关于水泥混凝土路面裂缝与裂缝成因及预防措施0001.docx

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关于水泥混凝土路面裂缝与裂缝成因及预防措施0001

关于水泥混凝土路面裂缝与断板原因及预防措施

摘　要：

水泥混凝土路面是目前公路建设中广泛采用的高等级路面。

然而，由于设计、施工、养护等诸多环节的不妥善，致使道路路面产生裂缝，有些裂缝甚至还很严重，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。

本文总结了工程实践中的经验，就水泥混凝土路面裂缝与断板产生的原因及如何消除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讨。

关键词：

水泥混凝土路面裂缝温度应变成因预防措施

1引言

　　水泥混凝土路面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。

但混凝土是一种非匀质脆性材料，由骨料、水泥、水以及存留在其中的部分气体组成，在具有一定的温度和湿度情况下，混凝土硬化并产生体积变形，由于组成混凝土的材料其变形不一致，互相约束产生初始应力，造成在骨料与水泥石粘结面之间或水泥石本身之间产生微细裂缝，这些裂缝既不规则，也不连贯，在外界因素影响下，还可能发展成宏观裂缝。

　　2水泥混凝土路面裂缝成因分析

　　水泥混凝土路面裂缝主要表现为表层裂缝和贯通板厚裂缝（贯穿裂缝），其产生的原因是不同的。

　　2.1表层裂缝成因

　　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。

其产生的原因既有设计上和材料本身的原因，也叫内因。

另有有施工方面的原因，即外因。

　　设计方面的原因主要是指混凝土配合比设计不当。

如水泥用量过大或砂率过大；外加剂使用不当或者掺量过大，混凝土在重力作用下产生离析而导致这类裂缝产生。

标准中规定混凝土的碎石含泥量不大于1﹪，砂含泥量不大于3﹪，如果含量超标，则混凝土强度降低，并且其在硬化过程中随水分蒸发，致使板背出现龟裂。

骨料级配不合理，混合料摊铺后，在振捣中粗骨料下沉，水分被挤出，骨料之间存在空隙，使混凝土沉淀不均匀，表面形成泌水现象而开裂。

就混凝土本身的性质而言，在混凝土水灰比不变的情况下，水泥浆和砂浆含量较多时，其极限拉伸值也较大，因此，如果采用过大的石料粒径，也容易产生裂缝。

另外如果水灰比偏大会使混合料中被水占有的空间较大，但只有其中一小部分参与水化反应，剩余水分逐渐蒸发，在混凝土中形成孔隙，用水量越大孔隙率越大，干缩率也越大，明显降低混凝土强度。

材料本身的原因主要是水泥的特性。

如水泥稳定性差，混凝土凝结硬化后，由于水泥稳定性差，易引起混凝土体积不均匀变化，出现裂缝。

由于水泥水化反应，在混凝土内部放出一定热能，不能及时散发，使混凝土温度升高到50℃左右，而混凝土表面仅有20-30℃左右，这样使混凝土表面形成内外温差，产生拉应力，造成混凝土表面开裂。

水泥中矿物质相互作用，影响混凝土稳定性，使混凝土体积收缩不一，导致裂缝。

施工方面的原因主要是混凝土浇注后没有及时覆盖所造成。

混凝土浇注后，尤其是在炎热的天气或大风天气里，如果不及时覆盖，混凝土表面的游离水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩，而此时混凝土早期强度很低，其值不能抵抗这种收缩应力而导致开裂。

