水泥混凝土路面病害问题的探讨.doc
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水泥混凝土路面病害问题的探讨
摘要：
根据已建成通车多年的高等级道路水泥混凝土路面的使用情况和查阅有关混凝土内部应力方面的专著，系统的分析了水泥混凝土路面产生裂缝、断板的原因及预防补救措施谈几点看法。
关键词；水泥混凝土路面；裂缝；断板；防治措施
随着公路建设的全面展开，我国的水泥混凝土路面工程也逐渐普及，水泥混凝土路面的裂缝断板问题已成为公路建设者普遍关注的问题，下面就水泥混凝土路面产生裂缝、断板的原因，预防补救措施谈几点看法。
1、混凝土路面裂缝、断板类型
由纵、横交错表面无规则的裂缝为龟裂、其特征是裂缝没有贯通全厚和板面，只是板面局部不规则的细小裂纹。
而裂缝贯通全厚和板面，将面板完全断开，并断成两块以上的施工期断板（即：
混凝土面板未完全硬化和开放交通而出现的断板）和使用期断板（即：
路面开放交通后出现的断板），按其损坏程度又可分为：
（1）轻度断裂：
裂缝细微缝缘无损坏，不认真观察难以发现，未封缝的宽度不大于2.5mm；
（2）中度断裂：
裂缝较明显，缝缘有损坏，轻微剥落，未封缝的宽度为2.5~15mm；
（3）严重断裂：
裂缝处严重剥落，裂块松劲，影响行车，未封缝的宽度大于15mm。
2、混凝土路面裂缝、断板形成原因
水泥混凝土路面板裂缝、断板的原因是由多种因素造成的，其中温度应力和超载应力超过混凝土的抗拉强度，路面板就会产生断裂，并发展为断板。
有的是由于地面的不均匀沉降而产生断裂，有的是由于车辆荷载的多次重复使用而产生的重复超载应力超过了混凝土的疲劳强度而引起的断裂，还有的是由于混凝土自身的收缩与基层间的摩阻力而产生的裂缝、断板，其主要原因有以下几方面：
（1）水泥稳定性差，强度低，砂、石料含水、泥量和有机质含量过高，使混凝土粘结不牢，往往产生断裂。
（2）基层不平整致使路面厚度不一样，有厚、有薄，在混凝土收缩时，路面板与基层产生强大的摩阻力，在较薄弱处易开裂。
再一个基层于煤也会造成板面断裂，基层干燥会吸收混凝土的水分，使底部混凝土失水，强度降低导致开裂。
（3）搅拌不均匀，振捣不密实，振捣时间过长导致混凝土离板、分层、粗骨料下沉、细料和水泥上浮，造成强度不均匀，表面收缩、裂缝，再就是混凝土浇灌时未按施工缝处理，新旧混凝土由于结合不良和收缩不一致产生裂缝。
（4）养生方法不科学或不及时，切缝不及时，车辆过早通行都将导致路面断裂，尤其是天气炎热，风速大，处理过的混凝土表面水分蒸发过快，表面容易干缩裂缝、冷缩裂缝，致使行车过程表面脱落。
①干缩裂缝
在水泥混凝土中，水在水泥石中是以化学结合水，层间水物理吸附水以及毛细水等状态存在着，当这些水在混凝土硬化过程中失去时，水泥混凝土本体就会受缩，这些就是干缩。
但是这是自由收缩，还不会导致裂缝的发生，惟有收缩受到限制而发生收缩应力时，才容易产生干燥收缩裂缝，水泥浆干缩的内部限制主要是混凝土中骨料对水泥浆的限制。
在普通水泥混凝土中，水泥浆的收缩率被限制了90%，所以混凝土内部经常存在着引起干缩裂缝的应力状态。
干缩裂缝一般为表面或不规则断板。
混凝土面板在浇筑完成后。
经过表面修整抹面后应尽快采取措施避免日光曝晒新浇筑的混凝土，使其表面减少蒸发量，防止混凝土面板表面迅速失水而产生干缩裂缝。
混凝土在中午浇筑后，为防止阳光暴晒应迅速覆盖，尽量避免高温时揭走覆盖物而产生的表面迅速失水，就造成了水泥混凝土的表面蒸发的不均匀。
水泥混凝土表面的迅速失水以及失水的速率不同，是该段产生干缩裂缝的一个重要因素。
②冷缩裂缝
在提出这个问题时，有人会感到奇怪。
在夏季施工时怎会产生冷缩裂缝呢？
实际在特定的条件下，人为造成大温差，使表面迅速收缩，产生拉应力造成断板。
