水泥混凝土路面裂縫產(chǎn)生的原因及預防處理措施

胡明賢

（湖南恒凱環(huán)保科技投資有限公司 湖南長沙 410000）

水泥混凝土路面是應用最廣泛的一種路面結(jié)構(gòu)，其強度高，穩(wěn)定性和耐久性好。現(xiàn)實工程中，由于設計、施工、運營條件和氣候等多種因素，不可避免出現(xiàn)裂縫，使得水泥混凝土路面道板出現(xiàn)了早期損壞，嚴重時甚至出現(xiàn)斷板，降低了路面使用性能和正常使用年限，不能發(fā)揮道路建設的經(jīng)濟效益。因此，需要對路面出現(xiàn)的裂縫原因進行分析，制定切實可行的預防及修補措施，滿足正常使用功能。

1 裂縫分類和成因

水泥混凝土裂縫根據(jù)原因和形成時間，可以分為以下兩種類型：

1.1 荷載原因引起的裂縫（結(jié)構(gòu)性裂縫）

荷載裂縫（也稱結(jié)構(gòu)性裂縫）主要指路面混凝土結(jié)構(gòu)在動力或靜力荷載作用下產(chǎn)生的裂縫。由于混凝土的抗拉強度是抗壓強度的1/8～1/10，且路面結(jié)構(gòu)屬于板塊結(jié)構(gòu)，因此路面混凝結(jié)構(gòu)性裂縫絕大部分是彎折性拉裂。荷載裂縫一般出現(xiàn)在路面交通開通運行之后。結(jié)構(gòu)性裂縫通常貫穿整個板面，對路面的影響極大。

造成混凝土結(jié)構(gòu)性裂縫的原因主要有：基礎不均勻沉降、齡期不夠過早開放交通、車輛超載通行、施工控制不當、設計不合理等。

1.2 非荷載原因引起的施工期間裂縫（早期裂縫）

非荷載原因引起的施工期間裂縫主要為收縮裂縫，包括塑性收縮、干燥收縮、溫度收縮、碳化收縮。

非荷載原因引起的施工期間裂縫主要由混凝土生產(chǎn)控制、澆筑養(yǎng)護過程中不規(guī)范等引起。

1.2.1 塑性收縮

塑性收縮主要由于新拌混凝土水分蒸發(fā)而引起。塑性收縮發(fā)生最早，在干燥收縮之前。塑性收縮裂縫多呈直線形，長度可達1～2m，深度可能局限于混凝土表面較淺區(qū)域，也可能貫穿整個結(jié)構(gòu)。

1.2.2 干燥收縮

干燥收縮最為常見，主要原因是水分在混凝土開始硬化后較長時間產(chǎn)生的蒸發(fā)引起的。由于混凝土中骨料的干燥收縮較少，混凝土的干燥收縮主要是水泥石的干燥收縮造成的。

1.2.3 溫度收縮

水泥的水化反應是一個放熱的過程。水泥水化反應的放熱速度初始較緩慢，25min后增溫，在水泥終凝12h后，水化溫度可達80～90℃，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生顯著的體積膨脹，板面的溫度則是隨著空氣氣溫而變化的。當外界氣溫降低時，板面冷卻收縮。此時混凝土路面內(nèi)部膨脹，外部收縮，因而產(chǎn)生很大的拉應力。當混凝土的極限抗拉強度小于此拉應力時，板塊將出現(xiàn)裂縫或斷板。溫度收縮在大體積混凝土更加常見。

1.2.4 碳化收縮

碳化收縮主要是大氣中的CO2與水泥中的游離Ca（OH）2反應產(chǎn)生CaCO3和H20而引起的收縮。碳化作用和碳化收縮均發(fā)生在混凝土表面，影響碳化的主要因素是CO2濃度和環(huán)境濕度。

