水泥混凝土路面早期裂缝成因分析及防治对策

[摘要] 水泥混凝土路面是目前我国一种主要的高等级路面。但因为原材料、混凝土配合比、施工等因素的影响, 水泥混凝土路面早期易产生裂缝。文章深入分析了水泥混凝土路面出现早期裂缝的主要原因, 提出了防治早期裂缝的对策。

[关键词] 水泥混凝土路面; 早期裂缝; 成因; 防治对策 

[ 中图分类号] U 214.1+8 [ 文献标识码] B [文章编号] 1671-4806( 2006) 06- 0016- 02 

　　由于水泥混凝土路面具有强度高、承载能力强、耐磨抗滑、抗冻、稳定性好、耐久性好、虽一次性投资较大但养护费用低、行车安全舒适、呈灰白色利于夜间行车等优点, 因而从80年代开始在我国公路及城市道路建设中得到了广泛应用,目前已成为我国一种主要的高等级路面[1] (P386)。但是, 受设计、施工、养护、气候环境及长期超负荷使用等诸多因素的影响, 目前水泥混凝土路面普遍存在裂缝问题, 裂缝的产生已严重影响到路面的使用寿命和使用质量, 使维修困难、费用高, 水泥混凝土路面的早期开裂已成为影响混凝土路面发展的一个关键性技术问题。本文将分析水泥混凝土路面早期裂缝产生的原因, 并提出若干防治对策。 

一、早期裂缝的成因分析

　　水泥混凝土路面早期裂缝的成因, 主要有以下几个方面: 

1.原材料不合格

( 1) 水泥水泥的性能和质量是影响水泥混凝土路面的重要因素, 但是在实际工程中往往没有引起人们的高度重视, 以至出现这样两种情况: 1) 不同厂家或品牌的水泥混杂使用, 由于水泥成分上有差异, 凝结时间和收缩率不同而产生裂缝; 2) 水泥矿物成分含量超标。试验研究表明, 若水泥中S03含量超过3.1%时, 混凝土干缩逐渐增大, S03含量的差异可使干缩相差至3倍; 若水泥中游离氧化钙含量大于1.0%,混凝土凝结后易出现细小裂纹、脱皮病害, 严重时可产生大量开裂并直接影响路面的耐久性; 若水泥中碱含量大于0.6%, 则会与骨料中活性硅产生体积膨胀的碱骨料反应, 可能使路面在使用中产生后期开裂破坏; 若水泥中硅酸二钙含量大于15%~37%, 硬化时易产生较大收缩而产生裂缝; 若水泥中铝酸三钙含量大于7%~15%, 会产生较大水化热, 干缩严重, 且与SO3水化反应后会产生硫铝酸钙, 致使体积膨胀,产生裂缝[2]。

( 2) 混凝土集料含泥量及有机质含量超标集料的含泥量及有机质含量超标, 必然会造成混凝土中水泥石与骨料界面粘结不良, 容易产生裂缝。 

2.混凝土配合比不当

　　混凝土中引起收缩的主要是水泥石部分, 过多的水泥用量必然导致较大的收缩, 用水量大, 混凝土的干缩性就大。如果施工中计量不准, 尤其是未按集料实际含水量修正配合比, 都易引起混凝土开裂。

3.基层施工质量差

　　基层表面施工平整度差, 会增大基层和面板间的摩阻力,影响面板自由伸缩, 容易在低温季节造成路面横断开裂。基层标高失控, 造成路面厚度不一致, 过薄或厚薄交界处产生应力集中而形成薄弱断面, 在混凝土收缩时, 难以承受拉应力而开裂。基层表面过干会吸收混凝土的水分, 使底部混凝土失水,收缩不一致, 强度降低, 导致开裂。基层强度不均, 就会在强度较低处产生裂缝。

4.施工时气候影响

　　高温季节施工是造成早期裂缝的一个重要因素, 夏季温度高, 水泥水化反应加快, 混凝土凝结硬化快, 和易性降低,操作困难, 易造成蜂窝、麻面, 降低密实度, 水分蒸发快, 表面易干燥, 养护不易充分, 造成强度降低, 易出现干缩裂缝。若施工时大风、大雨、温度、湿度有急剧变化, 昼夜温差大, 都会造成混凝土急剧冷缩或干缩, 加快混凝土的应力集中速度,致使混凝土出现早期裂缝。

5.混凝土养生不及时或不足 

　　湿胀干缩是水泥混凝土的特性, 如果混凝土养生不及时, 则混凝土表面水分蒸发过快, 收缩迅速, 而表面和内部收缩不均, 由于混凝土早期不能承受较高的干缩应力而开裂。如果混凝土养生不足, 则影响水泥的正常水化, 从而出现早期裂缝。