和一般材料一样，水泥混凝土具有热胀冷缩性能，混凝土板块的热胀冷缩都是在相邻部分或整体性限制条件下发生的，故热胀属于变形压缩，而冷缩则属于拉伸变形很容易开裂。
水泥的水化过程是一个放热过程。
在混凝土硬化过程中释放大量热能，致使温度上升，在通常温度范围内，混凝土温度上升1℃，每m膨胀0.01mm。
这种温度变形对大面积板块极为不利。
有资料表明，水泥水化过程中的放热速度是变化的，初始较慢，25min后增温，大约在终凝后12h的水化热温度可达80-90℃。
使内部混凝土产生显著的体积膨胀，而板面温度随着晚上气温降低，湿水养护而冷却收缩，致使混凝土路面内部膨胀，外部收缩，产生很大的拉应力。
当外部混凝土的受拉应力一旦超过混凝土当时的极限抗拉程度时，板块就产生裂缝后横向断裂。
此外，从最高温度降温，由于受到已有基层或已硬化混凝土的约束力，在温度下降时，就不能自由收缩，就要产生裂缝，这种裂缝大多是贯通路面的。
当板温均匀下降时，其温度差引起的应力可用下式计算：
板中：
σx=ErαΔTP/（1-μc）
板边：
σx=-ErαΔTP
式中：
α—混凝土的线膨胀系数，一般为1×10-5
p—因温度应力作用时间长，考虑徐变影响的应力松弛系数，一般取2/3；
ΔT—温度差；
μc—混凝土各龄期的泊松比，设为0.15;
Er—混凝土各龄期的弹性模量（MPa）。
本段混凝土在施工完成后加塑料布覆盖，由于气温高再加上水化热的作用，混凝土表面温度以达到65-75℃，而施工人员在这种情况下把塑料布揭去人为造成混凝土表面温差，查当时最高气温为35℃，以65℃来计算，其温差为35-65=-30℃，根据公式，查有关资料：
在Er=2.5×104Mpa；ΔT=-30℃时，则板中的温度应力为：
σx=2.5×104×1×10-5×（-30）×2/3/（1-0.15）=-5.88MPa
一般混凝土抗弯拉强度仅为抗压强度的1/8-1/7，即为4.38-5.0Mpa，本段水泥混凝土设计抗弯拉强度为5.0Mpa，可见气温骤降30℃的温度应力在短时间内超过混凝土的设计抗弯拉强度，板块的横向裂缝已不可避免。
（5）路基压实度没达到标准，长期水温条件的变化和行车超载使用，使路基产生不均匀沉降，加上超重车辆的承载应力大于混凝土路面板的抗拉强度，导致路面板断裂。
（6）阻板影响，在双幅路面施工中，已浇灌的一边缩缝已断开，气温下降时，断裂的缩缝两边路面板收缩，后浇灌的还未切线的路面板受到较大的拉力，就在先浇灌的板缩缝的对应处产生不规则的裂缝。
（7）施工不连续，也是裂缝与断板产生的原因。
为保证混凝土不分层、不离析、不漏浆，混凝土从搅拌机卸出后到浇筑完的连续时间不大于60min。
由于运输机械、电源动力等发生故障时，造成混凝土施工长时间间断不连续，前后浇筑的混凝土凝结时间不同，整体性不好，形成断板。
（8）基层强度不足或不均匀造成断板。
现在我们多用水泥稳定砂砾作基层，它强度高、整体性好，但施工中如不按规范操作，也很难达到规定的密实度（一般为97％），另外基层强度不均匀，比如软土地基、地下管道（线）等处，如处理不当，极易造成断板。
（9）施工中计量不精确，水灰比偏大，水泥用量过多，粗、细集料过多、过少都对混凝土强度有较大的影响，特别是要根据集料中的含水量对混合料用水量及时调整，以免影响水灰比。
水泥砼路面板破坏的原因
（10）路基施工方面的原因
①路基填筑使用了不适宜的材料
公路路基施工规范规定，在通常情况下，不能被压实到规定的密实度和不能形成稳定填方的材料不能用于路基填筑。
如：
沼泽土，泥炭、含有树根、杂草和易腐朽物质等材料；液限指数大于50％，塑限指数大于25％的材料；有机质含量大于3％的材料；压实含水量和最佳含水量之差大于2％的材料等等。
但是，由于施工单位在路基填筑材料方面控制不严，使用了不适宜材料从而造成路基下沉或塌方，以致影响路面直到路面硷砼板破坏。
②软基处理不当
