水泥混凝土路面早期裂缝成因及防治

0 引言

水泥混凝土是道路工程的基本路用材料之一，因其强度高、承载力强、稳定性好的优点，广泛地应用于我国道路工程建设中。水泥混凝土路面是道路工程直接承受车辆荷载的载体，其质量对于行车安全和道路通达性能具有重要意义，因此需要加强对道路路面工程的施工，保证其建设质量以满足使用功能。

水泥混凝土路面的典型问题之一是建设期的早期裂缝，由于施工技术和质量控制不合理，水泥混凝土路面在建设完成后便出现了很多细小的裂纹，这些裂缝的形成不是由于行车荷载等作用，而是由于路面施工控制不合理、路面施工材料性能不稳定等因素引起的裂缝，这些裂缝形成了道路路面工程的初始缺陷，如果不加以修补和控制，在后期运营过程中，路面雨水作用以及路面车辆荷载的循环往复加载，将很容易使得路面微裂缝进一步扩展，病害进一步加重，影响行车安全和道路使用。因此需要对水泥混凝土路面的早期裂缝给予足够关注，在施工中采取各种措施将开裂问题降至最低。

论文首先分析水泥路面早期裂缝的形成原因，分析不同因素可能引起的路面开裂问题，在对这些裂缝形成原因的深入分析上，建立施工预防措施，避免水泥混凝土路面的早期开裂，确保道路路面的施工质量和性能。

1 水泥混凝土路面早期裂缝的成因分析

分析水泥混凝土路面的施工全过程，早期裂缝的形成主要是在水泥混凝土养护过程中产生，但其形成原因却包含了水泥混凝土原材料质量、配比，施工和易性、振捣和养护的控制，施工中温度的影响等，这些成因是复杂的，但从裂缝形成的机理和呈现特点来看，早期裂缝的形成主要是水泥混凝土的塑性收缩、自收缩和温度收缩等效应形成，以下将从这三个方面剖析早期裂缝的成因特点和组成。

1.1 塑性收缩效应

塑性收缩是水泥混凝土在浇筑振捣过程中，由于水分蒸发引起混凝土表面收缩而形成的裂缝，这些裂缝的分布没有规律性，主要呈现网状或者斜向，与路面结构的受力特点无必然联系。塑性裂缝在水泥混凝土浇筑过程中或多或少会产生，其形成机理是水泥在硬化过程中，水分蒸发使得水泥混凝土的化学反应受到影响，导致水泥混凝土各个材料不能完全黏结，形成了细微的裂缝。一般塑性裂缝主要发生在面层表面，因此表面的水分蒸发速度是最快的，失水效率也是最高的，因此塑性裂缝的深度一般在0～50mm之间。塑性开裂的程度与浇筑过程中气温、湿度和浇筑温度等因素高度相关，气温越高、风速越大、湿度越低，则水分的蒸发速度越快，裂缝也更容易产生。

1.2 自收缩效应

自收缩是指水泥混凝土中的水泥在水化过程中需要消耗水分，这个水化过程使得混凝土的相对湿度变低，造成毛细孔、凝胶孔等缺少，造成胶凝料体积变小，即混凝土内部部分材料收缩，而这种自收缩作用受到周边其他材料的限制并产生裂纹。这种自收缩完全是水泥混凝土的本身特性所致，因此一般的施工过程都需要加入缓凝剂，延缓水泥混凝土的凝结，降低水化效率，从而减少不必要的自收缩裂缝。大量研究表明：未加入缓凝剂的混凝土，在初凝开始就会进行自收缩，1d时间内自收缩值就能达到28d的50%～60%，说明了自收缩主要发生在早期。为了避免自收缩效应，需要加入一定量的缓凝剂以保证质量。

1.3 温度收缩效应

温度收缩是混凝土材料的一个关键问题。目前我国生产的水泥品种，其比表面都比较大，水泥的水化速度很快，这就使得水泥混凝土在浇筑过程中，在初凝的时间段内水泥产生水化作用大量放热，这些热量可以使得浇筑的路面温度上升6～10℃，而水化放热完成后，周围空气和热交换作用使得面层的温度降低，而面层内部的温度尚无法进行高效率的热交换，使得路面的表面和内部形成温度差，这个温度差的作用使得内部水泥混凝土约束表面的收缩，导致面层混凝土开裂。一般而言，面层厚度越大，温度收缩效应越明显，裂缝的数量、宽度和深度等也将越大，而水泥混凝土的水泥用量、周围气温对温度效应也有显著影响，例如水泥用量越大，则水化效应更显著，温度收缩效应也越大；周围气温越大、昼夜温差越大，则温度的收缩效应也越显著。

