淺析水泥混凝土硬性路面早期裂縫的防治與養護管理

摘要：造成混凝土面板開裂的因素是很多的，只要在施工中稍微不謹慎隨時都可以出現面板的各種縱向裂縫和橫向裂縫。當路基沉降不均勻及基層出現裂縫等情況路面就會出現各種反射裂縫，因此，在施工過程中路基的整體穩定性和路面基層的強度及其重要。路面要嚴格管理控制好原材料、施工工藝、掌握好最佳施工配合比及水灰比要精心組織施工，最大限度地降低混凝土面板裂縫的產生。

關鍵詞：水泥混凝土路面 裂縫 防治 養護 管理

1.引言

隨著我國的改革開放不斷深入和社會主義市場經濟的日益繁榮，物流港航業發展速度向雨后春筍及其迅猛。我省的公路交通運輸事業得動了前所未有的迅猛的發展。為了更好地滿足當前大交通密路網的使用要求，緩解當地優質瀝青的供應矛盾，主干線公路及支線水泥混凝土路面的發展迅猛。近年來，本縣公路工程建設市場十分繁忙，水泥混凝土路面的工程大量推廣及普及，我經過實際的一線施工和現場管理，在如何防治水泥混凝土路面板斷裂方面積累和掌握了一些自已的工作獨道經驗希望能和大家共同探討研究和分析。

2.裂縫類型的劃分

混凝土的裂縫，按其成因可分為結構性裂縫和非結構性裂縫，按其表現形式可劃分為靜止裂縫、活動裂縫、和尚在發展中的裂縫。

結構性裂縫：由外荷載引起的裂縫，其分布及寬度與外荷載有關。這種裂縫出現，預示著結構承載力可能不足或者存在其他嚴重問題。

非結構性裂縫：有變形引起的裂縫，如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的裂縫。這種裂縫對路面的承載能力影響較小。

靜止裂縫：形態、尺寸和數量已穩定不再發展的裂縫。

活動裂縫：寬度在現有環境和工作條件下始終不能穩定、易隨著路面構件的受力、變形或環境溫度、濕度變化而時張、時閉的裂縫。

尚在發展的裂縫：長度、寬度和數量尚在發展，但經歷一段時間后發展將會終止的裂縫。

3.裂縫形態檢測包括

裂縫長度檢測、裂縫寬度檢測、裂縫深度檢測、裂縫發展檢測、裂縫長度變化監測、裂縫寬度變化監測。

4.裂縫成因分析

內因：混凝土結構、構建材料質量缺陷，截面尺寸不足、設計、施工、養護失誤等。混凝土結構、構件因承載力不足而產生的裂縫，開裂只是結構、構件承載力下降的一種表面征兆和構造性的反應，并非導致其承載力下降的實質性原因，固不可能通過單純的裂縫修補來恢復其承載功能。

外因：結構超載、位移約束、溫度、收縮、徐變影響、災害順壞影響等。

5.裂縫修補作用

抵御誘發鋼筋銹蝕的介質侵入，延長使用壽命通過對混凝土補強保持結構、構件的完整性恢復結構的使用功能，提高其防水、防滲能力消除裂縫對人們形成的心里壓力改善結構外觀

6.裂縫修補方法

表面封閉修補法、灌縫膠注注射修補法、壓力注漿修補法及填充密封修補法

7.修補的材料

改性環氧樹脂、改性丙烯酸樹脂、改性聚氨酯、聚合物水泥漿、環氧樹脂材料等

8.水泥混凝土路面斷板的原因分析

水泥混凝土其主要的施工技術性質包括新拌混合料的工作、初凝、終凝、硬化混凝土的強度、變形及其耐久性。水泥混凝土路面板的斷裂與其施工技術性質和路基強度和基層強度有著直接或間接的關系。造成面板開裂的因素是很多的，只要在施工中稍微不謹慎隨時都可以出現面板的各種縱向裂縫和橫向裂縫。當路基沉降不均勻及基層出現裂縫等情況路面就會出現各種反射裂縫，面板裂縫輕微且不再發展的，可以采取瀝青灌縫修補防止雨水進一步的侵蝕分化。因此，在施工過程中路基的整體穩定性和路面基層的強度及其重要。路面要嚴格管理控制好原材料、施工工藝、掌握好最佳施工配合比及水灰比要精心組織施工，最大限度地降低混凝土面板裂縫的產生。