在软土地段路基填筑前，应该首先探明地基承载力，然后采取合理的软基处理方案和施工工艺。
软基处理方案一般有:
清淤回填土方、石方、土石混合料或砂砾,袋装砂井，塑料排水板，土工布，土工格栅或以上两种方案的组合等，但是施工时，往往是由于取的软基处理方案或施工工艺不合理或施工时未认真按要求处理或处理不完善等；这样给路基的稳定造成了隐患，使成形的路基沉陷或滑移等，最终影响路面砼板。
③路基土石方填筑方面的问题
往往在施工过程中,
（1）施工单位未严格按规范要求的每层填料松铺厚度控制，有时填料的松铺厚度达60～80cm,这样路基填方的密实度很难达到规范要求的低限值;
（2）路基填筑的有效宽度和超宽填筑不够,有的部分在路基填筑完成时,才发现填筑宽度不够,为达到路基的有效宽度,施工单位往往没有按规范要求挖台阶分层填筑压实至路基要求的宽度,而是将一些松散的土倾倒在边坡上；用人工摊铺拍实；这样补上来的路基部分远未达到密实度的要求，造成路基滑坡、层层冲涮；（3）路基填筑每层的填料未用平地机或其它平整机械进行整平或整平效果不好，使低凹的地方达不到密实度要求且大量积水；（4）路基施工过程中没有按要求做成一定的横坡度;路基施工临时排水系统未做或不畅通，从而使大量的积水渗入下层路基、严重影响路基质量；（5）路基石方或土石混合料填筑时，石头块径过大，使填石路堤或填土石混合料路堤密实度达不到规范的要求。
由于以上施工方面的原因，对路基的稳定性造成一走的影响，直到影响路面砼板。
④填切交界处未按规范要求施工
当路堤在斜坡上或填切交界处，或原有路堤上或路堤处在垂直路中线测得的坡度大于1：
5的坡地时，应把原地面挖成台阶，台阶宽度应不小于1m，用小型机具进行夯实，并向内侧倾斜2％，且台阶上不能有积水，然后再分层填筑压实、，这样，才能保证路堤的稳定和达到规定的密实度。
而施工单位在施工时，遇到以上情况，在路堤填筑时，根本未将施工地段挖成台阶后分层填筑压实，以致影响了路堤填筑的质量，形成隐患给路面砼板造成破坏。
⑤构造物台背的回填不符合要求
目前，从建成通车的公路来看，构造物台背跳车是通病，然而最明显的是台背沉陷或错台，主要原因是台背回填质量差。
台背回填要求每层松铺厚度不得大于20cm，密实度必须达到95％，回填材料最大粒径不大于5cm，且应具有良好的级配和透水性。
然而，施工单位在进行台背回填时，松铺厚度未严格控制；回填材料没有认真地选取；压实时仅用人工夯实，有时即使用小型机具进行压实，也只不过是形式，敷衍了事：
台背回填尺寸未按规范要求开挖，使得回填材料无法压实达到规定的密实度；现在台背回填中最易被人忽视的是，开挖出的台背，虽说台背回填时中部填筑合乎要求，但边缘为不透水性填料，没有进行更换，所以路面渗人的水积存在台背，这样时间一长便影响了路基的稳定性，造成台背沉陷，以致路面板遭破坏。
（11）路面施工方面的原因。
①路面基层施工质量不合要求
路面基层一般有底基层和面基层。
底基层为级配砂砾集料，面基层为水泥稳定类集料。
路面开始施工前要求路槽应清理干净，标高应严格控制，否则，会影响基层的设计厚度（厚度增加提高成本，厚度减小影响路面基层的稳定）；底基层集料细长及扁平的颗粒不得超过20％，且不得含有粘土块、腐殖质等有害物质；集料必须有良好的级配，级配曲线应接近圆滑并居中。
0．5mm以下的集料其塑性指数应小于4％，液限指数应小于25％；松铺好的集料在压实时，其含水量应比最佳含水量稍高。
水泥稳定类集料面基层，在铺筑前，应将底基层面上的所有浮土、杂物全部清除，并严格地整形和压实，将底基层上的车辙或松软部分和压实不足的地方以及任何不符合规范要求的表面都重新翻松，清除或用同类材料进行整形，并压实到符合规范要求的密实度和规定的线形、坡度、标高。
水泥稳定集料的级配要求良好，有机质含量不得大于2％，集料中不得含有粘土块、腐殖质等有害物质；水泥质量要求稳定，不得使用过期的水泥）水泥用量应严格按试验配合比加入：
