水泥混凝土路面裂缝成因浅析及预控措施

　　关键词：水泥混凝土路面，裂缝，成因浅析，预控措施
　　论文摘要：水泥混凝土路面裂缝对路面使用性能和使用年限有很大影响，从而成为影响水泥混凝土路面发展的一个关键性技术问题。本文通过笔者在工程实践中总结的经验，就水泥混凝土路面裂缝产生的原因及如何消除混凝土自身及外界因素的不良影响，以避免水泥混凝土路面裂缝的产生进行了一些探析。文章从施工材料、配合比、施工工艺、基层强度以及外部因素等方面进行分析，并针对原因提出各阶段相应防止水泥混凝土路面发生裂缝的技术措施和建议。
　　一、前言
　　为适应日益发展的交通运输所必需的载重量大、速度高、车流量大等要求，同时具有强度高、稳定性好、使用寿命长、维修养护费用少等许多优点，水泥混凝土路面在公路建设中被广泛推广。但水泥混凝土路面具有抗拉能力差、容易开裂等缺点，导致路面出现裂缝现象，影响了水泥混凝土路面的美观、使用效果及寿命。对水泥混凝土路面裂缝进行原因分析及预防控制，对提高其使用质量、延长使用寿命有重要的意义。导致水泥混凝土路面裂缝产生的原因很多，且成因复杂，这里根据路面裂缝形态，就几个主要方面进行简要分析。
　　二、水泥混凝土路面裂缝形态
　　1、表层裂缝在水泥混凝土路面上，表层裂缝的主要表现形式为龟裂。即混凝土路面表面上呈现碎小的六角形花纹状裂缝，裂缝很浅。
　　2、贯穿裂缝指水泥混凝土路面板产生纵向(顺行车方向)、横向(垂直于行车方向)或交叉贯穿板厚的裂缝，即断板现象。
　　三、水泥混凝土路面裂缝成因分析
　　1、路面自身原因导致面板开裂
　　路面自身因素缺陷极易导致表层裂缝形成，并逐步发展成贯穿裂缝，造成水泥混凝土面板破坏。
　　(1)原材料因素
　　材料是构成混凝土路面的主体，粗集料不具有良好的级配，针片状颗粒含量太高；细集料和粗集料中含泥量过高，会降低了混合料的粘结度；所用水泥安定性差，组成材料的级配不符合标准，那么这样的材料组成的混凝土路面面板的弯拉应力就达不到设计要求，很容易在施工期间产生不规则断裂，或在使用过程出现更多的病害。
　　(2)混凝土配合比因素
　　严格控制混凝土配合比组成、材料级配、水灰比、用水量对防止面板裂缝起到重要作用。首先混凝土配合比设计要通过试验确定，拟设计配合比，试拌调整配合比后，还应根据现场浇筑条件、集料供应情况（干湿程度）、摊铺机具和气候条件随时进行调整，按调整好后配合比施工；其次是尽可能减少单位用水量和单位水泥用量，这可以通过掺入优质减水剂和加气剂以及良好的级配集料来实现；此外尽可能采用无腐蚀性的自来水，使用杂质含量低的集料。在施工中要经常检查骨料的级配和杂质，发现所购进的骨料级配与原试验级配不符时，必须及时调整施工配合比。
　　而在施工中最应注意的是水灰比的控制，如果水灰比忽大忽小，在摊铺时又不注意摊铺的均匀性，就会造成水灰比的不同片块在其交界结合部由于凝固收缩率或受热膨胀率不同，形成裂缝和断板的情况；如果水灰比过大，混合料便偏稀，在其凝固成型时，收缩率就大，一旦缩缝设置和施工仍按正常进行，就会造成缩缝间距相对过长，从而易在较大的收缩应变作用下形成裂缝，如果进一步发展，还可以形成贯通的混凝土路面断板。
　　(3)混凝土路面施工工艺因素
　　混凝土搅拌时间不够，材料拌和不均匀；振捣不密实，有漏振或过振情况都将导致混凝土整体强度不一致，因此在施工中水泥混凝土必须振捣均匀密实。如果水泥混凝土的密实度不均匀，在密度小的区域内混凝土面板下部多成蜂窝和空洞状，形成了承受应力的薄弱部位或区域，从而易使面板产生断板。
