混凝土路面裂縫原因分析及控制＊

朱長友

(麻城市城鄉(xiāng)規(guī)劃局，湖北麻城438300)

混凝土路面裂縫原因分析及控制＊

朱長友

(麻城市城鄉(xiāng)規(guī)劃局，湖北麻城438300)

針對(duì)中、小城市道路混凝土路面常見的裂縫問題，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從道路設(shè)計(jì)、路面施工、材料配備等方面探討其原因，并提出防治措施。

混凝土路面;裂縫原因;分析及控制

水泥混凝土路面不同于其他混凝土結(jié)構(gòu)，它是裸露在大自然中的帶狀結(jié)構(gòu)，路面不僅要經(jīng)受車輛荷載的重復(fù)作用，而且還要經(jīng)受大氣溫度周期性變化的影響。此外，還涉及到設(shè)計(jì)、施工、材料等多方面因素的制約。本文從施工現(xiàn)場實(shí)際情況出發(fā)，通過學(xué)習(xí)和借鑒有關(guān)技術(shù)資料，對(duì)由各方面原因造成的路面裂縫進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的防治措施。實(shí)踐證明:在施工過程中，只要滿足必要的施工條件和良好的設(shè)計(jì)要求及合理的材料配備，嚴(yán)格把好砌筑的各個(gè)環(huán)節(jié)，就能夠很好地根除裂縫通病，進(jìn)而提高其工程質(zhì)量和效益。

一、路面施工原因分析

(一)施工技術(shù)方面的問題

目前中、小城市混凝土的使用逐漸呈現(xiàn)高強(qiáng)、泵送、商品混凝土特征。混凝土是一種粘彈性材料，中低等強(qiáng)度混凝土在荷載作用下斷裂有一個(gè)塑性變過程，強(qiáng)度越高這個(gè)過程就越短，則在超載或震動(dòng)、沖擊荷載作用下的安全性就越差。即混凝土強(qiáng)度越高，其變形能力越差，也就是說，抗壓強(qiáng)度的其他性能也未必就好。為了某種目的超過工程需要而任意提高混凝土抗壓強(qiáng)度，并非明智之舉。就混凝土而言，不僅要求達(dá)到下限要求，更要注意不超過某一上限，以保證混凝土有一定的抗裂性能儲(chǔ)備。特別是在商品混凝土泵送技術(shù)使用后，由于其砂率高，坍落度大，流動(dòng)性高，塑性大，粗骨料含量相對(duì)較少，使得混凝土收縮率較過去的混凝土收縮明顯提高，而鋼筋混凝土的極限延伸率使混凝土開裂問題更加突出。

(二)施工配合比問題

在工程施工中，工人為了施工方便，施工用水量常常大于(甚至遠(yuǎn)大于)試驗(yàn)室提供的配合比用水量，表現(xiàn)為混凝土坍落度大、泌水現(xiàn)象明顯。泌水大的混凝土往往伴隨著較大的逆性收縮，從而出現(xiàn)塑性收縮裂縫，而不泌水或微泌水的混凝土則收縮較小，不易出現(xiàn)裂縫。另一方面在混凝土原材料中水泥及其品種、用量是影響混凝土收縮的重要因素。水泥磨細(xì)方法的改進(jìn)及助磨劑的使用，顯著提高了水泥生產(chǎn)的效率，降低了能耗，水泥比表面積明顯增大。施工中水泥選擇不當(dāng)，水泥細(xì)顆粒偏多，會(huì)使水泥與外加劑適應(yīng)性不良，對(duì)防止混凝土的收縮裂縫極為不利;施工中不少人員甚至存在一種錯(cuò)誤觀點(diǎn):水泥用量越多越好，恰恰相反，水泥用量越大，混凝土的收縮值越大。

