高原地區水泥混凝土路面斷裂控制施工技術

王 皓

中鐵一局集團有限公司

1 引言

在西藏高原地區目前修建通鄉通村道路的時候選擇最多的是水泥混凝土路面，因為這種道路有較好的耐久性能、穩定性能，較高的強度以及較少的養護費用。但是這種道路也有一些缺點，會因為環境變化、負重超載出現裂縫。高原地區修建水泥混凝土道路，其出現裂縫的概率遠大于平原地區，當路面出現裂縫以后，路面的抗震動、抗沖擊以及整體性都受到了破壞，混凝土板和基層間會出現一定程度的位移，對基層結構造成破壞。當基層結構被破壞后，路面上出現的斷裂會增大，這樣就形成了一個惡性循環，水泥混凝土道路就不能被正常使用了，維修道路的難度增大了，費用也提高了。所以，高原地區水泥混凝土道路出現裂縫的原因是急需研究的，還要采取相應的解決措施。

2 工程情況

高原地區地形崎嶇、日照強烈、氣候干燥、多風，在如此艱難的氣候環境中修建水泥混凝土路面，面臨諸多問題，原材供應、混凝土運輸、施工養護等都是影響水泥混凝土路面質量的原因，所以水泥混凝土道路施工的每一個環節都要嚴格把控，力求工程質量。本工程為西藏自治區日喀則市桑珠孜區農村公路，施工地點海拔3800-4200m之間，工程包含了25條新（改）建公路，標段全長130公里，其中混凝土路面共計34.6萬㎡。日喀則的氣候特征是：（1）空氣稀薄，氣壓低，氧氣少；（2）太陽輻射強，日照時間長，早晚溫差大；（3）干季和雨季分明。

3 探究高原地區水泥混凝土路面斷裂的緣由

3.1 水泥混凝土路面裂縫的分類

沉降裂縫：混凝土澆筑以后，水泥與骨料在下沉過程中，受到預埋鋼筋的局部阻礙、模板推移和基準面的不均勻沉降，使該位置處的混凝土產生剪應力和拉應力，混凝土抗裂能力有限，從而出現裂縫。

干縮裂縫：澆筑完水泥混凝土以后，會有一個硬化的過程，但是固體的體積會比液體的小，在生成水泥固體的時候，還會出現游離水的蒸發，致使混凝土的體積收縮的更小，進而出現拉應力，在拉應力的作用下，水泥混凝土路面就會出現裂縫。

溫度裂縫：水泥在水化的過程中，會出現發熱現象。所以，水泥在硬化的過程中，就會有大量的熱量釋放出來，這種情況下，會同時出現外部收縮和內部膨脹，由此會產生較大的拉應力，在拉應力的作用下，水泥混凝土路面就會出現裂縫。

3.2 水泥混凝土路面產生裂縫的原因

深度剖析高原地區水泥混凝土路面產生斷裂的具體原因，主要分為原材料不合格因素、混凝土配合比因素、基準面因素、溫度引起裂縫、濕度變化引起的塑性收縮裂縫、混凝土路面施工工藝因素六種。

3.2.1 原材料不合格因素

為了確保水泥混凝土道路的質量，選擇合格的材料是首要任務。若是選擇安定性、品質均比較差的水泥，就會出現混凝土裂縫。煅燒水泥熟料的時候一定要確保充分，否則會有游離氧化鈣產生，這樣就會降低水化速度，從而會使水泥在硬化過程中發生再水化，出現體積變化不均勻的現象，最終導致路面出現斷板、龜裂。在水泥混凝土道路中，骨料是比較重要的一部分，它的好壞直接影響水泥混凝土道路的質量。選擇骨料時，要用粒徑較大的，這樣就能減少混凝土的用水量和水泥的使用量，水化熱會降低，收縮程度會減小。骨料中有一定含量的二氧化硅，它會與水泥中存在的堿性氧化物發生化學反應，產生堿—硅酸凝膠，這是一種吸水后會發生膨脹的膠體，會讓混凝土開裂，破壞混凝土表面，工程中將這一現象叫作堿—骨料反應。若是骨料的含泥量比較大，會使水泥漿的收縮性增大，裂縫也會增多。