9.水泥混凝土路面斷裂的有效防治

針對混凝土面板斷裂的原因，我們在混凝土路面施工時重點從以下幾方面進行了嚴格的施工技術把關和施工工藝把關，以致達到提高混凝土抗彎拉強度和降低各種變形應力的影響。減少混凝土面板的不必要的裂縫和斷裂。

9.1提高壓實機具的功率及壓實遍數保證路基最佳密實度

路基的不均勻沉降會使其強度減弱導致面板折斷，實際工作中要使沉降不發生是不可能的，因此，為保證路基足夠強度和整體穩定性，尤其要避免嚴重的不均勻沉降而造成混凝土路面的裂縫和斷裂。如河塘段、半填半挖、橋涵兩側及新舊路銜接段等靠自然沉降減小沉降的做法在高等級公路施工中是不合適。

路基發生沉降有兩種情況：一是地基較軟弱，未做好地基的加固處理，其承載能力低于覆蓋在它上面的填土層重力的壓縮變形；二是填土層填筑厚度嚴重不符合設計規范、在同一層區材料的強度和礦物質不同、壓實機具噸位及遍數不夠，壓實度小于設計規范要求，導致路基強度及穩定性必然不足，在自重和外力雙作用力下就會發生變形，密實度愈小其變形愈大對路面的基層和面層帶來的危害是致命的。

為減少因地基沉降而造成的路基變形，在填筑路基施工前，先清除地基表面的農作物、樹木雜草、灌木叢、樹根、種植土、建筑垃圾、鹽澤土以及腐殖土，然后用重型壓路機械碾壓并且控制壓實功，用環刀法檢測其壓實度使地基表面壓實度不應小于93%。

為使路基有良好的密實度和提高其強度及穩定性，減少路基的塑性變形和滲透系數，從而增加穩定性，使填土層的沉降量減小到最低限度，填料選擇強度（CBR）和粒徑符合施工圖設計規范的要求下結合現在施工單位的現有碾壓設備，在填筑路基時應該采取“分層填筑”、 “薄層多壓”、“先重后輕”的做法，每層壓實厚度不超過30cm。在有大噸位壓實機械的條件下，如50噸振動壓路機，重夯以及強夯等，可適當增加每層的填筑厚度，具體的層厚應根據試驗路段以及不同的機械經試驗確定。為保證路基強度的均勻，必須強調“分層填筑”，因不同的區間及層次有不同的壓實度要求。如在海島施工中，由于路線經常經過沿海海涂、魚塘、鹽田地基比較濕軟，地基承載力能力相對比較低，在施工過程中，由于當時工程工期比較緊，未全面的考慮到路基的沉降，壓實力度不夠。從而導致路面基層出現反射裂縫導致水泥混凝土面層的斷裂，而出現了局部返工。所以說對每一層質量都應嚴格控制，做到層層把關。

9.2.提高路面基層的強度與穩定性

混凝土路面的基層必須具有剛度大、整體性強和水穩性好。 在內陸地區常用的底基層、基層結構有石灰粉煤灰穩定碎石、石灰土、工業廢渣類、水泥穩定碎石等半剛性基層。石灰土宜作為底基層，不宜作為水泥混凝土等高級路面的基層。石灰土的初期強度和水穩性較低，同時干縮，冷縮易產生裂縫。從面層縫隙滲入的水會使石灰土基層表面水化，降低強度，同時也易使面層滑動。基層強度的均勻性及平整度對混凝土面板質量影響較大。基層施工時若拌和不均勻、不同土質混雜使用，石灰和土不過篩或粉碎 不好而團塊多、平整度差，新老路基結合部處理的不好等等都會造成基層強度的不均勻、基層平整度差，還會使混凝土面板厚度不一以及由此引起的面板內應力不等和增加混凝土板底的摩阻力，這在溫度應力作用下，易使面板斷裂。為此，在驗收基層交工時，除按中華人民共和國交通運輸部頒布的《公路工程質量檢驗評定標準》規定的項目外，還應增加檢驗基層彎沉值、拌和均勻度、含水量等有關項目，使基層能給混凝土面板提供均勻而穩定的支撐，且能防止唧泥和凍脹等不良影響，保證路面有較好的整體強度和平整度，達到延長混凝土路面的使用壽命的目的。

