水泥混凝土路面早期斷裂原因及預防措施探析

楊 卉

（秦皇島撫寧縣交通運輸局公路工程隊，河北 秦皇島 066300）

1 水泥混凝土路面早期斷裂原因

1.1 水泥的化學組成及化學反應機理

1.1.1 水泥是混凝土膠凝材料的重要組成部分，而水泥的特性決定了其容易出現斷裂的特性。首先，水泥是由石灰石和粘土經過煅燒的熟料磨細而成的，主要有效成分為硅酸三鈣（3CaO·SiO2）、硅酸二鈣（2CaO·SiO2）、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）和鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3），此外還有少量的氧化鈣、石膏（CaSO4·2H2O）及氧化鎂等。水泥混凝土的結構和組分取決于水泥的組分和水化反應，硬化水泥混凝土主要含有水化硅酸鈣（3CaO·2SiO2·3H2O），氫氧化鈣（Ca（OH）2）以及由鋁酸鈣、鐵鋁酸四鈣等其他物質水化反應的產物，如高硫型水化硫鋁酸鈣（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）、低硫型水化硫鋁酸鈣（3CaO·Al2O3·CaSO4·2H2O）等。混凝土的強度主要取決于水化硅酸鈣，同時，氫氧化鈣又是維持水化硅酸鈣等一些水化產物穩定存在的重要因素之一。

1.1.2 當水泥中的游離CaO、游離MgO或石膏含量過多時,會影響水泥的安定性，引起水泥石體積不均勻變化造成開裂。另外水泥中都是0.007～0.2mm的顆粒，而顆粒愈細與水反應的表面積就越大，水化快且較完全，早期強度和后期強度都很高，但在空氣中硬化收縮較大容易開裂。

1.1.3 水泥在水化反應的過程中會釋放出大量熱量，大體積混凝土在終凝后12h的水化熱溫度可達80～90℃，混凝土內部產生體積膨脹，從而造成混凝土表面開裂。

1.2 自然因素的影響

1.2.1 風速、陽光和溫差的影響。風速高、陽光照射強則混凝土表面失水快，使混凝土表面形成一小薄層硬殼，它與其他部分混凝土在硬化過程中的收縮比不同，從而造成混凝土路面的早期開裂。中科院公路科研所通過室內模擬試驗發現小時蒸發量大于1kg時易產生開裂，美國實驗室數據為0.5kg。

1.2.2 白天溫度較高加上水化時釋放的熱量使混凝土顯著膨脹，而夜間溫度降低時，路面表面溫度很快散失，內部溫度散失較慢。混凝土表面與內部收縮比不同，產生溫度應力，當溫度應力大于混凝土的抗拉力時致使混凝土被拉裂。

1.3 施工環境、地理位置的影響

1.3.1 一般情況下，水泥混凝土路面鋪筑在基層上。如果水泥混凝土拌合物直接鋪筑在基層上，會被基層吸收一部分水分，使下部的混凝土比上部的水膠比小，早于上部混凝土形成強度并產生收縮。再加上受到具有一定強度基層的約束不能自由收縮而產生由下至上的裂縫。

1.3.2 施工段所處的地理位置也對路面的早期斷裂有著明顯的影響。比如在縱坡較大的山區路段施工，由于受重力作用產生向下的力，并形成沿縱坡方向的分力，使沒有形成強度的混凝土受拉破壞產生斷裂。

在線驗收是面向商戶提供的一種驗證檢查的能力，可以幫助商戶在接入支付寶產品后，迅速驗證接入的規范情況。它也可以幫助商戶在活動上線前，迅速驗證優惠活動的正確性。商戶或系統商在對接支付寶時，通常有以下兩種形式：

1.4 拌合因素的影響

不同水膠比的混凝土凝結時間不同，最終達到的強度也不同。當不同水膠比的混凝土鋪筑在同一路段時，水膠比低的混凝土拌合物要比高的硬化快，且后期強度提高也較快。會在收縮時帶動硬化較慢的（水膠比較高的）那部分混凝土一起收縮，從而產生斷裂。

1.5 外界約束的影響

在用小型機具機型路面施工時，需要用模板對混凝土進行固定。如果模板與混凝土之間的摩擦力過大，混凝土的收縮就會因模板的約束產生斷裂。另外，新舊板塊之間的約束同樣會使新澆筑的混凝土產生斷裂。

2 預防措施

2.1 原材料要求

2.1.1 水泥

道路工程中，路面要經受高速行駛車輛輪胎的摩擦，載重車輛的強烈沖擊，路面與路基因溫差產生的脹縮應力及凍融等影響，要求路面混凝土抗折強度高、收縮變形小、耐磨性能好、抗凍性能好，并具有較好的彈性。應采用強度高、收縮小、耐磨性強、抗凍性好的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

2.1.2 粗骨料

混凝土中堿性氧化物水解后形成的氫氧化鈉和氫氧化鉀與活性氧化硅起化學反應，會形成堿—硅酸凝膠。生成的凝膠具有無限膨脹的特性，如果凝膠為水泥石所包裹，當凝膠不斷吸水膨脹時會造成水泥石的開裂，就是俗稱的堿集料反應。為避免水泥石的開裂，在選用粗骨料時尤其要注意去除骨料中的有害雜質。

