淺談水泥混凝土路面裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施

郝艷艷

(河北省灤縣交通運(yùn)輸局)

1 裂縫產(chǎn)生的原因

(1)干縮裂縫。

水泥石中存在化學(xué)結(jié)合水、層間水、物理吸附水以及毛細(xì)水等狀態(tài)的水。干縮就是水泥混凝土在硬化過程中失去這些水后，水泥混凝土發(fā)生干燥而收縮的現(xiàn)象，混凝土不會因這種自由收縮而產(chǎn)生裂縫，干燥收縮裂縫產(chǎn)生的前提是要有收縮應(yīng)力?；炷林械墓橇显谒嗷炷粮煽s時(shí)會對水泥漿產(chǎn)生很大的限制，這種內(nèi)部的限制就是引起干燥收縮裂縫的收縮應(yīng)力。在普通的水泥混凝土中，水泥漿被限制的收縮率高達(dá)90%，因此混凝土內(nèi)部存在大量的與抗拉強(qiáng)度相抗衡的收縮應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力抵抗不過時(shí)干縮裂縫就產(chǎn)生了。干縮裂縫大多發(fā)生在表面或以不規(guī)則斷板形式出現(xiàn)。

為防止混凝土面板產(chǎn)生干縮裂縫，新混凝土澆筑成后要及時(shí)進(jìn)行表面修整，嚴(yán)禁日光曝曬抹面后的水泥混凝土面板，采取有效措施控制表面水的蒸發(fā)，把表面快速失水發(fā)生率降低到0。

水泥中的硅酸二鈣能反應(yīng)生成大量氣體，其體積由于干濕不同差異性很大。其中的鋁酸三鈣需消耗大量的水進(jìn)行水化，它的膨脹值和干縮值都很大。所以混凝土干縮會隨以上兩種物質(zhì)含量的增加而加劇。

水泥混凝土的干縮對含水量很敏感，用水量增大到某個特定的值就會干引發(fā)干縮量急劇增加。

骨料級配和大小等和混凝土的干縮值緊密相關(guān)。良好的級配空隙率較小，所含砂漿也較少，不易收縮。偏細(xì)砂料使用較多時(shí)，混凝土收縮也會隨之加強(qiáng)。與使用偏細(xì)砂類較多類似的情況是含泥量大，同樣會引起收縮量增加。

(2)由于溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。

溫度裂縫要?dú)w咎于較大的晝夜溫差，如果混凝土未按時(shí)切割或無伸縮縫，板中的溫度應(yīng)力足以使面板開裂。水泥的水化過程是放熱過程，混凝土硬化釋放出的熱能使其溫度上升，通常溫度上升1℃，膨脹量為0.01 mm/m。當(dāng)抗拉強(qiáng)度不能抵抗累計(jì)長度內(nèi)的溫度應(yīng)力時(shí)即會產(chǎn)生裂縫。對大面積混凝土板來說這種溫度變形是致命的。

設(shè)板溫均勻下降，則溫度應(yīng)力可按下式計(jì)算

其中：α為混凝土線膨脹系數(shù)，一般取1×10-5;p為應(yīng)力松弛系數(shù)，在溫度應(yīng)力作用時(shí)間長且考慮徐變影響時(shí)一般取2/3;ΔT為溫度差;μc為各齡期的混凝土泊松比，設(shè)為0.15;Er為各齡期混凝土的彈性模量，MPa。

通過計(jì)算和查閱相關(guān)資料：假設(shè)施工氣溫為35℃，混凝土表面溫度達(dá)到65～75℃，在 Er=2.5×104MPa、ΔT=-30℃時(shí)，計(jì)算板中溫度應(yīng)力為

而水泥混凝土設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度一般為4.5～5.0 MPa，由上式可知?dú)鉁伢E降為30℃時(shí)溫度應(yīng)力短時(shí)間內(nèi)達(dá)到5.88 MPa，已大于設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度的最大值，此時(shí)裂縫不可避免。