6.3施工溫度對混凝土面板的影響

6.3.1 溫度裂縫產生原因

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或老混凝土的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的 抗裂能力時，即會出現裂縫。許多混凝土的內部濕度變化很小或 變化較慢，但表面濕度可能變化較大或發生劇烈變化，如養護不周、時干時濕，表面干縮形變受到內部混凝土的約束，也往往導致裂縫。混凝土是一種脆性材料，抗拉強度是抗壓強度的1/10左右，短期加荷時的極限拉伸變形只有（0.6～1.0）×104， 長期加荷時的極限位伸變形也只有（1.2～2.0）×104。由于原材料不均勻，水灰比不穩定及運輸和澆筑過程中的離析現象，在同一塊混凝土中其抗拉強度又是不均勻的，存在著許多抗拉能力很低， 易于出現裂縫的薄弱部位。在鋼筋混凝土中，拉應力主要是由鋼筋承擔，混凝土只是承受壓應力。在素混凝土內或鋼筋混凝土的邊緣部位如果結構內出現了拉應力，則須依靠混凝土自身承擔。一般設計中均要求不出現拉應力或者只出現很小的拉應力。但是在施工中混凝土由最高溫度冷卻到運轉時期的穩定溫度，往往在混凝土內部引起相當大的拉應力。有時溫度應力可超過其它外荷載所引起的應力，因此掌握溫度應力的變化規律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。

6.3.2 溫度應力的分析

根據溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：

（1）早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約3天。這個階段有兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內形成殘余應力。

（2）中期：自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止。一般約7天。這個時期中，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。

（3）晚期：混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相迭加。

6.3.3溫度的控制和防止裂縫的措施

為了防止裂縫，減輕溫度應力可以從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

控制溫度的措施：

（1）采用改善骨料級配，用干硬性混凝土摻混合料加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；

（2）拌和混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度；

（3）熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；

（4）在混凝土中埋設水管，通入冷水降溫；

（5）規定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發生急

劇的溫度梯度；

（6）施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，在寒冷季節要對其采取保溫措施；

改善約束條件的措施：

（1）合理地分縫分塊；

（2）避免基礎過大起伏；

（3）合理的安排施工工序，避免過大的高差和側面長期暴露；

6.4添加外加劑

為保證混凝土工程質量，防止開裂，提高混凝土的耐久性，正確使用外加劑也是減少開裂的措施之一。例如使用減水防裂劑，在實踐中總結出其主要作用為：

（1）混凝土中存在大量毛細孔道，水蒸發后毛細管中產生毛細 管張力，使混凝土干縮變形。增大毛細孔徑可降低毛細管表面張力，但會使混凝土強度降低。

（2）水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25%。

（3）水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑 的混凝土在保持混凝土強度的條件下可減少15%的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補充。

（4）減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。

（5）提高水泥漿與骨料的粘結力，提高的混凝土抗裂性能。

（6）混凝土在收縮時受到約束產生拉應力，當拉應力大于混凝土抗拉強度時裂縫就會產生。減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

（7）摻加外加劑可使混凝土密實性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮。

（8）摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當，在有效防止水泥迅 速水化放熱基礎上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。

（9）摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發，減少干燥收縮。許多外加劑都有緩凝、增加和易性、改善塑性的功能，我們在工程實踐中應多進行這方面的實驗對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經濟。

6.5嚴格掌握混凝土的配合比和水灰比

混凝土的配合比和水灰比對強度起至關重要的作用。一般都能做到依據水灰比與強度關系曲線進行計算和選配合理的配合比，但關鍵是在實際施工中要按采用的配合比嚴格執行，堅決杜絕上料不過秤，標定好用水計量器。

在兩條脹縫間盡量選用同一廠家生產的同一品種水泥。特別是脹縫處最好使用同一批號的水泥，避免因水泥不同影響面板混凝土強度的均勻性。

每天每個作業面至少做兩組試件，以抽檢其配合比和強度。夏季多雨天氣還要隨時檢查其砂石材料的含水量，調整混凝土的用水量。

6.6認真做好混凝土路面的接縫

接縫隨其性能不同構造各異。接縫的質量直接關系到混凝土路面的使用效果和養護成本。

6.6.1脹縫

脹縫施工工藝復雜，要求高，不合格的脹縫會加劇對面板的破壞，因此脹縫施工時必須認真操作。脹縫應與路面中心線垂直，當遇到斜交橋涵處，應設置不小于3塊板長（約15米）的漸變段，以逐漸調整縫的方向，并在漸變段內配置鋼筋網和傳力鋼筋。縫壁必須上下垂直，縫隙寬度一致。

