高寒地區水泥混凝土路面開裂原因及預防措施

黃 勇 肖 寒

(中交一公局西南工程有限公司，四川 成都 610000)

水泥混凝土路面早期病害的預防對西藏地區道路建設工作具有較大的影響，又具有較大的意義。通過試驗分析等技術手段，解決病害的早期發生，既能降低養護成本，同時也能夠作為今后西藏地區施工的經驗總結，避免影響工程實體質量。同時，通過優化水泥混凝土配合比，加強控制原材料質量，完善施工方案等措施，進而達到降低水泥混凝土路面病害的早期發生。確保交工驗收前無裂縫產生，缺陷責任期內路面裂縫、斷板、接縫產生錯臺等現象不得超過受檢面積0.04%的目的。

通過“高寒地區水泥混凝土路面防開裂原因及預防措施”項目研究，理論結合實踐，建立一套完整高原環境施工水泥混凝土路面的施工技術，積累設計修正和施工的經驗，為西藏地區類似水泥混凝土路面工程提供技術參考和支持。

通過“高寒地區水泥混凝土路面防開裂原因及預防措施”項目研究，提供完整的、具有指導性意義的施工工藝，達到提高水泥混凝土路面有效使用壽命的目標，避免質保期內的路面維護。

內容一：不同水膠比對水泥混凝土路面裂縫的影響

在滿足設計彎拉強度下，通過使用不同水膠比的混凝土進行路面施工，在同一齡期進行對比觀察水泥混凝土路面產生的裂縫情況。

內容二：骨料級配對水泥混凝土路面的影響

通過改良骨料級配，研究骨料級配對水泥混凝土路面開裂的影響，目前骨料常用摻配方式為二級摻配和三級摻配，通過使用不同摻配方式的混凝土，在同樣的施工環境下進行路面施工，在同一齡期對比路面開裂情況。

內容三：地材質量對于水泥混凝土路面開裂的影響

西藏地區氣候惡劣，生態環境較脆弱，國家對環境保護極為重視，施工所用地材為線路周邊就地取材，地材選用的局限性較大，通過使用不同地材，對比分析路面開裂情況。

內容四：開放交通的時間對于水泥混凝土路面開裂的影響

西藏地區為少數民族居住區，民族團結和社會穩定是國家政策的重中之重，所以當地政府要求施工道路必須保通，以保障藏族同胞們的正常通行。在路面不同齡期的情況下開放交通，在相同交通荷載作用下，對比水泥混凝土路面的開裂情況。

內容五：橫向縮縫不同切縫時期對水泥混凝土路面裂縫的影響

通過對同一天施工的水泥混凝土路面分別按2d齡期、4d齡期進行橫向縮縫施工，來觀察路面產生的裂縫情況進行對比。

1 不同水膠比對水泥混凝土路面裂縫的影響

1.1 原材料選定

水泥：P.O42.5高爭水泥；

集料：采用5mm～10mm、10mm～16mm、16mm～31.5mm的不同粒級的粗集料；

細集料采用Ⅱ區中砂；

外加劑：HY-A1聚羧酸高性能減水劑；

水：井水。

1.2 不同水膠比對應的混凝土配合比

(1)：水膠比：0.40，水泥：412(kg)，細集料：580(kg)，粗集料：1232(kg)，水：165(kg)，外加劑：4.12(kg)；

(2)：水膠比：0.42，水泥：392(kg)，細集料：595(kg)，粗集料：1265(kg)，水：165(kg)，外加劑：3.92(kg)；

(3)：水膠比：0.44，水泥：375(kg)，細集料：607(kg)，粗集料：1291(kg)，水：165(kg)，外加劑：3.75(kg)。

1.3 試驗結果

連續3d分別采用序號(1)，(2)，(3)所對應的混凝土配合比進行混凝土路面施工，在施工現場標記出相對應的段落，分別為1#，2#，3#。在現場混凝土路面達到28d齡期后，分別對1#，2#，3#施工段落進行對比，經對比3#施工段落即水膠比0.44未發現裂縫，2#施工段落發現一條長度30cm干縮裂紋，1#施工段落內發現一條貫通縫，兩條長度分別為25cm和42cm干縮裂縫。

1.4 原因分析

采用水灰比合適的水泥混凝土配合比，可降低混凝土的水化熱，尤其西藏寒冷地區，合適的水灰比可縮小水泥混凝土內部和外部的溫差，從而減小溫度應力，可有效防止混凝土板的開裂。

2 骨料級配對水泥混凝土路面的影響

2.1 原材料選定

水泥：P.O42.5高爭水泥；

集料：采用5mm～10mm，10mm～16mm，16mm～31.5mm和5mm～16mm，16mm～31.5mm的兩種不同粒級的粗集料；

細集料采用Ⅱ區中砂；

外加劑：采用HY-A1聚羧酸高性能減水劑；

水：使用井水。

2.2 兩種碎石篩分級配

圖1 采用5mm～10mm，10mm～16mm和16mm～31.5mm三種碎石的合成級配

圖2 采用5mm～16mm，16mm～31.5mm二種碎石的合成級配

2.3 試驗結果

在使用同一配合比的情況下(水泥：392kg，砂：595kg，碎石：1265kg，水：165kg)，采用兩種單級配碎石組成的合成級配進行試驗，檢測混凝土性能。采用5mm～10mm，10mm～16mm，16mm～31.5mm組成的碎石合成級配拌制混凝土坍落度190mm，和易性良好，流動性良好，28d抗壓強度43.6MPa；而采用5mm～16mm，16mm～31.5mm組成的碎石合成級配拌制混凝土坍落度170mm，和易性一般，流動性差，28d抗壓強度40.2MPa；