3.2.2 混合料配比因素

混凝土配合比也是重要因素，施工中要嚴格按照設計配合比進行。骨料的雜質和級配需要經常檢查，一旦發現骨料的級配不符合原試驗級配時，要及時調整施工配合比。與此同時，還要對含泥量進行檢查，保證不超標。在整個施工過程中，控制好水灰比是最關鍵的，若是水灰比控制不嚴格，在攤鋪的過程中工人沒有將其攤鋪均勻，就會出現不同水灰比的片塊，在兩種不同配比的交界處，就會因不同的膨脹率或收縮率，出現斷板和裂縫。若是水灰比較大，在凝固過程中，收縮率也會較大，進而會出現裂縫，嚴重時還會在道路表面形成斷板，所以，施工過程中要認真嚴謹的完成混合料的配比，尤其是水灰比，這直接影響水泥混凝土道路的質量。

3.2.3 基準面因素

路面的厚度會受到基層標高的影響，若標高失控，會造成路面厚度不一致，薄厚交接處以及較薄路面都會變成薄弱斷面，混凝土開始收縮時，這些路面會因為拉應力出現裂縫。不平整的基層與混凝土界面的摩阻力會增大，也容易開裂。當基層標高出現失控或者不平整時，使用松散的材料整平處理后，會導致砂漿或混凝土的水分滲透，使下部混凝土變松，強度降低。基層若是比較干燥，就會吸收底部的水分，造成底部缺水，降低其強度，出現裂縫。

3.2.4 溫度引起裂縫

混凝土的硬化過程中，水泥會發生水化反應放出大量的熱量，內部的溫度就會升高發生膨脹，外部會進行收縮，產生拉應力。之后會有一個降溫環節，此時也會產生一個拉應力，當混凝土的抗裂能力小于拉應力時，會有裂縫產生。高原地區的氣溫變化跨度明顯，早晚溫差大，白天高原地區的溫度較高，使混凝土的板體溫度遠高于路面溫度，板體中間部位在高溫作用下會發生膨脹變形；到了晚上溫度驟然下降，混凝土的板體溫度同樣低于路面溫度，板體兩邊部位會發生翹曲現象，如此反復，混凝土會被多次拉裂。

3.2.5 濕度變化引起的塑性收縮裂縫

塑性收縮指的是混凝土在塑性階段會因為表面缺失水分而進行的收縮。新拌的混凝土其顆粒間是有充足水分的，若對其養護不到位，就會使其內部的水向表面遷移，從而對毛細管產生負壓，收縮漿體。造成混凝土塑性收縮開裂的因素較多，例如混凝土的溫度、凝固時間、細摻料、水灰比、相對濕度、環境溫度等。

3.2.6 混凝土路面施工工藝因素

施工過程中，若是對混凝土攪拌的不充分或者過于充分，就會導致混凝土出現強度不足或者不均，造成混凝土開裂、斷板。混凝土的運輸方式及時間控制不嚴格，會導致混凝土出現離析或者初凝等情況，最終出現混凝土開裂。振搗過程，要把握好時間，不能過久，否則會出現分層，強度不均勻，會增加表面的收縮裂縫。若是澆筑混凝土的時候，施工現場出現了氣候突變、機械故障、停電、停料等情況，再次澆筑時需要嚴格按照施工縫處理，這樣才能避免新舊混凝土間出現結合不良、收縮不同形成的不規則接縫。若是施工人員對切縫時間把握的不到位或機器出現了故障，就會使混凝土的內應力集中在一起，在混凝土最薄弱的區域產生貫穿裂縫。水泥混凝土道路在后期的養護過程中，若是使用的方法不當或者趕上較差天氣時，就會加快混凝土表面的水分蒸發速度，進而出現干縮裂縫。傳力桿的不當安裝也會使路面出現裂縫。還有一種常見的原因就是一些道路在養護期就允許車輛通行，極大程度的傷害了道路，出現裂縫。

4 高原地區水泥混凝土路面斷裂的控制措施

4.1 原材料的質量

施工過程中，必須要考慮到早期裂縫問題，在選擇建筑材料時要更加嚴謹。通常情況下，使用的水泥必須有出廠質量檢驗報告，還要抽檢每一批水泥，若是在抽檢過程中發現水泥出現品種不符、安定性不達標等一些質量問題時，要停止使用。對于混凝土的耐久性和強度影響最大的是泥土的含量，所以細骨料、粗骨料中的含土量必須控制在規定的范圍內，若是條件允許，可對砂石料進行水洗處理。選擇混凝土骨料的時候優先考慮彈性模量較高的石料，在相同的外界條件下，使用低彈性模量骨料拌制的混凝土干縮程度會遠大于高彈性模量骨料拌制的混凝土。實際施工過程中，經常使用的高彈性模量是石英石和石灰石。