6.切缝不及时 

　　计算表明, 混凝土收缩应力与板长成正比, 合理和及时切缝, 可以部分释放收缩应力, 把应力集中引导到切缝处的断面上, 形成规则分缝[3](P203- 207) , 若切缝不及时或切缝深度不足, 造成混凝土内部应力集中, 就会在混凝土板的薄弱处形成不规则的贯穿裂缝。

二、混凝土路面早期裂缝的防治对策

　　为防止水泥混凝土路面产生早期裂缝, 保证工程质量,必经采取以下防治对策:

1.保证基层施工质量 

　　基层施工时, 一定要保证基层的压实度和平整度达到规范要求, 以减小基层与混凝土面层之间的摩擦力, 减少基层对面层伸缩的约束。当基层成型养护完成后, 应及时摊铺混凝土层面, 防止基层暴露时间过长而产生干缩裂缝, 否则, 应加强基层养护, 保持基层湿润状态, 直至浇筑混凝土路面。若基层出现裂缝, 在摊铺混凝土路面前要用油毡或塑料膜将裂缝盖好, 防止裂缝向上反射。对于基层标高不足的应坚决返工重做, 禁止采用加铺抛撒松散基层材料填补标高的错误做法。

2.严把材料质量关, 严格控制配合比和水灰比 

　　严禁混合使用不同标号、不同厂家、不同种类、不同批号的水泥, 对于安定性差、游离氧化钙超标及强度不足的水泥要禁止使用, 应选用早期强度高及干缩性较小的普通硅酸盐水泥或道路硅酸盐水泥, 标号不低于425号。 

　　采用合格的砂石料, 杜绝不合格材料进场。对含泥量超标或有机质超标的砂石应严格禁止使用。碎石应质地坚硬、干净, 符合级配要求, 最大粒径不超过31.5mm ( 碎石) 或19.0mm( 卵石) , 砂应选用洁净、坚硬、符合规定级配、细度模数不易小于2.5的中粗砂[4]。

　　严格控制水灰比和用水量, 水灰比通常为0.5~0.55, 当采用真空吸水方法时, 水灰比可降到0.35~0.40, 混凝土坍落度在1~2.5cm为宜。拌和用水量应准确称量, 计量误差不得超过±1%, 施工中不得随意增减。有效控制水灰比, 严格控制配合比,是保证混凝土强度、密实度及减小混凝土干缩的重要条件,也是防止早期裂缝的有效措施。

3.及时切缝

　　切缝时间一般以施工温度与施工后时间乘积为200~300个温度小时或混凝土的抗压强度为8~10MPa比较合适。切缝深度一般为混凝土板厚的1/4~1/5。切缝太浅, 难以控制应力集中于切缝断面处, 混凝土板可能会在其他薄弱断面处开裂, 切缝太深, 会使板块间传力作用减弱。

4.采用真空吸水工艺

　　利用真空原理在浇捣后把混凝土内的游离水和空气吸出, 以降低混凝土的孔隙率和水灰比, 增加混凝土密实度, 提高混凝土强度, 减少干缩, 提高混凝土的早期抗折强度, 这对防止混凝土早期裂缝极为有利。真空吸水时应避免因吸水垫前后两次重复搭接或漏搭而造成过吸或漏吸。吸水时间一般为10~15min。

5.加强混凝土养生 

　　采用优质养护剂、草袋覆盖洒水养生、薄膜养生等, 不要采用没有覆盖物仅洒水养生的方法, 养护天数应根据混凝土强度增长情况而定, 当采用425号以上水泥时, 一般养护应达21天, 当采用真空吸水工艺施工时, 至少应养护7天以上。夏季施工时应做好防雨、遮阳工作, 避开烈日高温施工,减少温差对混凝土的影响。

三、结语

　　水泥混凝土路面早期裂缝的成因错综复杂, 只要保证基层施工质量, 严把材料质量关, 严格控制配合比和水灰比, 加强混凝土养生, 采用真空吸水工艺, 及时切缝, 同时, 以人为核心, 以预防为主, 牢固树立“质量第一”的观念, 科学组织,精心施工, 严格管理, 层层把好质量关, 水泥混凝土路面的早期裂缝是完全可以防止的, 这也必将促进我国水泥混凝土路面的进一步应用和发展。

[参考文献]

[ 1] 邓学均. 路基路面工程[ M] . 北京: 人民交通出版社, 2002.

[ 2] 刘大明. 影响水泥混凝土路面破损的主要原因[ J ] . 中国市政工程, 1999 , 12 ( 4 ) : 8- 11. 

[ 3] 陆鼎中. 程家驹. 路基路面工程[ M] . 上海: 同济大学出版社, 2004. 

[ 4] J TG D40- 2002 , 公路水泥混凝土路面设计规范    原作者：张惠彬　陈冬梅   

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