　　在混凝土浇筑过程中，要始终保持施工作业的连续性，一旦出现间断作业，必须设置一道施工缝，并布置传力杆，以防止因不设施工缝而出现断板的现象。对已形成强度的混凝土板应加快切缝进度，减少冷收缩裂缝的产生。
　　正确安装传力杆可以有效防止断板。如果传力杆安装偏斜，则在传力过程中会将混凝土顶破，从而形成裂缝而断板。正确的在纵坡变化处、平曲线及构造物结合部设置胀缝，是预防断板的有力措施。纵坡变化处、平曲线及构造物结合部都是应力应变集中的位置，在此处设置胀缝，是减少或释放应力应变的最佳方案，它可以大大降低在此处的断板率。
　　施工中切缝时机及操作方式也是避免混凝土面板裂缝的一定因素。因混凝土拌和后水化热较高，初凝早，收缩大，在夏季施工时，热量散失慢，会形成较大的温度应力，此应力会迅速集中于薄弱环节。当混凝土达到终凝后，面板收缩变形也在不断进行，并产生了较大的拉应力，当混凝土路面面板与基层之间的摩擦力大于这个成型凝固产生的收缩拉应力时，在混凝土面板承受拉应力最薄弱的位置就会被拉断而产生断板，故把握准确的切缝时机和切缝标准是从该环节控制面板裂缝有效措施。
　　(4)水泥混凝土面层养生不规范
　　夏季气温高，风力大使水分损失较快，加上洒水不及时、不均匀，造成混凝土强度降低，水析出速度过快造成拉应力迅速增加，在未到切缝时间时，产生断板。路面面板还会受冬季降雪、喷洒除冰盐等冻害而引起的表层松散而出现破坏现象。
　　2、路面基层的原因
　　路面基层材料拌和不均匀会使路面基层的强度差异较大．沉降大小不一，极易造成路面板开裂。基层平整度不符合要求，必然使水泥混凝土路面厚度不等．在达不到设计厚度的地方形成薄弱带．在荷载作用下该处便容易开裂。当基层表面凹凸不平，不仅会使面板与基层间的摩擦力增大，而且使面板下面的摩阻力形成不均匀的片状区，这样在不均匀片状区的边缘部位和摩阻力集中的区域就最容易形成断板。路基软弱或路面基层强度不足，沉降量过大和结构物与路堤衔接处、新旧路结合部位的较大沉降差都会使水泥混凝土路面出现裂缝。另外路基及基层排水不良，长期受水浸泡，引起路基及基层失稳或强度不足，使路面产生不规则断裂。
　　3、道路排水系统的原因
　　对水泥混凝土道路来说，首先要考虑处理的病害是对水的防治。如果排水系统存在缺陷，大量滞留在路上的水无法外排．势必造成路面积水下渗至路基，导致路基强度的局部软弱，从而出现大面积的严重病害。
　　4、其他因素
　　（1）设计路面结构不合理，车辆增长速度过快，超载和超限车增多使混凝土路面在使用期内超过规范要求，从而导致断板。基层结构形式及厚度设计不合理，会导致基层材料的稳定性较差，被水浸泡后一旦有行车荷载的反复作用，造成板底掏空，致使道板局部受力不均匀，引发路面破损。
　　（2）道路通行过早，混凝土面板承载强度不能满足车辆碾压需要而造成断板。
　　四、防范面板裂缝的措施
　　1、设计阶段预防裂缝和断板的产生
　　为了防止水泥混凝土路面的裂缝和断板，各有关部门应认真及时地组织设计人员和有关专家，根据水泥混凝土路面的设计理论及规范要求，结合当地的地理位置，环境、地形、沿线工程地质和水文条件，特别是交通量的组成和车辆的类别以及地方材料的供应情况，进行深入细致地研究和讨论，提出符合实际的轴载设计参数、路面结构、材料组成、路基填料、碾压方案和要求，以设计出适宜的水泥混凝土面板以及完善的排水系统，提出合理经济的水泥混凝土配比设计及施工要求。这就需要设计部门在设计时充分考虑各方面不利因素对使用期道路的影响，建设部门加大资金投入，提高道路等级，各职能部门加大公路运营综合治理力度。