4.2 控制混合料的含水量

水泥混凝土道路施工使用的大多是干硬性混凝土。這種混合料中所含的粗集料相對較多，而水和水泥的含量相對較少，這種特性對于減少早期裂縫是有很大的好處的；在混凝土的拌和前要有專人對粗細骨料的含水率進行檢測，并根據檢測結果及時調整施工配合比，在拌和過程中一定要嚴格按照配合比進行操作，嚴格按照設計配合比摻加外加劑，而且要嚴格控制混凝土的運輸設備及時間，堅決杜絕在運輸過程或者是施工現場隨意注水。

4.3 基層施工要求

水泥混凝土面板的質量和基層施工的質量有著緊密的聯系，施工過程中路面基層必須符合相關的剛度、強度、平整度以及水穩性的要求。水穩性能符合要求時，就能有效避免出現唧泥，底板脫空現象；平整度符合要求時，就能均勻分散應力，不會使應力集中在一個區域內，進而造成斷板。澆筑混凝土面板前要根據現場情況對基層表面采取灑水措施，做到表面潮濕而無積水現象發生。

4.4 混凝土混合料的振搗

需要使用大功率的平板振動器或者排式振搗器組充分振搗混凝土，然后完成澆筑。振搗混凝土時，首先要觀察水泥漿，當其提出時說明振搗充分，還要注意振搗的均勻性，一般振搗不充分、不均勻的部位，是最早出現裂縫的。

4.5 混凝土的養生

完成混凝土的澆注工作后，就要對其進行養生，好的養生工作能夠有效避免早期裂縫。對混凝土進行養生，其實就是為了創造一個良好的溫濕條件，進而起到以下兩個作用，首先是避免混凝土受到濕度、溫度的不利影響，杜絕干縮、冷縮現象的發生。其次是確保水泥水化過程的順利進行，提高水泥的抗裂能力和強度。水泥混凝土道路中，不同深度的表面裂縫是最常見的，其主要形成原因是溫度梯度。因此，對混凝土進行保溫可以有效減少裂縫的產生。混凝土剛澆筑完，其內部的所含的水分是非常充足的，但是由于蒸發等一些原因會消耗水分，造成水分缺失，從而影響水泥的水化，表面的混凝土會被直接影響。所以，當完成混凝土的澆注后，最初的幾天是養生的關鍵時期。高原地區，由于受高原氣候影響，在路面混凝土施工過程中選擇合適的澆筑時間段，抹平收面后及時采用塑料薄膜進行覆蓋養護，待到晚間時段再利用棉毯覆蓋，加強保濕保溫養生措施。

4.6 混凝土板的切縫

防止水泥混凝土路面出現早期裂縫的另一有效措施是及時切縫。切縫的時間需要根據環境的變化而變化，并不是一成不變的。最好的切縫時間應該根據水泥品種的試驗結果以及現場的氣溫確定，通常情況下，為了確保切縫及時，會同時使用多臺切縫機，切縫深度是混凝土板厚度的三分之一。在高原地區我們采用的是如圖1所示的軟切縫，采用此工藝可提前切縫時間，大大減少了斷板現象的發生。

圖1 軟切縫圖

注：

橫向縮縫構造圖（尺寸單位：mm）；

a）假縫形式；b)設傳力桿假縫形式；

橫向縮縫優先采用軟切縫，深度不足部分應用硬切縫補足。

5 結束語

本文結合西藏日喀則高原地區水泥混凝土路面施工研究了水泥混凝土路面產生裂縫的原因，并提出了相關的解決措施。水泥混凝土道路是我國最常見的，也是使用最廣泛的，尤其是目前在西藏等高原地區通鄉通村道路施工中，提高這種道路的性能對于高原地區是非常有利的。實際施工過程中，不免會受到溫度、濕度等一些不可控的環境影響，但是只要施工人員時刻秉著認真嚴謹的態度，規范操作就能有效降低早期裂縫的出現。施工過程中，既要保證水泥混凝土道路的修建質量，又要做好后期的養生工作，只要這樣才能減少裂縫的產生，有效延長道路的使用壽命。