淺談水泥混凝土路面裂縫產生的原因及防治措施

郝艷艷

(河北省灤縣交通運輸局)

1 裂縫產生的原因

(1)干縮裂縫。

水泥石中存在化學結合水、層間水、物理吸附水以及毛細水等狀態的水。干縮就是水泥混凝土在硬化過程中失去這些水后，水泥混凝土發生干燥而收縮的現象，混凝土不會因這種自由收縮而產生裂縫，干燥收縮裂縫產生的前提是要有收縮應力。混凝土中的骨料在水泥混凝土干縮時會對水泥漿產生很大的限制，這種內部的限制就是引起干燥收縮裂縫的收縮應力。在普通的水泥混凝土中，水泥漿被限制的收縮率高達90%，因此混凝土內部存在大量的與抗拉強度相抗衡的收縮應力，當應力抵抗不過時干縮裂縫就產生了。干縮裂縫大多發生在表面或以不規則斷板形式出現。

為防止混凝土面板產生干縮裂縫，新混凝土澆筑成后要及時進行表面修整，嚴禁日光曝曬抹面后的水泥混凝土面板，采取有效措施控制表面水的蒸發，把表面快速失水發生率降低到0。

水泥中的硅酸二鈣能反應生成大量氣體，其體積由于干濕不同差異性很大。其中的鋁酸三鈣需消耗大量的水進行水化，它的膨脹值和干縮值都很大。所以混凝土干縮會隨以上兩種物質含量的增加而加劇。

水泥混凝土的干縮對含水量很敏感，用水量增大到某個特定的值就會干引發干縮量急劇增加。

骨料級配和大小等和混凝土的干縮值緊密相關。良好的級配空隙率較小，所含砂漿也較少，不易收縮。偏細砂料使用較多時，混凝土收縮也會隨之加強。與使用偏細砂類較多類似的情況是含泥量大，同樣會引起收縮量增加。

(2)由于溫度應力而產生的裂縫。

溫度裂縫要歸咎于較大的晝夜溫差，如果混凝土未按時切割或無伸縮縫，板中的溫度應力足以使面板開裂。水泥的水化過程是放熱過程，混凝土硬化釋放出的熱能使其溫度上升，通常溫度上升1℃，膨脹量為0.01 mm/m。當抗拉強度不能抵抗累計長度內的溫度應力時即會產生裂縫。對大面積混凝土板來說這種溫度變形是致命的。

設板溫均勻下降，則溫度應力可按下式計算

其中：α為混凝土線膨脹系數，一般取1×10-5;p為應力松弛系數，在溫度應力作用時間長且考慮徐變影響時一般取2/3;ΔT為溫度差;μc為各齡期的混凝土泊松比，設為0.15;Er為各齡期混凝土的彈性模量，MPa。

通過計算和查閱相關資料：假設施工氣溫為35℃，混凝土表面溫度達到65～75℃，在 Er=2.5×104MPa、ΔT=-30℃時，計算板中溫度應力為

而水泥混凝土設計抗彎拉強度一般為4.5～5.0 MPa，由上式可知氣溫驟降為30℃時溫度應力短時間內達到5.88 MPa，已大于設計抗彎拉強度的最大值，此時裂縫不可避免。

(3)由于材料不良引起的裂縫。

①水泥安定性差引起的裂縫

游離氧化鈣的水化是個緩慢的過程，它在鍛燒不充分的水泥熟料中含量較多，所以它的水化不會因水泥凝結硬化而停止，由膨脹導致體積的變化不均，龜裂、斷板等均對路面造成嚴重威脅。和氧化鈣類似的物質還有氧化鎂和石膏。因此必須加強安定性檢驗，低堿性水泥不失為較好的選擇。

②拌和物溫度過高引起混凝土板斷裂

水泥拌和后的過程為變硬—變軟—硬化。這個過程的初始表象就是“假凝”。水泥顆粒表面在高溫下會形成一薄層硬殼，直接破壞混凝土拌合物的和易性，后期強度也因此而倍受影響。此外，內部高熱散發困難，體積膨脹，亦容易導致混凝土開裂。因此，為防止混凝土因假凝現象而斷裂，拌合物溫度必須加以嚴格控制。

③砂、石材料的堿—骨料反應對混凝土的破壞

集料中含有一種活性的二氧化硅，水泥中含有氧化物，其發生水解即會產生氫氧化鈉和氫氧化鉀，酸性的二氧化硅遇到堿性的氫氧化物會發生酸堿反應，生成的堿—硅酸凝膠體附著在集料表面，這就是堿—骨料反應。由于該凝膠體吸收水后產生體積飽脹，使混凝土出現網裂，且這種裂縫比較深，嚴重破壞混凝土結構。