2 裂縫的預防措施

前面對裂縫做了分類，不難看出裂縫的產(chǎn)生的原因有設計方面的、施工方面的和使用維護方面的，但是最主要還在施工方面的原因。

結(jié)合以往現(xiàn)場施工的經(jīng)驗和教訓，施工過程中可以采取下列預防措施。

2.1 嚴格把控原材料，優(yōu)化配合比

正確選擇原材料，合理配置混凝土配合比，對預防混凝土路面十分有效，現(xiàn)場施工應注意以下幾個方面：

（1）原材料的含泥量過大會降低骨料界面的粘結(jié)強度，降低混凝土的的抗拉強度，對控制裂縫十分不利；因此嚴格控制混凝土原材料（粗骨料、細骨料、水泥、外摻合料、外加劑和水）的含泥量，特別是粗細骨料的含泥量。

（2）在滿足配合比設計要求的情況下，水泥盡量采用32.5/42.5級的普通硅酸鹽和礦渣水泥，以降低水化熱，謹慎選擇水化熱較高的硅酸鹽水泥。

（3）提倡加大外摻合料粉煤灰或礦渣粉量，替代水泥，降低水泥用量，降低水化熱的同時降低經(jīng)濟成本。

（4）混凝土的強度主要來自于粗骨料，同時粗骨料對混凝土的膨脹收縮起限制作用。粗骨料應采用連續(xù)級配，必要時進行篩分并遵循最緊堆積密度理論進行配比。

（5）細骨料盡量采用中粗河砂，不宜選擇山砂和海砂。

（6）外加劑最好選用同時有減水作用和提高抗折強度作用的道路混凝土外加劑，這樣可大幅度降低水泥用量和增強混凝土抗裂性。

（7）外加劑應根據(jù)外界氣溫條件合理選擇，氣溫較低時，可在混凝土中摻加早強劑，天氣炎熱時應考慮摻加一定量緩凝劑以保證施工作業(yè)和避免自收縮裂縫。

（8）混凝土用水量盡量較低，水灰比不應超過0.46，同時不宜低于0.32；盡量降低砂率（控制在28～35%）；混凝土澆筑時塌落度不宜過大，只要滿足和易性和施工可操作性要求即可。

（9）混凝土配合比應根據(jù)氣候條件分別配制，試配試驗合格后方可用于施工；混凝攪拌時原材料精確計量，攪拌充分均勻。

2.2 規(guī)范施工過程

（1）混凝土澆筑前應當對基層灑水濕潤，確保沒有明水時再進行面層混凝土澆筑，嚴禁將混凝土澆筑在干燥的基層上，否則將加大塑性收縮裂縫產(chǎn)生的幾率。

（2）混凝土運輸?shù)浆F(xiàn)場后，不得對其隨意加水，影響和易性的情況可以采用二次攪拌；嚴禁采用撒干水泥對路面進行找平的錯誤做法。

（3）夏季應降低混凝土澆筑溫度，應在夜間或溫度較低情況下澆筑。

（4）保證混凝土振搗密實，不得漏振和過振。

（5）保證混凝土模板拼接密實牢靠，防止沁水，影響混凝土的配合比。

（6）合理組織安排混凝土運輸與施工。保證作業(yè)連續(xù)，盡量減少施工縫，施工縫應設在脹縫和縮縫的位置。

（7）加強抹面，二次收光可以充分減少干縮裂縫。

（8）嚴格控制切縫時間和切縫深度。根據(jù)晝夜溫差確定切縫方式（硬切縫、軟硬切縫和軟切縫），如溫差小于10℃，最長時間不超過24h。

（9）合理設置脹縫和縮縫位置。

2.3 加強養(yǎng)護

（1）養(yǎng)護時間：混凝土終凝后應立即進行養(yǎng)護，干硬性混凝土應于澆筑完畢后立即進行養(yǎng)護，養(yǎng)護至混凝土強度不宜少于彎拉強度的80%，一般宜為14～21d，應特別注意前7d的前期養(yǎng)護。

（2）養(yǎng)護方式：一般情況下采用薄膜、土工布、麻袋和草袋等覆蓋灑水保濕養(yǎng)護；晝夜溫差大于10℃或者日平均溫度低于5℃施工的混凝土板應采用保溫養(yǎng)護措施。

（3）開放交通：混凝土達到設計彎拉強度的40%后方可讓行人通行。達到設計彎拉強度的100%且密封灌縫完成后方可開放交通。

3 裂縫的修補措施

雖然采取了上述的預防措施，但是由于各方面的原因，裂縫常常不可避免發(fā)生，因此，在滿足正常使用功能，降低維修成本的原則下，對于不同裂縫應當采取不同的修補措施。

