浅谈水泥混凝土路面开裂断板产生的原因与预防措施

许社满

摘    要：70多年来，随着我国交通运输事业的不断发展，全国公路通车总里程达484.65万千米，公路交通发展取得了辉煌的成就。作为高等级路面两大类型的沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，各有其优点和不足。目前我国沥青资源有限，用于重交通的道路石油沥青大量依赖进口，而我国水泥产量居世界首位，大量出口，因此，发展水泥混凝土路面有很大的资源优势。但在水泥混凝土路面建设和使用过程中，也出现了一些开裂、断板、错台等早期病害，本文就水泥混凝土路面早期产生开裂断板的原因进行分析研究，深入探讨一些预防措施，以提高水泥混凝土路面的使用寿命。

关键词：水泥混凝土路面;开裂;断板;原因;预防措施

1  水泥混凝土路面开裂断板的分类

1.1  裂缝发生的时期分类

（1）早期裂缝。水泥混凝土路面浇筑完成后，在混凝土硬化养生过程中和开放交通前形成的裂缝。（2）使用期裂缝。水泥混凝土路面开放交通后，由于路基不均匀沉降、基层开裂，以及车辆超载等原因，产生水泥混凝土面板开裂、断板形成的裂缝。

1.2  路面损坏类型分类

水泥混凝土面层的断裂裂缝，按裂缝出现的方位和板断裂的块数，分为以下4种病害：平行或近于平行路面中心线的纵向裂缝;垂直或斜向路面中心线的横向或斜向裂缝;从板角隅到斜向裂缝两端的距离小于1.8m的角隅断裂;两条以上裂缝交叉，使板断裂成3块以上的交叉裂缝和断裂板。

1.3  裂缝损坏程度分类

（1）纵向、横向或斜向裂缝和角隅断裂病害按裂缝缝隙边缘碎裂程度和缝隙宽度分成以下3个等级：轻微裂缝—缝隙边缘无碎裂或错台的细裂缝，缝隙宽度小于3mm，或者填封良好，边缘无碎裂或错台的裂缝;中等裂缝—缝隙边缘中等碎裂或错台小于10mm的裂缝，且缝隙宽度小于15mm;严重裂缝—缝隙边缘严重碎裂或错台大于10mm，且缝隙宽度大于15mm。（2）交叉裂缝和断裂板病害按裂缝等级和板断裂的块数分成以下3个等级：轻微—板被轻微裂缝分割成2-3块;中等—板被中等裂缝分割成3-4块，或被轻微裂缝分割成5块以上;严重—板被严重裂缝分割成4-5块，或被中等裂缝分割成5块以上。

2  水泥混凝土路面开裂断板产生的原因分析

2.1  设计原因

路基是承受着路面传来的各种荷载应力，当路基的强度、稳定性设计不足时，路面板会因路基不均匀沉降，致使板底脱空而开裂。路面基层直接承受着路面传来的荷载，基层设计必须要求有足够的刚度和稳定性，厚度、平整度、密度等必须满足要求，才能保证路面面板不因基层质量原因而产生断裂。水泥混凝土路面面板直接承受车辆荷载作用，设计的路面面板必须有足够的强度，当面板的强度不能承受车辆荷载作用时，面板就会产生开裂断板，而影响水泥混凝土强度的主要因素是混凝土混合料的组成设计。混凝土混合料是由水泥、粗集料、细集料、水和外加剂组成的。所以水泥混凝土混合料组成的材料选择，水灰比、砂率、单位水泥用量等配合比选择很重要。水泥混凝土路面排水设计尤为重要，如果路面横坡设置不当，路基排水不畅时，路基路面受到雨水浸泡，使路基及基层发生变形，路面面板也随之变形而断裂。接缝设计不规范。水泥混凝土路面面板平面尺寸不合理，纵横缝不垂直相交，纵缝两侧的横缝相互错位，拉杆、传力杆钢筋设置不规范等，致使水泥混凝土路面面板产生不规则裂缝。