(4)由于基層病害導致裂縫產生。

在鋪筑混凝土路面前，如果基層已存在縱、橫向裂縫，必須要完全修復，否則面層就會受到基層裂縫的反射而發生斷裂。另外，干縮裂縫、溫縮裂縫也常出現在基層，面層的斷裂也與此有關。

2 裂縫的防治措施

(1)加強保水：混凝土硬化前一是把表面水分的蒸發速度盡量降到最低，禁止太陽曝曬和烈風吹拂，直到混凝土析水;二是修整抹面盡快完成，養護及時，表面水分千萬不能蒸發過快而干燥，同時及時進行二次抹面，收縮裂紋可有效減少;三是澆筑混凝土不可在干燥基層上進行，高溫施工時，水泥水化作用大大加快，水化熱難以散發積于內部，極易產生溫縮裂縫，同時高溫時水分蒸發加劇，混凝土因過快干燥還會產生收縮裂縫，所以應盡量避免高溫作業。

(2)重視水泥安定性檢驗：水泥在建筑工程中用量可觀，工程質量直接受其影響。隱蔽性強是不合格安定性的最大特征，必須經過檢驗才能發現。所以對進入施工現場的水泥，首要任務是將其取樣送檢。每一批水泥至少取樣一次，樣品代表性強，合格樣品須按時送往檢驗單位檢測。絕對禁止使用強度不夠、游離氧化鈣違規、安定性不良的水泥;只有同批產、同種類同廠家、同標號的水泥才可混合使用，對于可能出現的安定性方面的問題應該以預防為主，加強檢驗，消除混凝土路面病害隱患。

(3)嚴格控制原材料質量。

粗、細集料的堿—骨料反應試驗必不可少，混凝土試件經過堿—骨料反應試驗后不允許出現酥裂、膠體外溢和裂縫等現象，規定的試驗齡期內膨脹率不可達到或高于0.10%。

粗集料硬度、耐磨性要好，潔凈且有害雜質含量少，表面有棱角，符合規定級配，骨料最大粒徑一般公路≤40 mm，高等級公路≤35 mm，必要時限制在25 mm以下，細度模數＞2.5。

最好使用發熱量少、收縮量小的道路硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

混凝土拌和及養生所用的水，要用硫化物含量滿足規范要求的飲用水。

(4)嚴格控制混凝土配合比：按混凝土試驗配合比準確配料，配料禁止使用手推車或平板鍬等人工計量，電子稱或精密度高的配料設備能保證配料準確，堅決杜絕上料不過秤。單位水泥用量應準確稱量，誤差不大于1%，集料稱量誤差不大于3%。精確檢測集料含水量，用水量把握適當，用水量誤差不得超過1%，確保水灰比的準確性。適當使用外加劑能有效改善混凝土的和易性，但外加劑用量不超過2%。要嚴格控制水灰比，水灰比偏大，混凝土內部密實度會降低，強度也會受之影響而降低，同時混凝土干縮徐變加大，容易產生干縮裂縫;水灰比偏小，會使混合料和易性降低，影響振搗密實性，對混凝土強度不利，同時使施工操作難度增加。特別是水泥用量，要嚴格按照級配計算目標配合比，實際施工中要按采用的施工配合比嚴格執行，并隨時調整，嚴禁使用高堿量水泥。在混凝土和易性符合要求的前提下，盡量減少用水量，減少泌水發生，扼制裂縫產生。工程建設實際中一般控制在0.4，效果還不錯。

(5)加強養護：加強工期安排和管理，選擇適宜施工氣溫，盡量避免高溫施工，高溫施工不可避免時，必須澆完一段，養護一段，加強早期養護，保證混凝土路面成型后7 d內保溫養護，21 d內灑水保濕養生，防止面層水份蒸發過快，避免混凝土因溫差而產生的裂縫。經實踐用塑料薄膜養生是比較好的方式，且能夠周轉使用，經濟實惠，冬季它能起到保溫作用，夏季時不用頻繁灑水也能達到良好的保水效果，節省人力物力。伸縮縫或脹縫的設置控制在20～40 m，混凝土面板按要求切割，這些對防止斷裂都很有幫助。

總之，水泥混凝土路面裂縫是多種因素共同作用的結果。因此在加強路基質量同時，把好原材料質量關，必須從動態檢測，合理配比，精準計量，加強養護，水灰比調控等方面全方位控制。此外，必須嚴格按規范施工操作，大力推廣新工藝、新技術、新材料，不斷提高混凝土路面質量。

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［1］公路水泥混凝土路面施工技術規范(JTG F30-2003)［S］.

［2］公路工程質量問題及防治措施百問［M］.人民交通出版社，2002.