拌和要均匀。
而施工单位在施工时；往往容易忽视的是使用集料的级配不好，含有粘土块及有害物质的材料来铺筑基层；路基、底基层、面基层的标高控制不严；水泥稳定集料含水量控制不准：
水泥用量不足等，这样严重影响了基层的质量，直至路面板遭破坏。
②路面水泥砼板施工方面的问题
水泥砼面层施工，往往施工的厚度未达到设计要求，主要是基层施工标高控制不严所引起；粗集料不具有良好的级配，细长及扁平的颗粒含量太高；细集料和粗集料中含泥量过高，降低了混合料的粘结度；所用水泥质量不稳定或已过期；水泥砼在浇筑过程中未完全振捣密实，蜂窝麻面较严重，这样；势必影响砼板本身的质量，而造成损坏。
③水泥砼路面结构层防水或排水未进行有效的处理
往往路面板遭到破坏，人们想到的总是路基、路面基层施工质量或台背回填质量或水泥砼板本身的浇筑质量等，而未足够重视结构表面渗入到路基中的水对路基的侵害。
目前，虽说对砼板的缩缝、胀缝、施工缝（纵向和横向）采取了特制的材料对水进行封锁，使水从路面排走，但效果仍然不佳。
据了解，路面板遭破坏的原因有相当部分是由于路表水渗入路基，从而影响路基的稳定而造成的。
3、水泥混凝土路面病害治理途径及断板的处理方法
（一）严把材料质量关
建立健全严格的原材料管理制度，对工程中的主要原材料一定要有出场合格证，并且要进行二次化验、配比试验等；不符合设计要求的原材料不准进行施工到现场。
选用合格的原材料，对于稳定性差，强度不足的严禁进入施工现场，不同厂家，不同标号，不同产期的水泥禁止混用。
选用强度高、稳定性好的普通硅酸水泥，粗、细集料应选用质地坚硬，含水、泥和有机质含量达标的材料，对于不合格的集料严禁使用。
（二）严格按着施工技术规范操作作到精心施工
（1）选用较先进的配料设备，准确配料，并根据现场集料的含水量及时调整拌和用水量，保证合理，准确的水灰比，浇筑混凝土时，要使基层保持潮湿状态。
（2）混凝土拌和时间掌握要准确，振捣均匀，避免漏振、超振，混凝土表面修整过程中，要及时进行养护，特别是风大，高温天气，要搭设预晒棚，或初凝时及时性覆盖潮湿的麻布和其他遮盖物，以免混凝土表面水分蒸发过发快，表面产生于缩、裂缝。
要根据气温，准确掌握切线时间，及时切线。
（3）严格控制基层的平整度和密实度，确保路面板厚度均匀和基层所受外力均匀分布，减少路面板与基层的摩阻力，可加铺塑料膜等。
（4）路面底基层、基层强度要均匀，稳定性要好，底基层、基层一般采用水泥稳定粒料，最好采用厂拌法拌料，能保证拌和均匀和配料准确。
基层料厚度要均匀，密实度要达到标准。
（5）严禁车辆过早通行，严格控制超重车辆通过，路基排水设施要完善，路基高度要因地而宜，以免地下水浸入路基，影响其稳定性。
路基压实度要达到设计标准，确保路基有足够的强度。
（三）水泥混凝土路面断板处理方法
断板的处理，根据其损坏等级不同分别对待。
（1）轻微断裂处理方法
裂缝无剥落或轻微剥落，未封缝的宽度不大于3mm的断板，根据缝宽的不同采用不同的粘结剂灌缝修补，粘结剂材料有聚胺脂、聚硫环氧树脂等延伸好、耐老化高分子树脂材料。
根据裂缝种类（宽度、清洁程度）、产生的时间、通车的要求不同采用直接灌入法、钻孔灌入法、注射灌入法不同的处理方法。
（2）中等断裂处理方法
板面局部断裂损坏，进行小范围修复时，视板面断裂损坏程度不同分四种方式修补：
对于裂缝有轻微剥落的，裂缝窄而浅，先画线放样，按画线范围开凿成深约5~7cm的长方形凹槽，刷洗干净后，用快凝小石子混凝土填补。
较窄浅裂缝的处理方法
对于裂缝有轻微剥落的，但裂缝较宽，应按裂缝两侧至少20cm的宽度放样，按画线范围开凿成深至板厚的一半的凹槽，此凹槽应与中线垂直，刷洗干净凹槽，在凹槽底部裂缝两侧用冲击钻沿与中心线平行方向，间距30~40cm，打眼贯通至板厚达基层表面，然后再清干净凹槽和孔眼，在孔眼安设∏形?