　　2.2贯穿裂缝成因

　　贯穿裂缝是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）贯穿板厚的裂缝，也即断板现象。

（1）纵向贯穿裂缝成因

　　纵向贯穿裂缝是指水泥混凝土路面发生平行于道路纵轴线方向的贯穿板厚的裂缝。

其产生的原因是在路面施工后，由于地基沉降不均匀而导致出现不均匀裂缝，产生断板现象。

如基层碾压不实，未达到密实标准；产生断板现象。

基层材料搅拌不均，导致基层不均匀沉降，也即由于路基发生局部的不均匀沉陷，如沟槽等地下隐蔽构造物修建不好，它的沉陷促使混凝土板悬空，在车辆重复荷载的作用下折断。

路基拓宽部分、新旧路接触部位处理不好，土基沉陷不一致，导致混凝土板断裂。

过早开放交通，在混凝土强度为达到设计强度时就通车，路基未充分压实等原因导致路面板脱空，产生裂缝。

（2）横向贯穿裂缝成因

　　横向贯穿裂缝是指水泥混凝土路面发生垂直于道路纵轴线方向的贯穿板厚的裂缝。

其产生的原因一是由混凝土本身的性质——混凝土抗拉强度太低造成的，二是由于施工不当——切缝不符合要求所造成。

　　混凝土抗拉强度很低，一般只有混凝土抗压强度的1/17~1/18。

混凝土的抗裂性就是指混凝土抵抗干缩变形和温度变形的能力，这些变形所引起的拉应力，如超过了混凝土的极限抗拉强度时，就发生裂缝。

也就是说，这些变形量超过了混凝土的极限拉伸应变值时，混凝土就产生裂缝，过大时则引起贯穿裂缝。

　　由于温度和湿度的变化，混凝土会产生体积膨胀和收缩现象，这种变形如受到限制，将会使混凝土内部产生内应力，就有可能产生裂缝。

基层表面不平整，混凝土板厚度不均匀，混凝土张所不一致，使混凝土板内部形成拉应变，导致板断裂，基层强度不均匀，易在强度好与强度差接触的地方产生断裂。

摊铺混凝土做业时间长，混凝土终凝时间不一致，混凝土变形不一，也会导致混凝土板断裂。

因而水泥混凝土路面上每隔一段距离要设置胀缝或缩缝，而切缝质量的好坏直接影响着水泥混凝土路面的质量。

如切缝时间掌握不当，切割不及时；切缝深度不符合要求，切缝过浅；切缝未切到头等因素均可引起混凝土路面发生横向贯穿裂缝。

3水泥混凝土路面裂缝的预防措施

　　3.1提高混凝土本身的性能

　　水泥混凝土路面产生裂缝的根本原因在于混凝土的极限拉伸应变值太小，不足以抵抗干缩变形和温度变形。

为了提高混凝土的极限拉伸应变值或抗拉强度值，改善路面的抗拉能力，可采取以下措施：

（1）混凝土的极限拉伸值随着抗压强度的提高而有所提高，因此提高混凝土的抗压强度可提高其抗裂性能。

目前水泥混凝土路面多采用m2C30、C35较高标号的混凝土。

（2）采用碎石配制混凝土。

因为采用碎石配制的混凝土的极限拉伸值比用一般卵石配制的混凝土提高30%左右。

　　（3）控制混凝土骨料的最大粒径。

采用最大粒径较小的骨料配制混凝土时，可以提高混凝土的极限拉伸值。

因此《规范》中限制骨料最大粒径在一般公路中不超过40mm，在高等级公路中不超过35mm，甚至限制在25mm以下。

　　3.2提高基层施工质量

　　水泥混凝土路面基层应具有较高的强度、较高密实度和较好的水稳性。

因此，在路基施工中，应严格按施工操作规程进行，做到分层填筑、分层碾压、分层测试。

每层的压实厚度、压实度、平整度及路拱都要满足设计要求和规范要求。

　　3.3提高混凝土施工质量

（1）为了防止混凝土路面产生裂缝，一是在配制混凝土时严格控制水灰比和水泥用量，选择合适的集料级配和砂率。

水灰比是影响混凝土强度最主要的原因，根据以往的施工经验，人工摊铺的水泥混凝土水灰比不宜＞0.45，机械摊铺的水泥混凝土水灰比不宜＞0.5；在实际中长接触的水泥混凝土路面强度指标是4.5MPa，配合比设计时以5.0MPa作为控制指标，在这一前提下，建议人工摊铺水泥混凝土的用水量≤330kg/m³；砂的细度模数控制在砂范围内，约为2.3。

水泥混凝土中的砂率控制在30%-33%之间，如果砂的粒径偏细，可适当降低砂率，但不得＜27%。

二是严格控制水泥质量，选用不低于425#的硅酸盐或普通硅酸盐水泥（根据以往经验，应将525#普通硅酸盐水泥作为首选），水泥使用前必须进行化验，确保混凝土配合比，测出水泥初、终凝时间，不同品种水泥不能混用，如果使用不同厂家不同型号的水泥，应在胀缝或施工缝处断开。

三要在混凝土路面浇注后及时用潮湿材料覆盖，防止强风和烈日暴晒。

尤其在炎热季节施工时，应浇完一段，养护一段。

凭一般经验，养护的标准是始终使混凝土表面保持湿润，并保证达到所需的养生期，如果有条件，最好采用混凝土养护液进行养护，养护液可以在混凝土表面形成一层保护膜，阻止混凝土内的水分散失。

四是避开高温、大风、降雨天气施工。

如果施工，可根据早、午、晚调整用水量，防止混凝土干缩裂缝。

（2）及时切缝很重要。

实践证明，适当的切缝时间对保证混凝土的整体质量有很大关系，切缝迟了，由于大面积混凝土约束会出现裂缝，扩展后形成断板。

一般混凝土的切缝时间是在拆模后12h左右（可以根据气温的高低适当调整切缝时间）。

如果板面连续过长，可每隔2-3道缝跳跃式切割，可以有效地降低早期断板率，还要注意切缝的质量，不应浅于设计切缝深度但可以适当加深，这样更有利于路面在切缝处断开，在安装纵缝传立杆和工作缝传立杆时，要和安装胀缝传立杆一样用一样的支架固定。