2.1.3 細骨料

砂中常含一定量的雜質，粘附在砂的表面，會妨礙水泥與砂的粘結，降低混凝土強度，還增加混凝土的用水量，加大混凝土的收縮，將導致路面產生不規則裂縫。在選擇路面混凝土用砂時，應保證顆粒級配及粗細程度合理，更要注意使用清潔不含雜質的細骨料。

2.2 水泥混凝土攪拌

水泥混凝土攪拌質量直接影響混凝土的內在質量，混凝土的質量直接影響到路面的平整度，還會對路面的斷裂產生影響。主要從混凝土坍落度這一方面對混凝土質量進行控制。影響混凝土坍落度的主要因素為：

a）骨料的級配是影響混凝土坍落度的主要因素 主要是因為混凝土是水和水泥、砂等骨料進行包裹膠凝而成的，同等含水量和水灰比的情況下細料混凝土坍落度小于粗料混凝土坍落度，在混凝土攪拌生產過程中的各骨料倉中的級配應相對穩定，確保混凝土級配的配定；

b）含水量的變化也會對混凝土坍落度的造成影響 攪拌機中加水量是固定的，砂石中含水率是經常變化的，如不進行控制，則混凝土攪拌過程中的加水量將不能確定，混凝土坍落度也是不能確定，在攪拌生產過程中應先測定骨料中的含水率，水秤中扣除集料中含水量，以保證加水量相對固定；

c）水泥溫度也會對混凝土坍落度的造成影響 一般水泥倉只有100～150t左右，當攪拌站用水泥量較多時，會在往水泥罐里打水泥的同時進行生產，水泥未經冷卻便開始攪拌，這樣生產造成攪拌后的混凝土溫度較高，坍落度因水泥溫度高，吸水較大而變小。

2.3 水泥混凝土攤鋪

目前高等級水泥混凝土路面施工中均采用滑模式攤鋪法實行籬工攤鋪，水泥混凝土路面攤鋪是施工中難度較大、技術要求較高的工序，僅從攤鋪前準備、攤鋪機的合理運用、攤鋪后養護等方面常被忽視的幾個方面進行分析。

2.3.1 攤鋪前的準備工作

2.3.1.1 攤鋪前灑水是一個重要的工序，灑水不合理時將會嚴重影響路面質量。如果灑水量不足基層較干，鋪筑后混凝土中將有一部分水分被吸走，路面底部將產生大量細小裂紋，有些小裂紋與混凝土本身收縮應力產生的裂紋重疊后使整個混凝土路面裂紋增多。灑水量要根據基層材料、空氣溫度、濕度、風速等諸多因素來靈活掌握，保證攤鋪混凝土前基層濕潤，盡可能灑布均勻，在基層不平整之處禁止有存水現象。

2.3.1.2 當混凝土運輸車運量不足時，自卸車也是常用的運輸工具。自卸車的卸料將直接影響到路面質量。主要問題是卸料不均，使路面平整度和厚度都得不到保證。在實際施工中，可對基層表面與面層基準標高線隔段實測來決定混凝土的卸料量，避免卸料不均的問題。如：減少因厚度不均而產生路面開裂等。

2.3.2 混凝土攤鋪機的合理使用

2.3.2.1 振搗器間隔距離的確定會對混凝土的密實度產生直接影響。振搗器的間隔一般在廠家安裝高度時均加以調整、確定，在施工中操作人員往往忽視施工的中的再定位。針對不同混凝土的級配、和易性以及攤鋪后的密實度等到不同要求，振搗器的間隔應做適當調整，兩邊的振搗器距側模板的距離更應該常做出調整，以防止坍邊。另外，液壓式振搗器隨著使用時間的加長，振搗能力有所下降，要根據實際情況做出調整。

2.3.2.2 攤鋪機邊模板的升降一般是是通過液壓缸來控制的。在實際使用中，邊模板不能與基層間距太大，以防止漏漿嚴重，由于這一要求,攤鋪行走過程中隨著基層變化，邊模板會直接與基層接觸，使邊模板形成支承點，嚴重影響了成型模對混凝土的擠壓成型，坍邊嚴重。

2.3.2.3 從目前國內施工單位來看，大多數單位攤鋪能力遠遠大于攪拌的生產能力。實際工作中，攤鋪機的攤鋪速度不宜控制得太快。混凝土攤鋪速度過快則會造成鋪鋪停停，會使每次起動時設備磨損大大增加，每次停機時的停機跳點不可避免，會造成路面平整度很差，還會為路面不規則斷裂留下隱患。

2.3.3 攤鋪后的養護

混凝土路面攤鋪成型后及時養護也是減少斷板的主要措施。養護中尤其要注意對切縫時間的把握。為確定合格的切縫時間，可以通過在施工現場制作水泥混凝土立方體試塊進行同條件養生來確定。

3 結語

通過部分工程的施工實踐，筆者深刻感到，只要注意施工中的細節，并能夠認真對待，減少水泥混凝土路面早期斷裂并不是不可能的，會有更多高質量的水泥混凝土公路為經濟和社會發展服務。

[1]孫忠義，王建華.公路工程試驗工程師手冊[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]鄧學軍.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]JTG F30—2003，公路水泥混凝土路面施工技術規范[S].