控制在1%以内。集料的含水量要及时测定，以便控制适宜的用水量，保持水灰比准确;为减少用水量改善和易性可使用合适的外掺剂;用水量误差不得超过1%，外加剂控制在2%以内。采用电子称或其他现代配料机械设备准确配料，尽量不采用人工手推车按车计量的配料方法，集料称量误差控制在3%以内。

4.3 施工中严把每道工序质量关

混凝土拌和时，如果集料温度过高，应采用降温措施后再配料拌和的办法。如果采用撒水降温方法的方法，应及时测定含水量，调整拌和用水量，以保证水灰比值不变。注意混凝土施工操作方法，减少从搅拌到成型之间的时间和运输路程，避免混凝土过早凝聚而致微裂。必须坚持做到使混凝土相互粘结密实稳定，有效消除界面裂缝和砂浆裂缝。

4.4 严格禁止超载超重车辆上路

超载超重车辆已成为破坏水泥混凝土路面的首要因素。路面板荷载拉应力的大小，取决于荷载的大小。汽车荷载是冲击荷载，其与车辆轮胎对路面的静止压力有关。要减小轮胎对路面的静止压力，就要对车辆实行限载管理，禁止超载的车辆上路。同时要采取限速措施，降低车辆荷载的震动频率;对于路方面，要提高路面的平整度，降低车辆的震动幅度。

［1］ 公路水泥混凝土路面设计规范(JTGD40-2002)［S］.

［2］ 姚祖康.水泥混凝土路面设计方法中基层顶面回弹模量修正系数［J］.公路，1996，(11):10-13.

［3］ 姚祖康.半刚性基层水泥混凝土路面的结构计算方法.华东公路，1997.3-8.

［4］ 中华人民共和国交通部.水泥混凝土路面施工及验收规范(GBJ97-87)［S］.北京:中国计划出版社，2000.