也可以用压缝代替切缝，避免间断做业，摊料、振捣、压缝抹光工序紧凑，使混凝土体积收缩一致，预防断裂。

　　（3）加适当的外加剂。

一般来说，加减水剂和早强剂可以减少混凝土的用水量，改善混凝土的和易性，防止运输途中的离析，提供充足的做业时间，降低水分蒸发速度，减少混凝土的收缩值，提高早期强度，减少水灰比，节约水泥，缩短养生周期，对提高水泥混凝土路面的使用寿命和外观质量，减少断板数量有很大作用。

具有明显的社会效益和经济效益。

　　（4）延长水泥混凝土路面施工的拆模时间，确保其施工的拆模时间在24小时以上。

拆模人员应是有耐心经验的技术工人，拆模时不准用大锤对钢模进行敲打。

模板需涂脱模剂，使混凝土与模板之间形成一层薄膜，减少混凝土与模板间的粘结作用。

这样不易产生裂缝，也便于拆模。

另外，在浇注混凝土路面时，要将基层和模板浇水湿透，避免吸收混凝土中的水分。

（5）加强现场施工监督与管理。

由专人负责监督水泥混凝土的配合比和搅拌时间；专人负责振捣，保证振捣均匀，振捣间距和振捣时间要掌握合理；专人负责交通管制，在开放交通前，禁止人员、模板、支架和标志牌等从养生混凝土上经过。

4对已出现的损害的补救措施

4.1对于水泥混凝土板裂缝的现象，可采用HZ/HD不裂缝材料进行灌浆处理，4h后开放交通。

在每块水泥板块上（长4.5×宽3.25米），当裂缝发生在距切缝、施工缝或胀缝1米内的，按条带修补的形式，在1米范围内加以凿除，并加设双层φ8mm的补强钢筋网，在凿除要修补的混凝土板时，要用切割机切割出边缘线，保持边缘线的整齐。

切割范围内的混凝土板要凿毛，并清除松动的混凝土碎块及表面尘土，后对基层进行修整、补平、洒水湿润，再浇筑与原来混凝土标号相同的水泥混凝土，振捣密实均匀，再用抹光机修平，压纹机压纹。

4.2对超过切缝、施工缝或胀缝1米以上的裂缝，按整块混凝土板全部凿除，根据需要对基层进行修补，对松散的基层料挖除，并用素混凝土进行填补，填补后用振动板振实，对在板两侧振实不到的地方要用人工夯实，并加上一层φ8mm的补强钢筋网，再浇筑与原水泥混凝土相同标号的混凝土，振捣密实均匀，再用抹光机修平，压纹机压纹。

4.3产生路面板严重断裂一般采用将整块板凿除，在处理好基层以及路基后，重新浇筑新的混凝土板。

对于大部分出现开裂断板沉陷错台等病害时，除采用上述方法外，对一些主要道路同时采用在旧水泥混凝土路面上罩沥青混凝土面层的处理方法。

4.4对于路面断板的处理措施分三类。

一是非破损技术，包括扩口填缝法，其思路是将断板作为裂缝来处理，采用直径很小的小锯片顺断板缝扩大缝口，与缩缝一样采用填缝的方法处理断板；粘结灌浆法，是指采用水性低粘度环氧树脂等粘结剂进行水泥混凝土路面断板缝灌浆，要求路面断板裂缝宽至少2~3mm，否则很难灌进。

二是半破损修复技术，亦称锚钉修复法，是介于破损和非破损修复之间的浅层纵向修复方法，特别适用于修复拉杆失效后张开位移量较宽的纵缝；三是破损修复技术，包括非全厚度的修复和全厚度的修复。

　　5结束语

　　由于设计、施工、使用过程中存在的某些不足，也由于混凝土内在原因及温度应变、湿度变化、地基不均匀沉陷变形的影响，在水泥混凝土路面上难免发生各种类型的裂缝。

虽然学术界对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论，但对于预防和改善措施意见还是比较统一的，但只要严格执行施工操作规程和技术要求，在施工中切实抓好基层强度、混凝土的配和比设计、施工工艺、切缝时间和深度、混凝土的养护等各个环节，通过改善混凝土的质量和路面结构并采取有效的浇注后的防治措施，科学管理，防范于未然。

对水泥混凝土路面已出现的裂缝与断板现象，应查明原因，对症下药，及时予以修复。

同时做好后期的道路养护工作，保障道路运营质量。