基于早期断裂病害的农村水泥混凝土路面施工控制技术

刘朝辉

（衡南县交通运输综合行政执法大队,湖南 衡阳 421100）

农村公路作为联系城市与乡村、完善加密区域公路交通网的重要基础设施，其施工质量和通行能力关系到农村地区的社会经济发展。在乡村振兴战略的大背景下，为了实现城乡一体化发展，提高新型城镇化发展成色，及时巩固脱贫攻坚重要成果，继续推进农村地区公路建设和改造升级已成为必然趋势。农村公路作为农村重要的交通基础设施，承担着农村客运、农村物流及村民日常通行等重要职能。相较于城市道路，农村道路具有交通量小、轴载低、路面净宽小等突出特点[1]，路面结构形式基本以薄层水泥混凝土路面为主。经总结研究大量工程实践经验发现，农村水泥混凝土路面的早期断裂病害非常普遍，大量农村公路尚未完全通车便出现大面积的开裂病害，严重影响了农村公路的服役年限和通行质量，同时造成了较大的资源浪费[2]。为了进一步明确农村水泥混凝土路面早期断裂病害机理，并能够给出针对性、有效性的施工处治措施，本文就该问题展开了具体研究，以期实现农村公路水泥混凝土路面工程建设的长期健康发展。

1 水泥混凝土路面特性及早期开裂对路面的影响

1.1 水泥混凝土路面特性

农村公路中水泥混凝土铺装占据了绝大多数比重，已成为农村公路中最主要的路面铺装形式之一。实践证明，水泥混凝土铺装良好的工程特性、便捷的施工工艺及低廉的施工成本完全迎合了农村公路的建设营运需求。水泥混凝土路面铺装与沥青混凝土、碎石路面等其他铺装形式一样，均具有显著的优势和劣势。本文针对水泥混凝土路面结构形式，全面深入地分析了该路面结构的优劣势，如表1所示。

表1 农村公路水泥混凝土铺装优劣势一览表

1.2 水泥混凝土路面早期开裂对路面板的影响

从开裂诱发机理层面分析，早期开裂大致可分为非荷载开裂和荷载开裂两种。由于农村公路的交通量较低，且车辆轴载较小，故引发荷载开裂的情况较为少见。

非荷载早期开裂病害具有一定的隐蔽性[3]。早期的非荷载开裂裂缝数量和宽度较小，尚不会影响水泥混凝土板的完整性，在后续车辆荷载的持续作用下，早期裂缝持续劣化，最终发展成为严重的路面开裂，甚至出现“断板”事故，将对路面板的正常通行带来不同程度的干扰和影响。

当路面出现“断板”事故后，如不及时处置，路面将继续恶化，最终发展成为破碎板，从而丧失路面维修处置窗口期。

由于水泥混凝土路面具有典型的刚性路面特性，其特性不同于沥青混凝土等柔性路面，一旦病害严重到一定程度，将彻底丧失维修处置机会，后期将面临大规模的凿板作业，带来高额的路面维修养护投资负担。综上，水泥混凝土面板早期开裂病害对路面板的影响具有明显的渐进性特点，其演化历程如图1所示。

图1 水泥混凝土路面板早期开裂病害演化历程示意

2 农村水泥混凝土路面早期断裂病害成因分析

工程实践研究表明，农村公路水泥混凝土路面早期断裂病害主要受施工阶段影响[4]，故本文重点分析施工阶段水泥混凝土路面早期断裂病害成因。

2.1 水泥混凝土路面早期收缩变形影响

早期收缩变形是诱发水泥混凝土面板早期开裂的重要因素之一，主要的干缩成因有干缩、温缩两种。

（1）水泥混凝土干缩影响：水泥混凝土摊铺后，在凝结硬化过程中，由于蒸发速率过快容易导致胶凝材料内的游离水快速散失，进而破坏水泥中的水分平衡，最终造成水泥混凝土体积收缩；受体积收缩影响，因混凝土内部约束明显，容易在混凝土表面产生较高的拉应力[5]，一旦拉应力超过抗拉强度指标，将产生干缩开裂。干缩裂缝没有明显的规律性，其裂缝相关参数如表2所示。

