水泥混凝土路面早期裂缝产生的原因及防治措施

                                (包头市政公路工程股份有限公司，内蒙古 包头 014030)
摘 要：本文针对水泥混凝土路面在施工和运营过程中，出现裂缝问题的原因进行了详细的分析，旨在为解决这一技术问题提供参考依据。
关键词：水泥混凝土路面；裂缝；公路养护
中图分类号：U416.216  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)01—0098—02
      水泥混凝土路面是适应载重大、速度高、密度大的汽车运输需要的高级路面，具有强度高、稳定性好、使用寿命长、维护费用小等许多优点。因此在公路和城市道路行业得到了广泛应用。近年来，我市在城市道路建设中，采用了不少水泥混凝土路面，对改善提高道路质量，效果显著。
      在水泥混凝土路面的施工和营运过程中，路面裂缝问题不仅普遍存在，有些甚至还比较严重，是混凝土路面的主要病害，成为影响混凝土路面发展的一个关键性技术问题。而早期裂缝是水泥混凝土路面常见病害之一。
      早期裂缝是指水泥混凝土道路开放交通前路面所产生的裂缝。早期裂缝修补比较困难，整块敲掉，又实属可惜，重新浇筑将会影响工期。因此，消除和防治早期病害，就显得非常重要。
      早期裂缝的产生无不与施工季节、技术条件、操作因素、材料优劣有直接关系。其开裂形式多样，有纵裂、横裂、网状裂、丝状裂、沉降错裂、脱壳裂、全断裂等。就裂缝深度而言，又有表面裂缝、深度裂缝和贯穿裂缝。开裂地段，因季节和裂缝类别稍有变化。春夏季节，温度干缩裂缝多在板中；秋冬季节和施工裂缝多发生在板边。下面根据“早裂”的潜在成因和外部条件的影响，逐一论述。
1 沉降裂缝
      混凝土浇筑后，水泥和骨料自然下沉，同时产生泌水，在沉降过程中发生的裂缝，往往发生在以下几个部位：①横板边缘；②传力杆部位；③混凝土路面厚度不同分界面上；④纵横坡较大，浇筑面不平处。
      产生沉降裂缝的主要原因是混凝土浇筑后，水泥和骨料在下沉阶段，受到钢筋和其他预埋件的局部阻碍以及模板移动，基础沉降，使该处混凝土产生拉应力或剪应力，而在混凝土尚未能充分抵抗它的抗拉应变能力时，该处就会产生沉降裂缝。
      由于沉降裂缝一般均在浇筑后1～3h发生，属硬化前裂缝。发现后迅速进行处理，容易奏效。一般待沉降终止时，在裂缝附近混凝土表面重新加压抹平，使裂缝闭合。
      混凝土沉降是混凝土特性之一，完全避免不可能，但沉降是有一定限度的，由于各粒子间的相互接触，水泥浆的逐步凝结，将导致沉降停止。而单位用水量越大，泌水率也越大，沉降量也越大。
      从以上两点可以看出，要防止和减少沉降裂缝，应做到以下几点：①在保证混凝土和易性的条件下，降低混凝土用水量，使用干硬性混凝土，混凝土坍落度宜控制在1.0～2.5cm范围内。
②选择在沉降结束以前快速硬化，而又不失去黏结力的水泥和外加剂。③使用正确的振捣方法，消除因泌水产生的水膜而减少混凝土沉降，特别是混凝土二次振捣是防止沉降裂缝产生的有效措施。
2 干缩裂缝
      水泥混凝土浇筑后，在硬化过程中，由于水泥水化生成物的体积比原来物质的体积小，加以游离水在空气中蒸发及胶凝体失水而紧缩，随着混凝土体积收缩产生拉应力，当大于当时混凝土抗拉强度时，就产生混凝土干缩裂缝。
      干缩裂缝多发生在高温季节，其裂缝特征：表面开裂，纵横交错，没有一定规律，缝宽和长度都很小。
      干缩裂缝是混凝土路面早期裂缝中常见病害之一。混凝土的收缩是混凝土的特性之一，正因为这一特性，才能使混凝土密实，提高混凝土与钢筋之间的黏结力。但干缩量过大，就会产生裂缝。
      干缩裂缝的产生与使用材料、配合比、板块尺寸、养护条件、外加剂等有密切关系，现分述如下：①在夏季高温季节，往往由于养护不及时，表面水分蒸发过快，超过了泌水速度，因而产生干缩裂缝。②早期收缩是由于水泥浆的收缩而产生。一是水分不减少，水泥浆在水泥反应过程中产生收缩，产生的裂缝往往由“里”到“表”，缝隙较深。二是因水分蒸发，超过泌水速度，而产生收缩。特别在天气干燥的时候，造成混凝土表面水分不足，水泥快速凝结硬化，吸收混凝土内部水量而产生裂缝，这种裂缝大多由“表”及“里”，缝隙较浅。③对于塑性混凝土来说，如果砂率过大，含泥量过多，或是采用干缩量较大的水泥，都会造成混凝土过量收缩而产生裂缝。
      产生干缩裂缝的主要原因：①硅酸盐水泥干缩性小，早期强度增长高，而矿渣水泥早期强度低，干缩性较大，用它浇筑的混凝土终凝时，就很容易产生干缩裂缝。水泥标号低，早期强度低，单位水泥用量大，所以用低标号水泥浇筑的混凝土终凝后也容易产生干缩裂缝。②软砂岩、石灰岩收缩大。③级配骨料粒径越小，收缩越大。