由試驗得出，5mm～10mm，10mm～16mm，16mm～31.5mm組成的碎石合成級配優于5mm～16mm，16mm～31.5mm組成的碎石合成級配，配制的混凝土各項性能也更加優異，更有利于防止水泥混凝土路面早期裂縫的產生。

2.4 原因分析

級配不良時，碎石顆粒的空隙增加，總表面積增加，導致混凝土不密實，混凝土凝結后內部毛細空隙較多，導致混凝土強度和耐久性降低，在荷載和外界環境作用下混凝土極易開裂。

3 不同地材質量對水泥混凝土路面的影響

施工用碎石和砂子的母巖為線路周邊就地取材，母巖中含有一定的風化軟弱巖石，無法剔除，碎石和砂子質量不穩定。通過不同地材的使用，對比分析對水泥混凝土路面開裂的影響，進而確定碎石和砂子的質量控制指標，保證工程實體質量。

通過使用圖3，4四兩種碎石生產混凝土進行試驗對比，發現圖四碎石所拌制的混凝土坍落度偏小，流動性較差，早期強度和耐久性偏低，在西藏這種溫差較大的地區，極易受到凍害，在荷載作用下出現路面開裂。

圖3 優質碎石

圖4 就地取材生產的碎石

4 橫向縮縫的不同切縫時期對水泥混凝土路面的影響

西藏屬于高海拔地區，光照充足晝夜溫差大，并且常年大風。水泥混凝土凝結硬化過程中，水泥由于水化作用要釋放大量熱量，加上白天氣溫較高，導致混凝土溫度升高；夜晚溫度驟降，大部分水泥水化反應結束，混凝土溫度開始急速下降。在降溫過程，混凝土已經凝結硬化，降溫產生的收縮會導致混凝土開裂，并且裂縫方向比較隨機，嚴重影響路面質量和使用壽命。切縫時機的把握十分重要，合理的橫向縮縫切割時機，可有效誘導及控制路面收縮裂縫的部位和方向，避免水泥混凝土路面裂縫及斷板的發生(圖5，6)。

圖5 2d齡期切縫

分別在水泥混凝土路面施工后2d和4d進行橫向縮縫切割，經觀察，2d時對路面進行縮縫切割，未發現裂縫，4d時切割縮縫路面已出現裂縫。經試驗表明，2d進行縮縫切割可有效避免路面裂縫及斷板的發生。

5 不同交通開放時間對水泥混凝土路面的影響

西藏地區生態環境非常脆弱，一經破壞很難恢復原狀。為保護生態，在西藏地區開展道路施工，盡量避免開辟施工便道。設計及規范規定當水泥混凝土路面強度完全達到設計要求后方可開放交通，但是為了保障道路通暢需要及時開放施工道路，這為路面施工帶來極大挑戰。在保障工程質量的前提下開放交通，避免路面損壞及產生裂縫，通過試驗來確定開放交通的時間極為重要。

圖6 4d齡期切縫

分別在水泥混凝土路面7d齡期、10d齡期和14d齡期進行強度試驗，經檢測7d齡期的彎拉強度為2.3MPa，10d齡期彎拉強度為4.1MPa，14d齡期彎拉強度為4.7MPa。分別在以上三個齡期內開放交通，通過現場驗證發現14d齡期開放交通，未發現路面出現裂縫等損壞。

通過試驗和實踐，確定出了對水泥混凝土路面產生最小危害的開放交通時機，在保證工程質量的前提下保障了道路通暢，得到了當地群眾的理解和贊揚。

6 預防措施

通過“高寒地區水泥混凝土路面防開裂原因及預防措施”研究，驗證了對水泥混凝土路面造成裂縫、斷板及其他病害的因素。針對水泥混凝土路面產生裂縫的原因，在施工過程中采取以下措施：

(1)注重混凝土配合比優化工作，嚴格按照最佳水膠比進行混凝土生產。

(2)嚴格控制地材質量，優先選取優質母材進行碎石加工，保證碎石各項技術指標符合設計及規范要求。

(3)加大資金投入，對碎石及砂子生產設備安裝水洗裝置，保證原材料質量。

(4)貼合施工現場實際情況，優化施工方案，嚴格控制水泥混凝土路面橫向縮縫的切縫時間。

(5)根據高寒地區水泥混凝土路面防開裂原因的研究，制定合理的道路保通方案，在確保水凝混凝土路面質量的前提下，保證道路暢通。

(6)提高標準化施工水平，嚴格杜絕水泥混凝土路面表面出現細小的裂縫,路面板出現裂縫、斷板,接縫產生錯臺等病害的發生，節約養護成本，保障行車的安全。

7 結 語

通過“高寒地區水泥混凝土路面防開裂原因及預防措施”研究，優化了水泥混凝土配合比，完善了施工方案，總結出一套切實可行的高寒地區水泥混凝土路面施工經驗，建立了一套完整高原環境施工水泥混凝土路面的施工技術，達到了提高水泥混凝土路面有效使用壽命的目標。預期達到提高水泥混凝土路面有效使用壽命的目標，避免質保期內的路面養護。