水泥砼路面裂缝成因及其防控措施

2013-04-17陈晓辉

交通运输研究 2013年2期

陈晓辉

（秦皇岛市抚宁县交通运输局公路工程队，河北抚宁 066300）

0 引言

近几年，随着经济的发展，我国公路建设进入了大发展时期。在公路建设过程中，由于水泥砼路面拥有强度高、使用寿命长和养护费用低等特点，因此有着较好的发展前景。但是由于水泥砼本身材质、施工工艺、养护及其环境等因素的影响，水泥砼路面的裂缝问题给车辆通行和路面使用寿命带来了严重影响。这不但是摆在工程技术人员面前的重要课题，也是一直困扰水泥砼公路健康发展的重要因素。本文从水泥砼路面裂缝的成因及其防控和处理措施进行分析。

1 影响水泥砼路面裂缝的因素

水泥砼是一种由骨料、水泥、水及其它外加剂混合而成的非均质脆性材料。这种材料由于材质和施工工艺及本身变形等问题在形成砼的过程中会存在较多的微孔隙、气穴和微裂缝。这些孔隙、气穴和微裂缝在开始时不会对砼的承重、防渗及其使用功能产生危害，但随着温、湿度条件的变化、荷载及路基震动的不断影响，微小裂缝就会加剧、扩展和连通，最终形成宏观裂缝，甚至导致整块板的断裂。究其原因，裂缝产生的重要因素大至可以分为以下几种。

1.1 路基状况

路基是水泥砼路面的基础，在重力荷载的作用下，路基若没有足够的强度或弯沉就会产生变形或沉陷。路基的变化情况将传导到基层及表层，导致水泥砼路面出现裂缝乃至断裂现象。沉陷裂缝的产生，通常情况下是由于路基土质不均、松软、回填土压实不到位或遭水浸害等原因而导致路基的不均匀沉降所致。有的地方在冬季施工时，模板支撑在冻土上，冻土化后便会出现不均匀沉降的现象，致使砼路面出现裂缝。此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况相关。一般向与地面垂直或呈30°～45°角方向发展。裂缝宽度往往与沉降量成正比。路基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。

1.2 基层因素

路面基层是位于水泥砼路面和路基之间的垫层，起稳定路基、缓解路面冲击的作用。如果基层处理不好，会直接影响砼路面。现在的路面基层大多采用水泥稳定碎石。水泥稳定碎石是在碎石中掺入适量的水泥和水，按照一定的技术要求，经拌和、摊铺压实及着重而成。如果碎石质地不好，水泥剂量使用不当，压实或养生不到位，就会出现干裂现象。在北方季节性冰冻期，还会出现冻缩裂缝的问题。这些裂缝如果没有得到及时处理，就在上面摊铺水泥砼路面，则必然埋下隐患，最终引起面层水泥砼路面开裂的现象。

1.3 材质、配比及工艺

水泥砼是由水泥、骨料、水及其它外加剂混合而成。它的品质与构成它的各种材质、比例及形成过程有关。这里最重要的是水泥，如果水泥为不合格产品，过期或受潮都会使其活性降低。砂石集料级配不好，含泥量大，杂物多，外加剂使用不当，参量不准，搅拌过程中随意加水，加料顺序颠倒，搅拌时间不够或拌和不均，都会影响砼的品质。摊铺时，振捣不足易使砼中出现气孔或蜂窝，在行车荷载作用下，应力集中时会导致裂缝的产生。如果振捣过量，会使粗骨料下沉，砼离析，会影响其强度和裂缝。

1.4 温度和湿度的影响

水泥砼摊铺路面后，需要养生硬化，这期间水泥砼会释放大量水化热，由于其内部温度不断上升，因此会在表面引起拉力，后期在降温过程中，又会在内部出现拉应力。在拉应力超出砼的抗裂能力时，裂缝就会出现。砼内部的湿度一般变化很小或变化速度较慢，但如果养护不到位，遭受风吹日晒致使砼表面时干时湿，湿度可能变化较大或发生剧烈变化时，表面干缩形变由于受到内部不同步的约束就会产生拉应力，往往导致开裂。另外由于水分散失，砼体积收缩时由于受到地基和基层的约束，也容易出现干缩裂缝。