表2 干缩裂缝相关参数

（2）水泥混凝土温缩影响：受温度起伏变化影响，水泥混凝土出现因温度波动导致的膨胀或收缩开裂，且收缩开裂明显超过膨胀开裂；混凝土浇筑过程中受水泥水化热影响，导致混凝土内部温度急剧升高[6]，当水化反应接近尾声后，随着热量的持续释放，面板内温度逐步下降，进而形成温度梯度，诱发温缩开裂。

2.2 水泥混凝土路面施工工艺影响

施工工艺造成的早期开裂影响主要表现在混凝土拌和及浇筑阶段。

（1）混凝土拌和温度及时间：在夏季炎热环境下，因没有提前对集料、拌和用水降温，导致混凝土初始温度过高，加之水泥水化热影响，造成总的温度梯度较高，诱发更加严重的温缩开裂；由于拌和时间不够，导致混凝土拌和不充分，造成混凝土实际强度达不到设计要求，削弱了混凝土结构的抗裂性能，进而过早诱发路面板开裂。

（2）混凝土浇筑：非连续性浇筑是造成混凝土路面板开裂的一大因素，受施工现场机械故障、施工组织不到位等因素影响，造成浇筑临时中断，新旧混凝土出现交界面，影响其整体的变形协调性[7-8]，进而诱发路面板开裂；受浇筑振捣不良影响，路面板内出现明显的分层现象，局部甚至出现空洞、密实度不良等问题，为后期开裂埋下较大隐患。

2.3 水泥混凝土路面施工环境影响

施工环境影响集中表现为因混凝土路面板翘曲变形而产生的早期开裂。既有研究表明，面板翘曲伴随路面板的浇筑、凝结硬化及路面养护全过程，主要形成机理是受温度梯度下的温缩及干缩效应的耦合影响。

水泥混凝土路面板一旦发生翘曲变形，沿翘曲边缘将诱发非荷载开裂，严重情况下将劣化为面板断裂病害。混凝土路面板翘曲变形示意如图2所示。

图2 混凝土路面板翘曲变形示意图

3 基于水泥混凝土面板早期断裂病害的农村公路施工控制措施

通过上文研究结果可知，施工阶段是诱发水泥混凝土路面板早期开裂病害的主要阶段[9]，为了加强对水泥混凝土路面板的早期开裂病害控制力度，本文立足于施工阶段，拟重点从施工控制、养护控制及施工管理三方面给出切实可行的控制措施。

3.1 水泥混凝土路面施工阶段控制措施

施工阶段施工控制拟从混凝土拌和、混凝振捣及路面切缝时机等方面着手控制，具体措施如表3所示。

表3 水泥混凝土路面施工阶段控制措施

3.2 水泥混凝土路面养护阶段控制措施

混凝土路面板浇筑完毕后，应做好路面养生。养生采取常用的洒水覆膜保湿养生方式，保持路面板长期湿润、清洁。

养生期间应完全封闭交通，禁止一切车辆通行[10]。养生操作人员通行应提前布设木板，以防止应力集中而造成的路面平整度不良。

做好路肩整修，确保排水通畅，避免积水下渗破坏路基层，进而诱发路面板因不均匀沉陷而产生的早期开裂病害。

3.3 水泥混凝土路面施工管理控制措施

应强调从企业自检方面入手，密切配合施工监理单位和第三方检测实验室做好相关工作，从优化施工管理方面控制水泥混凝土路面板早期开裂病害的产生和劣化。

项目部牵头组建施工现场质控团队，质控团队履行施工现场的质量控制和管理工作。具体的质控团队组成情况如图3所示。

图3 质控团队组成情况

4 结论

综上，农村公路水泥混凝土路面早期断裂病害长期困扰着施工人员。为了最大限度控制水泥混凝土路面早期断裂病害，实现农村公路的长期、健康运营，本文基于混凝土路面板早期开裂影响因素，从施工过程切入，分别从施工工艺、养护工艺及施工管理三方面给出了具体的控制措施，希望为农村公路的可持续发展提供技术参考。