(三)混凝土振搗問題

未經(jīng)振搗的混凝土是一種不同材料組合的粘稠混合體，在施工振搗的外力作用下表現(xiàn)為流態(tài)。長時(shí)間在同一點(diǎn)振搗，會(huì)導(dǎo)致混凝土過振，混凝土中各種組分產(chǎn)生不同程度分離。尤其是水上浮，水在上浮過程中形成滲水通道，進(jìn)而形成混凝土體內(nèi)早期微裂(肉眼不可見)，由于這種無規(guī)則微裂在外荷載和變形荷載作用下會(huì)不斷擴(kuò)展、相互作用，最終由于某種“平衡系統(tǒng)”被打破而成為裂縫(肉眼可見)。同時(shí)，混凝土表層由于過振而形成較厚泌水浮漿，從而形成裂縫。另一方面，振搗不足時(shí)，不但影響混凝土的強(qiáng)度，而且混凝土孔隙率大導(dǎo)致密實(shí)性、防水性差，收縮大。因此，正確的振搗方法是施工中防止混凝土出現(xiàn)早期裂縫一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

其次，振搗用的設(shè)備選擇也很重要，采用高振搗棒比采用低頻振搗棒更容易使混凝土出現(xiàn)泌水浮漿;采用振幅高的振搗棒比振幅低的振搗棒更容易使混凝土出現(xiàn)泌水浮漿。

(四)早期混凝土受力及支撐牢固性問題

在混凝土澆筑完成后，強(qiáng)度未達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，不準(zhǔn)進(jìn)行下道工序;混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前，嚴(yán)禁有沖擊荷載作用，是混凝土結(jié)構(gòu)施工的基本要求。而實(shí)際施工中“搶工期”是目前工程界無法回避的現(xiàn)實(shí)，有的工程混凝土澆完尚不足24h，就開始成堆或成捆地吊放重達(dá)幾百甚至上千公斤的架管、鋼筋;有些工程為減少周轉(zhuǎn)材料占用率，混凝土初凝尚不足12h就開始拆除梁側(cè)固定用短架管和木方。這些不合理的施工活動(dòng)將導(dǎo)致混凝土非勻質(zhì)性材料在溫度、濕度變化條件下，逐步在硬化過程中形成微裂縫，在拉力、剪力作用下，擴(kuò)展并串連發(fā)展成裂縫。

二、材料配備原因分析

(一)材料選用問題

通過大量的混凝土路面裂縫病害和處治效果的調(diào)查分析，考慮到水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)、材料及施工等方面的影響因素，作為理想的路面早期裂縫修補(bǔ)材料，應(yīng)具備以下性能:

(1)相容性:通常要求混凝土路面相應(yīng)具有較高的彎拉強(qiáng)度、表面平整、抗滑、耐磨。作為混凝土裂縫，特別是早期裂縫的灌縫材料，應(yīng)盡可能與基質(zhì)混凝土相容，其相容性具體表現(xiàn)在彎拉強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、收縮系數(shù)、彈性模量、泊松比、耐久性、熱膨脹系數(shù)及化學(xué)活性、顏色相近等方面。

(2)工作性:良好的工作性能是保證混凝土路面裂縫修補(bǔ)是否成功的關(guān)鍵，它包括流動(dòng)性、可灌性、易密性等。

(3)凝結(jié)時(shí)間:工藝過程完成后，快速凝結(jié)硬化是路面裂縫修補(bǔ)的根本要求。作為水泥混凝土路面裂縫修補(bǔ)材料，一旦灌入路面縫隙，要求能盡快的凝結(jié)硬化或固化，盡早通車以減少道路運(yùn)營障礙和經(jīng)濟(jì)損失。

(4)彎拉強(qiáng)度:一般情況下，裂縫修補(bǔ)材料的抗彎強(qiáng)度因交通等級(jí)不同而控制在4.0～5.0MPa，相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度分別控制在25.0～35.5MPa。

(5)界面粘結(jié)性能:路面混凝土裂縫修補(bǔ)后，能否與舊混凝土協(xié)調(diào)一致地工作，其中一個(gè)重要的因素是混凝土裂縫修補(bǔ)界面的粘結(jié)性能，它關(guān)系到修補(bǔ)的成敗以及能否避免二次破壞。

(6)收縮性能:裂縫修補(bǔ)材料的收縮性能直接影響到修補(bǔ)界面的粘結(jié)性能，在進(jìn)行裂縫修補(bǔ)時(shí)，路面混凝土已完成了收縮，而新注入的裂縫修補(bǔ)材料的收縮剛剛開始，必將在界面上造成剪切和拉應(yīng)力，在荷載及環(huán)境因素作用下，可能使界面出現(xiàn)二次開裂。