22螺纹钢筋，钢筋安设完成后，用高强水泥砂浆填塞孔眼至密实，最后用与原路面相同强度等级的快凝混凝土浇筑至与路面平齐。
较宽裂缝的处理方法
较为彻底的方法是将凹槽凿至贯通板厚，在凹槽边缘两侧中央打眼，深10cm，直径4cm，水平间距30~40cm。
每个眼应先将其周围润湿，插入一根直径18~20mm、长约20cm的钢筋，然后用快凝水泥砂浆填塞捣实，等砂浆干硬后浇筑混凝土浇筑捣实与路面平齐，同时在凹槽边缘基层内现浇25cm厚的水泥混凝土块，防止凹槽处出现不均匀沉降。
彻底的处理方法
裂缝距板边缘50~150cm时，将断裂板块凿除，在新浇筑的混凝土中靠近底边缘加设?
8@20钢筋网防止新板断裂。
（3）严重断裂处理方法
严重断裂，裂缝处严重剥落，有错台或裂块，应采用整块板更换的措施。
产生路面板块严重断裂多是由于基层强度不足或渗软化、路基不均匀沉降等情况导致，处理方法一般采用将整块板凿除，在处理好基层以及路基后，重新浇筑新的凝混凝土板。
一般采用快凝混凝土材料这样处理缩短养护期不会长时间影响交通。
对于水泥混凝土路面大部分出现开裂、断板、沉陷、错台等病害时，除采用上诉方法修补外，对一些主要道路同时采用在旧水泥混凝土路面上罩改性沥青混凝土面层处理方法。
（四）水泥砼路面板破坏的防治
⒈）路基施工方面
路基的质量是非常关键的，由于路面板遭到破坏后，要对路基有质量问题的地段返工是不可能的，且水泥砼板难修补。
故在路基施工时应着重注意以下几点：
（1）清表要彻底。
不适宜的材料应全部清除且按规范要求搞好基底压实。
（2）软基处理要慎重。
并采用合理的施工方案和施工工艺。
（3）路基填筑过程中，要严格按规范要求选好填料，控制松铺厚度和粒径，控制压实含水量与最佳含水量之差在规定的范围内，每层填筑要用平地机等机械整平后压实，形成横向路拱，做好临时排水使路基干燥等。
（4）台背回填施工，要求选用监理工程师或图纸要求的回填料，保证每层填筑厚度及压实度，回填时在台背可考虑做排水管和土工格栅。
排水管间距不得大于2m，土工格栅层间距最好为50～80cm。
⒉）路面施工方面
（1）路面基层施工要严格按规范要求选好合格材料，保证路面基层设计厚度及顶面标高，保证压实度，严格控制施工质量。
（2）路面砼板施工要严格按规范要求选好材料及材料的级配，保证砼质量并充分地密实，搞好施工缝、缩缝、胀缝的处治，防止路表水渗入路基。
⒊）水泥砼路面板破坏后的处治
（1）对于水泥砼板错台、沉陷的现象，由于修补困难，以往人们总是用沥青砼进行填补压实，实际上这种修补方案是不可取的。
因为水泥砼路面与沥青砼路面颜色不一致，这样的局部修补，会给汽车驾驶员造成错觉，且在高速行驶的公路上可能发生交通事故。
所以，对于错台、沉陷的水泥砼板最好是铲除，用同标号的新砼进行修补。
并加入JK系列砼快速修补剂，这样，4h后便能开放交通。
（2）对于水泥砼板裂缝的现象，可采用HZ／HD补裂缝材料进行灌浆处理，4h后能开放交通。
（3）对于水泥砼龟裂、网裂及胀缝、施工缝、缩缝处的局部破坏现象，可采用局部换板进行修补并加入JK系列砼快速修补剂。
4、结束语
公路工程是露天结构物，气候条件是公路病害产生的客观重要因素。
科学合理的设计和施工工艺也是防治公路病害的必要条件。
我们只有在生产实践中不断总结经验，多观察、多比较，出现问题后多分析、多总结，结合多种预防处理措施，混凝土的裂缝、断板是完全可以避免的,才能行之有效的防治公路病害，更好地为经济建设服务。
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