1.5 切割时间及深度

水泥砼摊铺后，在其硬化过程中会产生拉应力。这种拉应力，通过对水砼切割可以得到一定程度的释放。但如果切割不适或切割深度不够时，就达不到释放拉应力之功效进而产生开裂。

水泥砼路面交付使用后，由于车辆通行，特别是超限超载车辆的通行，也会对路面产生比较大的破坏作用。

2 水泥砼路面裂缝的预防

虽然水泥砼路面裂缝不能根绝，但可以针对裂缝产生的因素，利用现有的工艺、技术手段来创造条件，达到控制、缩减裂缝，以增强路面强度、延长使用寿命和提高利用效率的作用。

2.1 严格路基和基层施工

严格路基和基层施工工序，使路基和基层扎实及稳固是减少不均匀沉降所引起的裂缝，特别是重大裂缝、错台及断裂的关键因素。

在路基施工过程中，因破坏原有土体的天然状态致使结构松散，颗粒重新组合，为使路基有足够的强度与稳定性，必须层层压实。施工单位要加强自检，监理检查要到位，保证达到工程要求的压实度，并要求压实均匀。路肩部位及车道与路肩交接的部位极易产生纵向错台，对半填半挖路基，特别要注意挖填结合部位的碾压。

对用作路基的土，应注重土质鉴别和性能测试。对膨胀土，注意要分其类别。对强膨胀土，必须置换；对中弱膨胀土，则需采用适当的方法进行改良，以达到规范要求的标准。

当基坡较大时，要采用适当设施来加强基坡的稳定性。路基要形成一定的横坡度，排水要顺畅。

基层施工要注重参数的选取，如基层回弹模量、含水率及承载力等，需保证施工值与设计值一致。要根据路基实际情况及路段，选择适宜的基层材料及配比。对特殊路段，也可适量采用成本较高的新型材料。无论选用什么材料，都要保证平整压实。同时需控制基层顶面的横坡度，以确保水泥砼板薄厚均匀，减少水泥砼板与基层顶面的摩阻力。严禁使用松散材料处理基层不平整表面和标高。在浇筑前要检查基层强度，各项指标均达到规范要求时，方可进行水泥砼板面施工。

2.2 管控材质及配比

要确保水泥砼的质量，首先要把好原材料质量关口。其一，水泥应是正规的合格产品，对每批进场水泥都要检查其出厂合格证，还应逐批抽检基细度、凝结时间及安定性储存条件，确保水泥在干燥通风、防雨防潮的地方储存，注意防止使用过期或因被雨淋而结块的水泥，这种水泥不仅会影响砼的强度，而且会使浇筑后由于物理、化学变化不一致而产生断裂现象。其二，应严格控制砂、石含泥量小于等于3%，并随时抽检试验，控制好砂的级配，宜选用中砂且均匀粒径小于5mm的。粗骨料应具备连续级配或连续级配与单级配配合使用。在特殊情况下也可采用单级配常规粒径在5～40mm之间，最大粒径不得超过路面结构厚度的1/4。骨料在生产、采集、运输与储存过程中严禁混入影响砼强度的有害物质，如花、草、水泥袋、树叶或土等，保持洁净。

其次是各种材料的配合比，应以质量比计，并应通过设计强度和试配的选定。砼的试配强度应根据设计强度等级，考虑到施工条件差异和变化以及材料质量可能出现的波动，在施工过程中应经常检查，合理调整配合比，特别是水灰比。

2.3 拌合、浇筑流程控制

水泥砼的原材料按照比例和先后顺序进入搅拌机后，开始搅拌，搅拌时间要适宜，达到均匀可用。

按规定在拌合、浇筑地点应检查水泥砼的塌落度，尽量缩短拌和物的停放时间，减少塌落度损失，塌落度一般情况保持在10～30mm之间。

砼在摊铺前，首先要检查支架、钢模、钢筋。模内杂物、积水等需清除干净，卸水泥砼时，为防止水泥砼离析，高度不宜超过2m。

人工摊铺，需按设计厚度、顺序和方向进行摊铺，要反铲、扣卸以防止离析，松铺厚度一般需高出2cm左右。

使用摊铺机时，宜将摊铺速度控制在1～2m/min之间，运行平稳，摊铺行走过程中随着基层变化，边模板会随时与基层接触，使边模板形成支撑点，影响挤压成型，因此要随时调整。