(7)耐久性:縫修補(bǔ)材料灌人路面縫隙后，仍裸露在大氣中，經(jīng)受雨水的滲入、陽光的照射、污水的腐蝕以及車輛的反復(fù)磨損。因此，要求路面修補(bǔ)材料應(yīng)具有抵抗這些介質(zhì)侵入和損害的性能。

除此之外，路面裂縫修補(bǔ)材料還在變形能力、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等方面具有一定的要求。

(二)材料處理問題

施工骨料質(zhì)量較差已成為我國混凝土質(zhì)量的重要障礙，當(dāng)前骨料生產(chǎn)的現(xiàn)狀基本上是:經(jīng)營分散，生產(chǎn)方式落后，幾乎無人執(zhí)行砂、石標(biāo)準(zhǔn)。所供應(yīng)的名義上連續(xù)級(jí)配的石子基本上都10mm以上單料級(jí)的，有的砂石場在供貨緊張時(shí)既不篩分也不水洗，含泥量、含砂量嚴(yán)重超標(biāo)，勢必影響水泥顆粒的均勻分散性及包裹作用，因勻質(zhì)性差或早期強(qiáng)度低，而不足以克服混凝土的自收縮、干縮應(yīng)力而形成裂縫。

三、混凝土路面裂縫控制措施

從混凝土路面施工因素裂縫的起因分析，要有效地控制混凝土路面開裂，必須綜合地從配合比，施工材料，施工管理及技術(shù)等多方面采取措施，才能取得滿意的效果。

(一)施工配合比的控制

由實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)計(jì)配合比是一種固定條件下的靜態(tài)配合比，而施工隨時(shí)可能受到人、機(jī)械、材料、施工方法、施工環(huán)境變化的影響，因此在實(shí)際確定施工配合比時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。首先，應(yīng)根據(jù)水泥的水化熱、泌水性、收縮率、比表面積等性能合理選用水泥及用量;其次，嚴(yán)格控制混凝土用水量，設(shè)法控制混凝土的泌水，提高水泥砂漿的粘度，減少集料的沉降，充分發(fā)揮砂、石的骨架作用，減少多余的拌合用水量;再次是嚴(yán)格控制混凝土骨料的含泥量，優(yōu)化骨料級(jí)配;最后是高溫季節(jié)施工時(shí)嚴(yán)格控制各種原材料溫度，特別是水泥的溫度，對(duì)防止混凝土的裂縫產(chǎn)生也很重要。

(二)提高施工管理水平和技術(shù)水平

首先混凝土材料、施工方法的發(fā)展與進(jìn)步，勢必需要新的管理手段、技術(shù)措施的支持。比如，水泥比表面積的增大，適應(yīng)泵送需要的大流動(dòng)性混凝土替代傳統(tǒng)的干硬性混凝土施工。高強(qiáng)度混凝土替代普通混凝土，混凝土組分由傳統(tǒng)的四組份(水泥、砂、石、水)發(fā)展成現(xiàn)今的添加外劑的五組份或再增加太物摻合料的六組份等，都需要人們更新思維，并相應(yīng)地采取更佳的管理措施、技術(shù)措施來克服日益嚴(yán)重的混凝土裂縫問題。其次，對(duì)混凝土施工的攪拌、振搗、壓光(刮糙)、養(yǎng)護(hù)、拆模各環(huán)節(jié)中人為的因素，應(yīng)該制定嚴(yán)格的施工操作規(guī)程，并認(rèn)真實(shí)施，嚴(yán)格管理。

［1］李鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國建筑出版社，1997.

［2］左恒忠，等.混凝土的若干裂縫原因及控制措施［M］.長沙:國防科技大學(xué)出版社，2006.

［3］傅智，金志強(qiáng).水泥混凝土路面施工與養(yǎng)護(hù)技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［4］裘建平，丁中芬.新材料在混凝土裂縫修補(bǔ)中的應(yīng)用［J］.浙江水利科技，2004.

2011－01－16

朱長友(1975－)，男，湖北麻城人，國家注冊(cè)建造師。