(3)由于材料不良引起的裂縫。

①水泥安定性差引起的裂縫

游離氧化鈣的水化是個緩慢的過程，它在鍛燒不充分的水泥熟料中含量較多，所以它的水化不會因水泥凝結(jié)硬化而停止，由膨脹導(dǎo)致體積的變化不均，龜裂、斷板等均對路面造成嚴(yán)重威脅。和氧化鈣類似的物質(zhì)還有氧化鎂和石膏。因此必須加強(qiáng)安定性檢驗(yàn)，低堿性水泥不失為較好的選擇。

②拌和物溫度過高引起混凝土板斷裂

水泥拌和后的過程為變硬—變軟—硬化。這個過程的初始表象就是“假凝”。水泥顆粒表面在高溫下會形成一薄層硬殼，直接破壞混凝土拌合物的和易性，后期強(qiáng)度也因此而倍受影響。此外，內(nèi)部高熱散發(fā)困難，體積膨脹，亦容易導(dǎo)致混凝土開裂。因此，為防止混凝土因假凝現(xiàn)象而斷裂，拌合物溫度必須加以嚴(yán)格控制。

③砂、石材料的堿—骨料反應(yīng)對混凝土的破壞

集料中含有一種活性的二氧化硅，水泥中含有氧化物，其發(fā)生水解即會產(chǎn)生氫氧化鈉和氫氧化鉀，酸性的二氧化硅遇到堿性的氫氧化物會發(fā)生酸堿反應(yīng)，生成的堿—硅酸凝膠體附著在集料表面，這就是堿—骨料反應(yīng)。由于該凝膠體吸收水后產(chǎn)生體積飽脹，使混凝土出現(xiàn)網(wǎng)裂，且這種裂縫比較深，嚴(yán)重破壞混凝土結(jié)構(gòu)。

(4)由于基層病害導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

在鋪筑混凝土路面前，如果基層已存在縱、橫向裂縫，必須要完全修復(fù)，否則面層就會受到基層裂縫的反射而發(fā)生斷裂。另外，干縮裂縫、溫縮裂縫也常出現(xiàn)在基層，面層的斷裂也與此有關(guān)。

2 裂縫的防治措施

(1)加強(qiáng)保水：混凝土硬化前一是把表面水分的蒸發(fā)速度盡量降到最低，禁止太陽曝曬和烈風(fēng)吹拂，直到混凝土析水;二是修整抹面盡快完成，養(yǎng)護(hù)及時(shí)，表面水分千萬不能蒸發(fā)過快而干燥，同時(shí)及時(shí)進(jìn)行二次抹面，收縮裂紋可有效減少;三是澆筑混凝土不可在干燥基層上進(jìn)行，高溫施工時(shí)，水泥水化作用大大加快，水化熱難以散發(fā)積于內(nèi)部，極易產(chǎn)生溫縮裂縫，同時(shí)高溫時(shí)水分蒸發(fā)加劇，混凝土因過快干燥還會產(chǎn)生收縮裂縫，所以應(yīng)盡量避免高溫作業(yè)。

(2)重視水泥安定性檢驗(yàn)：水泥在建筑工程中用量可觀，工程質(zhì)量直接受其影響。隱蔽性強(qiáng)是不合格安定性的最大特征，必須經(jīng)過檢驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)。所以對進(jìn)入施工現(xiàn)場的水泥，首要任務(wù)是將其取樣送檢。每一批水泥至少取樣一次，樣品代表性強(qiáng)，合格樣品須按時(shí)送往檢驗(yàn)單位檢測。絕對禁止使用強(qiáng)度不夠、游離氧化鈣違規(guī)、安定性不良的水泥;只有同批產(chǎn)、同種類同廠家、同標(biāo)號的水泥才可混合使用，對于可能出現(xiàn)的安定性方面的問題應(yīng)該以預(yù)防為主，加強(qiáng)檢驗(yàn)，消除混凝土路面病害隱患。