振捣时，振捣器与边模需保持50～100mm的距离，防止振捣器与模板碰撞。振捣由板边开始，以先横后纵的方向各振一边，每次振捣应重叠15cm。同一位置不能振捣太久，一般10s为宜。砼密实的标志是停止下沉，不再冒出气泡，表面呈现平坦泛浆为宜。

2.4 温度、湿度控制及初期养护

在夏季炎热季节或温差变化较大地区施工，可尽量选用中热或低热材料来配制砼，或在砼中掺入适量的粉煤灰、缓凝剂、草木钙或减水剂等，以减少水化热量，利于散热，防止温、湿变化过于激烈。在热天浇筑时，可采用冰水或深井流水制砼，设置简易遮阳装置，对骨料进行喷水预冷却，降低拌和与浇筑速度，在浇筑后，砼表面应及时用草袋、土工布或砂等覆盖，并洒水养生，使之降温。寒冷季节时，砼表面应采取保温措施，以防寒流袭击。

砼养生，也是为了保持适宜的温湿条件。温度与湿度二者是相互关联的，湿度变化大，温度变化也会随之加大，反之亦然。砼的早期养护就是为了保持适宜的温湿条件，减少水泥砼在硬化过程中由于温差和湿度激烈变化发生的损害。

2.5 适时切割

经验显示，水泥砼路面切割缩缝最佳时间在20～24h之间。切割裂缝在施工过程中有两种，其一是软切缝，其二是硬切缝。根据现行公路规范和设计文件，一般采用硬切缝，切缝深度要求1/5～1/4的设计板厚。切割时，优先切割两胀缝中间位置，之后再切割分体的中间位置。道路设窨井处，缩缝要骑窨井，横缝连线平分井框，使窨井部位自然形成的弱断面与横缩缝合而为一，否则在井框部位极易形成早期收缩缝。

3 水泥砼路面裂缝的简易处置

水泥砼路面裂缝形式多样，程度不一，处治时应视具体情况而采取不同的技术措施。主要包括以下几种方法。

3.1 不降低道路承载力，不影响通行安全的细微裂缝的处置

对不降低道路承载力，不影响通行安全的细微裂缝，可对裂缝表面进行修补。修补方法可延裂缝表面铺设薄膜材料，用环氧类树脂或树脂浸渍玻璃布铺设；可沿裂缝表面凿“V”型槽或“U”型槽，使用树脂砂浆材料或水泥砂浆、沥青等材料填充；对较深裂缝可在裂缝处设置注入用管，其他部位用表面处理法封住，使用低粘度环氧树脂用水泵或电泵注入，以封堵裂缝。

3.2 影响结构及通车安全的较大裂缝

对影响结构及通车安全的较大裂缝，可以进行加固处理。具体方法包括围套加固、钢箍加固和粘贴加固等不同加固方法。

围套加固系在结构外部一侧或数侧外包钢筋砼围套，提高其承载力，对裂缝严重但尚未破碎的，将裂缝部位钢筋保护层凿去，外包一层钢丝网。

钢箍加固系在结构裂缝部位四周加“U”型螺栓或钢套箍将构件箍紧，防止裂缝扩大，提高承载力。

粘贴加固系将钢板或型钢用改性环氧树脂和粘结剂，粘结到构件裂缝部位表面，使钢板或型钢与砼连成整体，共同承载载荷。

3.3 水泥砼整块板断裂

对于水泥砼整块板断裂，一般采用将坏板凿除，在处理好路基与基层后，重新浇筑新板。新板的厚度需与原面板的厚度保持一致，但不宜小于24cm，否则可采用钢筋混凝土进行修复。

3.4 路面使用期间出现的裂缝

路面使用期间出现的裂缝，破碎板几乎都与板底脱空有关。即使是当时看来既没有破碎又没有裂缝的板块，其板底仍可能存在脱空现象。这种病害较隐蔽，但其危害性却非常大。在路面修复过程中，若不处理脱空板块，即使加厚层达到20cm以上，也无法防止反射裂缝的出现。板底脱空可使用钻孔浆法来处理，此法是借鉴后张法预应力构件的孔道压浆原理，在混凝土板底部脱孔处钻孔，通过孔洞，利用高强压力浆流质材料压入脱空空隙，流质材料凝固后产生一定的强度，对面板产生均匀承托作用，进而达到稳固板块的目的。