浅谈水泥混凝土路面开裂原因及防裂措施

浅谈水泥混凝土路面开裂原因及防裂措施

【摘要】：水泥混凝土路面普遍存在开裂问题，开裂的产生已严重影响到路面的使用寿命和使用质量，它已经成为影响混凝土路面发展的一个关键性技术问题。文章通过分析水泥混凝土路面开裂产生的原因，提出了若干防裂措施。

【关键词】：水泥混凝土路面；开裂；措施

前言

水泥混凝土路面是以水泥与水拌和成的水泥浆为结合料，以碎(砾)石、砂为集料，再加适当的掺和料及外掺剂，拌和成水泥混凝土混合料而筑成的路面。由于水泥混凝土的非均质性、低韧性及现场施工环境等因素影响，很难完全避免水泥混凝土路面面板的断板和开裂现象。

近年来随着汽车交通量的大幅度增加和载重量的急剧增长及严重的超载现象，使得许多早期修筑的混凝土路面迅速破坏，面临着补强改建的问题。水泥混凝土路面不同于沥青路面，一旦开始出现局部损坏，若维修不及时或养护不当，会引起极其严重的后果，这已被广大公路界人士所认识。

一、水泥混凝土面板开裂常见的特征和分类

水泥混凝土具有热胀冷缩和湿胀干缩的特性，在不同的限制条件下，混凝土的变形引起的混凝土开裂的情况不同。

水泥混凝土路面的变形主要体现为收缩变形。在特定条件下，混凝土的收缩变形会引起混凝土内部很大弹性拉应力。当拉应力大于混凝土的抗弯拉强度时，混凝土面板就会开裂。结合施工实践，我们把常见的裂缝分为三类：干缩裂缝、温度裂缝以及网状裂缝。

二、水泥混凝土路面开裂产生的原因

在设计、施工和使用过程中，导致水泥混凝土路面开裂的原因比较多，主要有材料的影响、基层影响以及施工影响等。

（一） 材料影响

1. 水泥质量的好坏对路面的影响。水泥的品种和细度将会影响混凝土拌和物的工作性。如水泥中石膏的掺量控制不严、水泥中的硅酸二钙和铝酸三钙的含量过高或含有较高的有害杂质(如游离氧化钙、氧化镁等),会使混凝土的（物理性能尤其是表面强度）稳定性降低,产生过大收缩；水泥颗粒（级配）细度不符合标准,水化速度、水泥的需水量、放热速率和强度的形成等造成不良的影响,会使

水泥的物理性能降低；水泥的安定性差,会使混凝土凝结硬化时的收缩量大,导致混凝土产生变形膨胀乃至造成开裂；不同标号及不同品种的水泥混用,其硬化时间及收缩量不一致,也会使混凝土板产生开裂、松散等破坏。

2. 集料的影响。集料中粗骨料的颗粒形状和表面特征对混凝土的抗折、抗压强度影响较大。如集料中针片状颗粒含量较少,接近立方体的颗粒较多,且级配较好时,在同样水泥浆数量下,混凝土拌和物可获得较大的流动性,同时粘聚性和保水性也较好。混凝土中集料平均粒径偏大和级配不良都会导致集料孔隙过大、水泥砂浆集中、局部收缩加大,该处的混凝土路面则会出现裂缝。集料的含砂量过大,会影响混凝土的和易性和强度；含砂量过小,又不利于真空脱水,两者都会造成混凝土板的开裂、起皮、坑槽等损坏。集料中的杂质,如云母、粘土、淤泥、有机物、硫化物、轻物质及针片状等含量偏高会直接影响混凝土的质量,造成板裂和松散。

（二） 基层影响

路面是座落在基层上的,路面基层的结构一定要合理，不能选择一些不宜做水泥混凝土路面的基层。如水泥稳定土基层和石灰稳定土基层,由于水泥土和石灰土的干缩系数、干缩应变以及温度系数都较大(水泥土最大干缩应变为2780～3950με,石灰土的最大干缩应变为3120～6030με),且具有遇水表层易软化和抗冲刷能力差等缺点,很容易产生严重的收缩裂缝并影响面层。有时灰块没完全消解,在路面完成后吸水消解,体积膨胀造成面层开裂等破坏。

路面基层除了具有足够的刚度和强度,还应该具有一定的抗冲刷能力。设置足够强度和刚度的基层,可以扩散面层传来的应力,减小路基顶面的压应力,并缓和路基不均匀变形对面层的影响。同时,路面在长期的使用过程中,如果使用抗冲刷能力低的基层,在渗入水和荷载的共同作用下,基层中的细料从接缝和裂缝处与水一同喷出,发生唧泥现象,由于唧泥造成基层沉陷和变形。如果基层出现较大的塑性变形,面层板将与之脱空,支撑条件恶化,增加板的应力,就会加速和加剧板的断裂。