      防止干缩裂缝的产生，首先是消除一切可能诱导“干裂”产生的因素，一般应从以下几方面进行：①合理级配，正确选用水泥、矿料、砂率、用水量、外掺剂等，以减少干缩率来防止干缩裂缝。a.水泥:水泥的选用严格按规范进行,一般宜采用标号不低于32.5号的硅酸盐水泥或普通水泥。b.细骨料:宜选用质地坚硬的河沙或海沙。细度模数在2.0～3.0之间，0.16～0.63mm的占60%左右，1.25～5.0mm的占40%左右。有害杂质含量＜3%，其他质量要求应符合规范要求。c.粗骨料:高等级水泥混凝土路面应选用碎石，碎石以5～20、20～40mm两种颗粒组成为好，碎石含泥量应不＞1%，如含泥量过大，一定要进行冲洗，达到规范要求。d.外掺剂：外掺剂质量应符合国家标准的规定，并应在充分调查试验和实地试用后，再决定所选的外掺剂及其掺量是否合理。②严格施工管理，防止水分过量蒸发。捣筑后，及时采用凉棚或其他遮盖物，避免表面失水过快而产生干缩裂缝，养护期内路表面绝不能出现干透现象。
3 温度裂缝
      水泥混凝土具有热胀冷缩的性质。由于水泥水化的作用，伴随着热化学反应，所以在硬化过程中，释放大量热能，温度上升，使内部混凝土产生显著的体积膨胀，而板面混凝土随着晚上气温降低、洒水养护而冷却收缩。内部膨胀与外部收缩，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，板块就会产生裂缝。
      另外由于切缝不及时，在靠近设计伸缩缝处，发生走向较为规则的温度裂缝。
      温度裂缝的处理，对于贯穿裂缝，常用切割机垂直切除损坏部分，重新浇筑双层钢筋混凝土。
      防止温度裂缝，一般有以下几点：①混凝土骨料用量越大，其热膨胀系数越小。水泥浆含量越多，混凝土膨胀系数越大。因此，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，是防止温度裂缝的主要途径。②施工管理中，应重视人工降温措施，对表层混凝土采取保温、保湿防护措施，减少温度变形。③切缝要及时，一般气温在25℃～30℃时，10～12h即可切缝，但应注意在任何情况下都不得超过36h；切缝深度以板厚的1/2～1/3为宜。当路面浇筑较快，已成型并达到可切缝的面板较长而切割机械能力又受限时，可隔一两道缝切割一道，以减少混凝土板的弯拉应力，然后再把余下的缝补切完毕。
4 施工裂缝
      这种裂缝往往不被人们所重视，因而，混凝土路面因施工因素产生早期裂缝越来越高，对道路损坏也越来越突出。比较常见的施工裂缝的成因有：①振捣不够，拆模过早，引起混凝土表面和边部开裂。混凝土在铺筑过程中，漏振、振捣不足或振捣过度，将会使浆体分布不均匀，自身还会产生密实度不均匀（这种现象在模板边缘较为普遍），造成混凝土板开裂。②施工接头，未按分块尺寸划分，或划分不准，造成切缝后，沿缝边在施工接头处产生裂缝。③模板钻孔尺寸不合格，太大不仅孔中漏浆，而且拉杆无法定位；太小拉杆无活动余地，都会导致拉杆周围纹裂，拉杆钢筋外形尺寸不合格，钢筋安置不平直，也影响混凝土产生裂缝，特别是产生侧面裂缝。④拆模时间过早，易损伤边缘混凝土，过晚又影响切割，同时拆模方法不对，乱拆乱打等都会导致混凝土板产生不规则裂缝。⑤为了赶任务，半刚性基层最低养护时间未到，就赶铺水泥混凝土路面。常常造成因基层成型收缩，影响水泥路面而产生裂缝。⑥混凝土浇筑后，在板面上未用草袋、塑料薄膜等覆盖养生，或者即使覆盖了，但向混凝土板浇水有欠适时均匀，未能经常保持全部养护面板的潮湿状态，如遇晴天日晒，风速较大等情况，混凝土板表面水分蒸发较快，都会造成干缩裂缝。
      防止施工裂缝的产生，在很大程度上是施工管理问题。只要我们严格加强施工质量管理，正确执行施工技术操作规程，因施工因素产生的裂缝是可以防止和避免的。
5 冻融裂缝
      冬季施工时，防冻措施跟不上，混凝土中水分经受冻融后，产生微细裂缝，致使表层剥落。随着冻融循环次数的增多，微细裂缝就会使混凝土开裂或破坏。这种裂缝一经出现，很难处
理。
      为了防止冻融病害的产生，在寒冷季节施工应采取一些措施：①尽量控制在气温高于+5℃时进行施工。昼夜平均气温在-5℃时，坚决停止施工。②尽量选用高标号快硬水泥，正确选定用水量，使用质量好的骨料拌制混凝土。搅拌、运输、浇筑、养护应按防冻施工要求进行。振捣密实，避免混凝土吸水性增强而产生蜂窝、裂缝。③合理选用早强防冻剂，促进混凝土硬化，提高抗冻性能。④在有条件的情况下，采用温水拌和混凝土，使混凝土出罐温度达到30℃～40℃，摊铺温度不低于10℃。
      水泥混凝土路面早期裂缝产生的原因是复杂的，它和设计、施工及原材料的质量均有密切关系。但是，只要严格执行《规范》，施工中切实抓好水泥、水灰比、骨料和配合比、施工工艺、切缝、养生、施工管理等各个关键环节，就能防止水泥混凝土路面的早期裂缝。随着混凝土路面的发展及各种先进工艺的运用，一定能不断提高水泥混凝土路面的质量。

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