2.2  施工原因

路基填筑材料不合格，分层填筑过厚，碾压不到位，路基填挖交界、半填半挖处及桥涵处未特殊处理，软土路基处理不到位等造成路基不均匀沉降，引起路面板开裂断板。路面基层材料组成配比不合理，碾压不到位，拌和、摊铺机械选择不配套，标高、平整度控制不严，养生不及时等，造成基层强度不足、稳定性差，标高失控、平整度差，基层表面开裂问题，引起路面板开裂。水泥混凝土路面面层原材料不合格。水泥安定性差，铝酸三钙、游离氧化钙、氧化镁、三氧化硫等含量超标，水泥强度不足，未使用合适的水泥品种和水泥标号，影响混凝土的早期强度，使混凝土面板断板风险大增;砂石村料含泥量及有机质含量超标，水泥混凝土中砂石材料含泥量超标，必然使水泥石与砂石材料界面粘结不良，导致开裂。混凝土配合比不当。水灰比偏大，单位水泥用量偏大，施工中计量不准确，材料的含水量、温度等都直接影响水泥混凝土路面的性能。混凝土拌和时间控制不好。拌和时间太长会出现离析现象，拌和时间太短会造成拌和不均匀，粗、细集料积集，影响混凝土强度。混凝土振捣控制不准。在一个断面上振捣时间过长时，会造成该断面分层离析，导致粗骨料集中于下层，含浆量少，其收缩量小;而细集料集中于上层，含浆量大，收缩量大;由于出现收缩值不勻，也极易出现裂缝。如果出现漏振，会造成混凝土不密实，就容易出现蜂窝、空洞等缺陷，形成强度薄弱点或应力集中，也易出现裂缝。养生不及时或养护方法不当。养护对刚浇筑的水泥混凝土相当重要，尤其是高温季节，水分蒸发较快，如不及时养护或养护方法不当时，混凝土表面会形成干缩裂缝，从而降低强度。切缝不及时。混凝土的切缝时间应控制得当，太早是造成混凝土切缝处松散，引起强度降低;太迟，因持续时间长，宜造成各处的强度增加不一致，收缩值不等，就会出现早期裂缝。

2.3  排水不良

路基及基层排水不良，长期受水浸泡，引起路基失稳或强度不足，使路面产生不规则裂缝。路面横坡设置不当，加上接缝密封不好，致使路面水渗入基层，使基层表面软化，在车辆荷载作用下，基层中的细粒材料从接缝处与水一同喷出致使板体与基层逐步脱空，从而面板在脱空处出现断裂。

2.4  超重车的影响

由于交通运输业的迅速发展，大吨位车辆逐年增多，单轴轴载比原设计计算轴载增加几倍，由于轴载等效换算系数f=（Pi/P0）16，即超重轴载与标准轴载换算成16次方关系，所以，超重车辆的增加是水泥混凝土路面使用期开裂断板的重要原因。

3  水泥混凝土路面开裂断板的预防措施

3.1  精心设计

路基设计。设计人员应对沿线的地理环境、地形、地貌、工程地质、水文资料进行详细踏勘，对交通量及筑路材料进行认真调查，选择合适的路基填筑材料，制定有效的路基处理方案，完善排水设计 ，确保路基强度和稳定、密实、均质，对路面提供均匀的支承。水泥混凝土路面设计。基层位于路面面层之下，承受混凝土路面传递下来的荷载，为面层提供稳定的支承，防止或减轻唧泥，错台和断裂病害的出现，改善接缝的传荷能力及其耐久性，缓解路基不均匀冻胀或不均匀体积变形对面层的不利影响，因此，基层应具有一定的强度，刚度和优良的抗冲刷能力。在基层设计时，选择适宜的基层结构形式、厚度和材料组成尤为重要。面层直接承受行车荷载作用及环境因素影响，为车辆提供行驶表面，直接影响行车的舒适性、安全性和经济性。面层应具有足够的结构强度、稳定性和耐久性，良好的平整度和抗滑性，因此，应根据交通量、车辆荷载、环境、气候等因素，选择合理的水泥混凝土面层类型、强度、厚度尤为关键。接缝设计。纵向接缝无论是施工缝或缩缝，均应在缝内设置拉杆，以保证接缝缝隙不张开，纵缝间距根据路面行车道宽度在3.0m～4.5m范围内确定。横向接缝：横向施工缝采用设传力杆平缝形式，可提高接缝的传荷能力，使之接近于无接缝的整体板;横向缩缝一般采用假缝形式，在承受特重和重交通的普通水泥混凝土面层应设置传力杆假缝形式。横缝间距根据面层板长宽比不大于1.3在4m～6m范围内确定，在邻近桥梁或其他构造物处应设置横向胀缝。接缝封填材料，填缝料应与混凝土接缝槽壁粘结力强，能适应混凝土板收缩，具有不溶于水、不渗水、高温时不流淌、低温时不脆裂、耐老化等特性。填缝料主要有沥青橡胶类、聚氯乙烯和沥青玛碲脂类、聚氨脂焦油、氯丁橡胶类、乳化沥青橡胶类等。填缝板应选择能适应混凝土膨胀收缩、施工时不变形、复原率高和耐久性好的材料，常用的有木材类、塑料泡沫板、纤维类板等。做好路面排水设计，排除降落在路面和路肩表面上的水，以免造成路面积水而影响行车安全，行车道路面一般应设置双向横坡，坡度为1%～2%，路肩横坡应比行车道路面的横坡大1%～2%，路肩应选用低透水性材料，保证水在流出的过程中不下渗。