　　2、施工中的防范措施
　　（1）材料是构成混凝土路面的主体，施工中严格把住材料关，是保证混凝土质量的前提。
　　（2）严格控制混凝土配合比组成，使施工配合比与设计配合比相符合。在施工中要经常检查骨料的级配和杂质，必要时及时调整施工配合比，同时还要检查材料含泥量，使其不能超标。而在施工中最应注意的是水灰比的控制，在施工中要严格把住混凝土的配比关，特别是水灰比这一关。
　　（3）在施工中水泥混凝土必须振捣均匀密实。摊铺机排阵过程中应充分对边角部位进行补振，确保面板整体振捣均匀。
　　（3）及时正确地切缝是预防断板的有力措施。如果能够及时准确地切缝，就能引导混凝土面板凝固收缩力在切缝处规则拉断面板，从而避免在其他位置产生断板。混凝土面板要在切缝处埋置接缝板，并在接缝板位置上再行切缝，这是预防混凝土早期断板的有效措施。接缝板的高度是混凝土板厚的2／3，并应在基层顶面放置，在此处形成了最薄弱条件，当混凝土面板产生拉应力时，裂缝就在此处产生，从而避免了混凝土面板的早期断板。
　　（4）在路面基层施工中，使基层表面平整、整体密实，确保基层具有调节路面板与土基之间的受力状态，缓和或降低水、湿度对土基的影响，起到良好的承载、扩载作用，提高路面的整体结构强度，改善路面板的工作条件，同时改善施工条件，保证面层厚度均匀和保护碾压平整的土基或垫层，有利于提高路面施工质量。
　　（5）在施工中应尽量避免产生较大的温差效应。《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30—2003）规定：“施工现场的气温高于30℃，拌和物摊铺温度在30～35℃，同时空气相对湿度小于80％时，混凝土路面应按高温季节施工的规定进行。当现场气温大于等于30℃，应避开中午高温时段施工。”温差效应过大或突变，容易造成混凝土面板强度形成的不同步。
　　（6）正确安装传力杆可有效防止断板。传力杆的安装必须遵照规范要求，按设计进行，使传力杆与道路中心线及路面平行。正确安装传力杆，并在施工缝处增设传力杆，可使面板间传力顺畅，缩胀自如。
　　（7）在混凝土面板底面与基层顶面间设置滑动层，减少面板与基层间的摩阻力，也可以防止面板被拉断。当基层表面与混凝土面板底面的摩阻力很大，混凝土面板收缩和膨胀不能自由滑动时，就使板内的拉应力增加，此时基层的裂缝也极容易反射到混凝土面板上而形成断板。
　　3、开放运营及使用中预防断板的产生
　　（1）严格控制开放交通的时间，避免车辆在混凝土强度未道道设计要求前过早碾压路面。水泥混凝土路面浇筑完毕后必须达到设计强度后方可开放交通，
　　（2）加强路面开放使用中的维护，并对其及时进行清扫，养护，确保混凝土路面湿润、整洁，采用适当的路面养护与维修技术对路面进行修补维护。
　　五、结束语
　　为减少水泥混凝土路面裂缝的产生，应从施工材料选择、基层强度控制、施工工艺及道路排水等多方面控制，严把质量关，控制好每个环节每道工序。严格按照国家有关规范、技术标准进行施工．是保证工程质量避免病害的前提和基础。
　　
　　参考文献：
　　[1]公路水泥混凝土路面施工技术规范(JTGF30-2003)，北京：人民交通出版社，2003.
　　[2]公路水泥混凝土路面养护技术规范(JTJ073.1-2001)，北京：人民交通出版社，2004-9-1出版.
　　[3]公路工程施工质量问题与防治李继业、张玉稳化学工业出版社2006-1-1出版
　　[4]公路养护与管理许永明、卓知学人民交通出版社2000年版