3.1 材料選擇

修補材料根據(jù)其功能可以分為補強材料和密封材料。當水泥路面因強度不足而出現(xiàn)貫穿裂縫時，應采用補強材料，宜采用改性的環(huán)氧樹脂類或經(jīng)乳化的環(huán)氧樹脂乳液；當水泥路面因干縮、溫縮等原因出現(xiàn)表面裂縫，但路面結(jié)構(gòu)強度仍滿足要求時，應采用密封材料，宜采用橡膠瀝青、聚氨脂類灌縫材料。

3.2 修補工藝

3.2.1 非荷載原因引起的施工期間裂縫（早期裂縫）

此裂縫的處理可采用環(huán)氧樹脂修補施工工藝方法進行。

（1）裂紋寬小于0.15mm，一般不作修補，必須進行封閉時，可涂二層環(huán)氧樹脂涂料；

（2）裂紋寬0.15～0.3mm時，沿裂紋鑿一條外口寬10～20mm的溝槽，深度根據(jù)裂縫深度確定，利用清縫及清除碎屑并吹凈灰塵后，涂一層厚約0.2mm的樹脂涂料，再用樹脂砂漿修補平整；

（3）裂紋寬大于0.3mm時，沿裂紋鑿一條外口寬20mm，內(nèi)口寬約6mm，深約7mm的梯形槽，修補方法同上；

（4）混凝土路面表皮剝落或大塊混凝土脫落時，鑿除松散砂漿或混凝土，清理干凈后，涂一層厚約0.2mm環(huán)氧樹脂涂料，用樹脂砂漿修補平整。

3.2.2 荷載原因引起的裂縫（結(jié)構(gòu)性裂縫）

荷載原因引起的裂縫通常較深且較長，對混凝土的結(jié)構(gòu)強度影響較大。對嚴重影響使用功能的混凝土路面，只能將整個板塊挖除，立模重新澆筑混凝土，但其施工養(yǎng)護周期較長，對交通出行的影響較大；而對不影響路面使用功能的非貫通結(jié)構(gòu)性裂縫，可以采用化學壓力灌漿法和混凝土置換法予以修補，減少對交通出行的影響。

（1）化學壓力灌漿法

該方的法應用范圍較廣，從細微裂縫到大裂縫均可適用，處理效果好。利用壓送設備（壓力0.2～0.4MPa）將補縫漿液注入混凝土裂隙，達到閉塞的目的，該方法屬傳統(tǒng)方法，效果很好。灌漿施工的主要工序為布孔→封縫→壓氣找補→灌漿→檢查驗收。常用的灌漿材料主要有環(huán)氧樹脂、聚酯氨等。

（2）混凝土置換法

混凝土置換法是處理嚴重損壞混凝土的一種有效方法，此方法是先將損壞的混凝土剔除，采用切割機將裂縫處混凝土切割，切割應保證與橫向縮縫或施工縫平行，深度根據(jù)裂縫深度確定，通常不少于10cm，然后再置換入新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土、聚合物或改性聚合物混凝土、細石混凝土；通常在混凝土內(nèi)加入微膨脹劑，以抵消混凝土的自收縮。

4 結(jié)語

對水泥混凝土路面裂縫產(chǎn)生的原因有了深刻認識，在施工時采取可行的預防措施，嚴格執(zhí)行，可以有效減少裂縫的產(chǎn)生；一旦發(fā)現(xiàn)裂縫，及時處理，防止裂縫進一步發(fā)展，可以有效降低建造和運營成本，發(fā)揮一定的經(jīng)濟效益。

[1]《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTG D40-2011）.

[2]《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護設計規(guī)范》（JTJ 073.1-2001）.

[3]《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJF30-2003）.

[4]《混凝土結(jié)構(gòu)修復用聚合物水泥砂漿》（JG/T336-2011）.

[5]吳超興.市政施工中路面裂縫的控制方法分析.建材技術(shù)與應用，2017（03）：20～22.

[6]孫振平，蔣正武，王培銘，等.水泥混凝土路面裂縫成因及預防措施.公路交通科技，2005，22（4）：15～19.