6.6.2縱縫

簡單的是做成平豎直縫，兩幅面板處的縱縫，用螺紋鋼筋制成的拉桿連接，拉桿位置在1/2板厚處。縱縫側面用石油瀝青均勻涂刷2至3遍，但應避免將熱瀝青涂刷在螺紋鋼筋的拉桿上。

6.6.3縮縫

為抵抗混凝土的冷縮應力而設置的縮縫，均應使用切縫法。有時也配合使用壓縫法，即在每隔25米先壓一道縫，然后再每隔5米一道切縫，以防混凝土面板過早開裂。

6.6.4施工縫

其位置應與脹、縮縫的設計位置相吻合，其設置方法和要求與脹縫相同。施工縫應盡可能減少，在目前機械化施工的條件下，大多是以機械化作業居多，每個作業面一般日進度為600平方，因而這種施工縫實際上都成了脹縫形式。

6.6.5填縫

填縫是一道仔細的工序，它的質量好壞直接影響到路面的使用和行車的效果。近年來隨著修建混凝土路面的增多，其重要性逐漸被人認識。填縫要及時，在混凝土養護期后立即進行。填縫時應將縫隙吹干凈，縫隙內要干燥，以促進縫料與縫壁面結合緊密不滲水。

6.7重視混凝土的早期養護

通過實踐證明，混凝土常見的裂縫，大多數是不同深度的表面裂縫，其主要原因是溫度梯度造成。寒冷地區的溫度驟降也容易形成裂縫。因此，混凝土的保溫對防止表面早期裂縫尤其重要。從溫度應力觀點出發，保溫應達到下述要求：①防止混凝土內外溫度差及混凝土表面梯度，防止表面裂縫；②防止混凝土超冷，應該盡量設法使混凝土的施工期最低溫度不低于混凝土使用期的穩定溫度；③防止老混凝土過冷，以減少新老混凝土間的約束。

混凝土的早期養護，主要目的在于保持適宜的溫度、濕度條件，以達到下述兩個方面的效果，一方面使混凝土免受不利溫度、濕度變形的侵襲，防止有害的冷縮和干縮。一方面使水泥水化作用順利進行，以期達到設計的強度和抗裂能力。適宜的溫度、濕度條件是相互關聯的。混凝土的保溫措施常常也有保濕的效果。

從理論上分析，新澆混凝土中所含水分完全可以滿足水泥水化的要求而有余。但由于蒸發等原因常引起水分損失，從而推遲或防礙水泥的硬化，表面混凝土最容易而且直接受到這種不利影響。因此混凝土澆筑后的最初幾天是養護的關鍵時期，在施工中應切實重視起來。當混凝土的達到設計強度100%的時候方可開放交通。

7.結束語

修一條高等級質量的混凝土路面，從立項、批復、設計（初步設計、施工圖設計）、招標、施工、監理、驗收之間影響質量的因素很多尤其在設計和施工、監理這塊最為明顯，雖然一些理論和施工工藝有待探討和改進，以上對混凝土裂縫的預防及養護管理進行了理論上和實踐上的初步探討，我在實踐中的應用效果是比較好的，具體施工中要靠我們施工員在施工現場多觀察、多比較、多記錄、 出現問題后多分析、多探討、多總結、結合多種預防處理措施，我想水泥混凝土面板的裂縫是應該完全可以避免的。

參考文獻

1 JTG E30-2003《公路水泥混凝土路面施工技術規程》.北京：人民交通出版社，2003

2.JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》.北京： 人民交通出版社，2005

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7.JTJ034-2000《公路路面基層施工技術規范》.北京：人民交通出版社，2000

8.交公便字[2006]02號《公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應用技術指南》北京：人民交通出版社，2006

作者簡介

夏代富 1984年11月 男 本科 主要從事公路橋工程施工現場管理，試驗檢測，招投標造管理工作

金宇 1987年11月 男 本科 主要從事公路施工監理工作

張侃 1983年12月 男 本科 主要從事公路監督工作