2 水泥混凝土路面早期裂缝防治措施

明确了水泥混凝土的早期裂缝特点和成因后，可以针对裂缝形成的源头建立防治措施和方法，保证水泥混凝土路面结构的施工质量。具体而言，可以从原材料控制、材料配比的控制、施工质量控制、混凝土板切缝等方面形成防治措施。

2.1 原材料控制

水泥混凝土的原材料质量是确保路面施工质量的关键，也是影响塑性收缩和自收缩效应的关键。首先，水泥材料的选择非常关键，为了降低早期裂缝，应该选择强度高、干缩性好及抗冻性能好的水泥材料，例如矿渣硅酸盐水泥的早期强度低、水化热又高，很容易产生早期裂缝，不宜采用。其次，混凝土骨料的级配和粒径等也是重要影响因素，骨料应该确保无风化、含泥量低且强度足够，骨料的粒径应该采用连续粒径级配，保证集料与水泥的黏结密实而不容易产生离析；最后，水泥混凝土的混合料中水的质量也需要保证，不能随便采用江河水，需要确保用水的质量满足混凝土浇筑要求。

2.2 材料配比的控制

原材料的配比同样影响水泥混凝土的早期性能，这其中水泥用量和水用量是需要特别关注的配比，除温度收缩效应外，塑性收缩和自收缩都是由于水分的蒸发或者水泥用量太多引起，因此需要控制混凝土在必要的潮湿状态下硬化。水泥在水化过程中需要少量的水，而大部分的水是为了保证混凝土的和易性，因此需要严格控制配比中的单位用水量。减水剂是一种较为有效的含水量控制方法，在水泥硬化过程中加入早强剂有利于减少裂缝形成。

2.3 施工质量控制

早期裂缝的形成因素之一是水泥混凝土各种配料之间连接不紧密，为了保证不均匀的收缩，需要在振捣过程中将水泥混凝土各种混合料振捣密实，在保证密实的情况下还需要确保振捣的均匀，一般振捣不好的部位也是最容易产生早期裂缝的部位。此外，振捣过程中还需要对混合料的含水量进行控制，根据实际的振捣情况以及混合料的运输距离、摊铺时间等进行合理调控。另外，水泥混凝土路面压实完成后，还需要进行必要的养护，养护也是避免早期裂缝的关键工序，养生的过程是要确保混凝土与周围环境温度差别不至于过大，同时要确保养护环境的湿度，避免早期裂缝的形成和发展，当水泥路面达到标准的抗拉强度后，可不再进行养护。

2.4 混凝土板切缝

由于水泥混凝土路面是面状结构，在浇筑完成后温度收缩效应是影响其质量的关键，即便养护完成，由于环境的昼夜温差等作用，都可能会在路面结构中产生早期裂缝，因此应该及时进行切缝处理。混凝土板的切缝应该结合环境的变化进行调整，基本原则是确保切缝的质量，不引起路面损坏，切缝的时机是混凝土板达到基本强度后开展。

3 结论

早期裂缝是水泥混凝土路面的关键问题，早期裂缝对于道路的使用寿命和运营安全具有重要影响，需要在施工过程中进行管理和控制。论文探讨了水泥混凝土路面早期裂缝的形成原因，剖析了塑性收缩、自收缩和温度收缩是早期裂缝产生的三个主要原因，并探讨了其内在影响机理，最后提出了处置早期裂缝的方法，应该从原材料、配比、施工管控和混凝土面板切缝等措施出发，以保证水泥混凝土路面的施工质量，降低早期裂缝的形成和发展。

参考文献：

[1] 胡敏玲，胡力群.水泥混凝土路面早期裂纹、裂缝成因及其防治措施[J].交通标准化，2006（1)：130-133.

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