(3)嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量。

粗、細(xì)集料的堿—骨料反應(yīng)試驗(yàn)必不可少，混凝土試件經(jīng)過堿—骨料反應(yīng)試驗(yàn)后不允許出現(xiàn)酥裂、膠體外溢和裂縫等現(xiàn)象，規(guī)定的試驗(yàn)齡期內(nèi)膨脹率不可達(dá)到或高于0.10%。

粗集料硬度、耐磨性要好，潔凈且有害雜質(zhì)含量少，表面有棱角，符合規(guī)定級配，骨料最大粒徑一般公路≤40 mm，高等級公路≤35 mm，必要時(shí)限制在25 mm以下，細(xì)度模數(shù)＞2.5。

最好使用發(fā)熱量少、收縮量小的道路硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

混凝土拌和及養(yǎng)生所用的水，要用硫化物含量滿足規(guī)范要求的飲用水。

(4)嚴(yán)格控制混凝土配合比：按混凝土試驗(yàn)配合比準(zhǔn)確配料，配料禁止使用手推車或平板鍬等人工計(jì)量，電子稱或精密度高的配料設(shè)備能保證配料準(zhǔn)確，堅(jiān)決杜絕上料不過秤。單位水泥用量應(yīng)準(zhǔn)確稱量，誤差不大于1%，集料稱量誤差不大于3%。精確檢測集料含水量，用水量把握適當(dāng)，用水量誤差不得超過1%，確保水灰比的準(zhǔn)確性。適當(dāng)使用外加劑能有效改善混凝土的和易性，但外加劑用量不超過2%。要嚴(yán)格控制水灰比，水灰比偏大，混凝土內(nèi)部密實(shí)度會降低，強(qiáng)度也會受之影響而降低，同時(shí)混凝土干縮徐變加大，容易產(chǎn)生干縮裂縫;水灰比偏小，會使混合料和易性降低，影響振搗密實(shí)性，對混凝土強(qiáng)度不利，同時(shí)使施工操作難度增加。特別是水泥用量，要嚴(yán)格按照級配計(jì)算目標(biāo)配合比，實(shí)際施工中要按采用的施工配合比嚴(yán)格執(zhí)行，并隨時(shí)調(diào)整，嚴(yán)禁使用高堿量水泥。在混凝土和易性符合要求的前提下，盡量減少用水量，減少泌水發(fā)生，扼制裂縫產(chǎn)生。工程建設(shè)實(shí)際中一般控制在0.4，效果還不錯。

(5)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)：加強(qiáng)工期安排和管理，選擇適宜施工氣溫，盡量避免高溫施工，高溫施工不可避免時(shí)，必須澆完一段，養(yǎng)護(hù)一段，加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，保證混凝土路面成型后7 d內(nèi)保溫養(yǎng)護(hù)，21 d內(nèi)灑水保濕養(yǎng)生，防止面層水份蒸發(fā)過快，避免混凝土因溫差而產(chǎn)生的裂縫。經(jīng)實(shí)踐用塑料薄膜養(yǎng)生是比較好的方式，且能夠周轉(zhuǎn)使用，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，冬季它能起到保溫作用，夏季時(shí)不用頻繁灑水也能達(dá)到良好的保水效果，節(jié)省人力物力。伸縮縫或脹縫的設(shè)置控制在20～40 m，混凝土面板按要求切割，這些對防止斷裂都很有幫助。

總之，水泥混凝土路面裂縫是多種因素共同作用的結(jié)果。因此在加強(qiáng)路基質(zhì)量同時(shí)，把好原材料質(zhì)量關(guān)，必須從動態(tài)檢測，合理配比，精準(zhǔn)計(jì)量，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，水灰比調(diào)控等方面全方位控制。此外，必須嚴(yán)格按規(guī)范施工操作，大力推廣新工藝、新技術(shù)、新材料，不斷提高混凝土路面質(zhì)量。

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［1］公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F30-2003)［S］.

［2］公路工程質(zhì)量問題及防治措施百問［M］.人民交通出版社，2002.