3.2  加强施工质量控制

路基质量控制。路基填筑时，要选择适宜的填筑材料，不同土质要分层填筑，填筑厚度、碾压机械及碾压遍数要根据试验段的结果取得，保证路基的壓实质量;对于路基填挖交界、半填半挖结合处、桥涵交界处以及软弱土基要进行特殊处理;完善排水系统;确保路基强度和稳定性。路面基层质量控制。路面基层应采用水泥稳定类基层，严格控制材料质量和配比;采用集中厂拌法拌和混合料，保证拌和均匀和配料准确;采用摊铺机摊铺混合料，防止混合料离析，确保厚度和平整度;采用配套的压实机械进行碾压，保证基层的压实度达到质量要求;对基层标高不足或不平整的地方坚决返工重做，严禁采用抛撒松散材料填补标高的方法;加强基层养护工作，保持基层湿润状态，防止因基层开裂或干燥引起混凝土面板开裂。路面面层质量控制。材料选择：选用水泥时，除铝酸三钙、游离氧化钙、氧化镁、安定性等化学成分和物理指标符合规定外，还应通过混凝土配合比试验，根据其配制弯拉强度、耐久性和工作性优选适宜的水泥品种、强度等级;粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石、卵石，压碎值、含泥量等技术指标符合规定，级配满足要求;细集料应采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、机制砂或混合砂，细集料技术指标符合规定，级配满足要求，细度模数在2.5～3.5之间;拌和及养护用水宜用饮用水，不得使用酸性、油污及被其他有害物质污染的水。优化配合比设计。水泥混凝土路面的配合比设计在兼顾经济性的同时应满足弯拉强度、工作性和耐久性的技术要求，因此混合料的各种材料组成、水灰比、单位水泥用量、砂率等应严格控制。

混凝土铺筑应选用滑模摊铺机、三辊轴机组、轨道摊铺机等机械作业，应采用专用的混凝土运输车运输，防止混合料漏浆或离析。混凝土振捣时，要选用配套的振捣设备，掌握最佳的振捣时间，避免超振或漏振。混凝土路面铺筑完成后立即开始养生，养生宜采用喷洒养生剂同时保湿覆盖的方式养生。在雨天或养生用水充足的情况下，也可以采用覆盖保湿膜、土工毡、土工布、麻袋、草袋、草帘等洒水保湿养生方式，养生时间一般宜为14-21d，养生初期严禁人、畜、车辆通行，在达到设计强度40%后，行人方可通行。切缝要及时，根据施工现场气温及水泥品种试验确定最早切缝时间，一般应采用多台切缝机同时作业，以保证切缝 及时，切缝深度为水泥混凝土面板厚的1/4～1/3。混凝土养生期满后，要选用优质的填缝材料及时灌缝，避免雨水下渗浸害基层表面，产生唧泥现象，致使板底脱空;并对已出现的微小裂缝进行处理，防止裂缝进一步扩大，造成断板。加大依法治超力度，严格控制超载超限车辆上路行驶，避免水泥混凝土使用初期因车辆超载造成面板开裂。

4  结论

综上所述，从优化路基设计、排水设计及水泥混凝土路面结构组合、材料组成、接缝构造和钢筋配置等设计;加强施工质量控制，采用大型机械化施工作业;严格依法治超，禁止超载超限车辆通行等方面入手，预防和控制水泥混凝土早期病害发生，才能发挥水泥混凝土路面具有投资成本较低、使用寿命长、低碳环保节能、承载能力大等优势，从而满足我国交通运输发展和公路建设需要。

参考文献：

[1] JTGD 40—2011.公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[2] JTG/T 3610—2019.公路路基施工技术规范[S].

[3] JTG/TF 20—2015.公路路面基层施工技术细则[S].