（三） 施工影响

1. 切缝的影响。修筑的水泥混凝土路面达到一定长度,由于切缝时机掌握不准,切缝间距过大或切缝深度不足都可造成混凝土板的横向开裂。切缝一般应在最大拉应力出现之前进行,施工现场可用手指甲划痕,指甲有磨损感便可切缝。

2. 施工天气影响。高温施工，水分容易过早损失，因干缩而开裂；风天施工，灰土、杂物等刮到混凝土板面上，做面时无法清除，从而降低了表面强度，增加了收缩。雨天施工，如采取措施不当，一旦雨水流入路面，将面板上砂浆稀释从而使水灰比发生变化，表面强度降低，一旦经过车载的作用极易产生裂纹（或起粉）。

对面板温度应力计算表明：在不能保证板端自由伸缩的条件下，当温差=30℃

时，板中温度应力可达5.88，将超过一般混凝土的设计抗折强度，从而使面板产生断裂的破环。温差越大，温度应力导致断板的可能性越大。

三、水泥混凝土路面的防裂措施

1. 加强土基、基层的施工质量

首先要保证土基有足够的稳定性和强度的均匀性。压实度应满足设计要求，加强排水设计，采取必要的防水排水措施，减少路基受水侵害的影响。路基的填筑材料也是防止路面开裂的措施之一。采用整体性、稳定性好，且具有较大刚度的半刚性材料做基层，可以确保混凝土路面使用寿命。另外，基层还应具有较好的抗冻性，以避免出现板底脱空和错台现象。同时在基层施工中加强基层顶面标高、基层平整度的控制，防止混凝土板薄厚不均，受力不匀而产生断板。

2. 增加混凝土路面板的厚度

混凝土板是水泥混凝土路面最重要的结构层，它具有较高的力学强度、弹性模量，具有较大的承载能力和扩散荷载的能力。由于水泥混凝土的抗弯拉强度比其抗压强度小得多，在车轮荷载的反复作用下，混凝土路面板受弯拉部分最易产生断裂而破坏。因此，弯拉应力是面板的主要设计根据。为了使混凝土路面板能够受荷载的反复作用必须具有足够的抗弯拉强度和厚度。

3. 减小温度收缩的措施

(1) 避免高温和大风天气下施工，由于混凝土表面积大迅速失水，引起混凝土表面干缩，产生表面裂纹。

(2) 降低水泥用量，减少温度收缩。

使用低热水泥及减少水泥用量也可以降低混凝土温升。水泥水化热对混凝土的升温影响很大，水泥品种不同，水化热相差很大，所以要使用低热水泥或中热水泥。减少水泥用量的主要措施是选择粗细骨料级配良好且最大粒径尽可能大的骨料。另外砂率小，比表面积小也能节省水泥。采用粗砂比细砂可以省水泥，满足混凝土和易性条件下尽可能降低塌落度，这样可以减少用水量和水泥用量、掺减水剂、也可以减少水泥用量。

4. 减少干燥收缩裂缝的措施

尽量减少混凝土的单位用水量。混凝土干缩主要是混凝土中多余的水分不断蒸发所致。据有关研究表明，水泥水化所需的水量只有水泥重量的25%左右。而实际工程上应用的水灰比要比这大的多，因而干缩也比较大，因此必须严格控制水灰比，减少混凝土单位用水量。

5. 完善水泥混凝土路面的施工工艺

应加强对施工工艺各个环节的管理，以减少影响混凝土产生裂缝的因素。

(l) 加强施工监控。首先，对进厂主要原材料实行质量监控，对拟订采用的水泥都要进行物理性能和化学分析试验。粗集料(级配碎石)应采用质量坚硬、耐久洁净、符合规定级配、最大粒径≤40mm、含泥量≤1%、针片状颗粒含量≤15%、硫化物及硫酸盐含量≤1%、石料强度≥3级的配石。特别要强调的是片状石含量应严格控制，因为它减小了与水泥的粘结力，从而降低了强度和寿命。细集料(砂)应采用质量坚硬、耐久洁净、细度模数应在2.5-3.2为宜、含泥量≤3%、硫化物及硫酸盐含量≤1%的天然中砂。其次，加强对混凝土配合比的监控。主要检查原材料计量、搅拌时间和坍落度，严格控制水灰比。

(2) 混凝土摊铺一定要平整均匀。混凝土表面浆体不均匀，易产生不均匀干缩，导致裂缝产生。

(3) 严格控制混凝土振捣时间，既要振捣密实又要避免过振，过振导致离析，使表面砂浆过厚，易产生收缩裂缝。

(4) 加强切缝时间的管理，遵循宁早勿晚原则。同时，在符合设计规范的条件下，混凝土板块尺寸的设计采用下限为好。

(5) 加强水泥混凝土路面的初期、中期、后期的养生，尽量延长开放交通的时间。

四、结束语

总之，产生水泥混凝土路面板块裂缝的原因是很多方面的，病害出现了，只要认真调查分析，研究找出断裂的主要原因，研究制定防治措施，改进设计与施工工艺，加强工程管理，混凝土路面的开裂病害是能够治理的。

参考文献

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