水泥混凝土路面裂缝成因和防治

混凝土魏国森　李新 2009-01-20

　　[摘要]：文章分析了水泥混凝土路面裂缝的成因，提出了相应的防治措施，供大家参考。

　　[关键词]：混凝土路；温度应力；水化热
　　
　　1. 前言
　　
　　水泥混凝土路面具有使用寿命长、维修养护费用少、抗磨耗、能力强、能见度好、能源消耗少等优点。因此，它在城市道路上被广泛采用。但混凝土是一种非匀质脆性材料，由骨料、水泥、水以及存留在其中的部分气体组成，在具有一定的温度和湿度情况下，混凝土硬化并产生体积变形，由于组成混凝土的材料其变形不一致，互相约束产生初始应力，造成在骨料与水泥石粘结面之间或水泥石本身之间产生微细裂缝，这些裂缝既不规则，也不连贯，在外界因素影响下．还可能发展成宏观裂缝。
　　
　　2. 水泥混凝土路面裂缝成因分析
　　
　　2.1 温度应力

　　混凝土在硬化期间水泥放出大量水化热，使混凝土内部温度升高，水泥水化热在1～3天内可放出热量的50％，由于混凝土内部和表面的散热条件不同，形成内外温差，造成温度变形和温度应力。温度应力和内外温差成正比，温差越大，温度应力也越大。砼的早期抗拉强度较低，当这种温度应力超过混凝土抗拉强度时，产生裂缝。

　　2.2 干缩变形

　　干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。

　　2.3 路基基础的影响

　　混凝土面板下的基层应平整、坚实、抗变形能力强、整体性好。如果路基压实时局部未达到质量标准，或填筑路基的材料不符合标准，或在路基尚未完成自然沉降便急于开始水泥混凝土路面的施工，使路基产生不均匀沉降，导致混凝土板产生裂缝，严重的会产生断板。另外，如果地下水位过高，地质条件差，路基含水过高，会使路基强度降低，承载力下降，水泥混凝土路面产生较大的变形荷载而导致裂缝。

　　2.4 道路基层的影响

　　如果基层甲整度差，导致混凝土面层厚度不均匀，在行车荷载及温度翘曲应力作用下，使路面应力集中。当应力超过极限强度时，就会在厚度薄弱处产生裂缝。

　　2.5 材料的影响

　　水泥质量的稳定性是十分重要的因素。水泥的安定性差，凝结硬化时的收缩量大，使混凝土板面产生许多微小裂纹，在外部荷载及自然凶素作用下扩展为裂缝。不同标号及品种的水泥混杂使用，硬化时间及收缩量不一样，同样会形成裂缝。

　　砂石材料中若有过量的泥土和石粉，会削弱水泥的胶结力，延缓水泥硬化，降低混凝十的强度，在使用时容易产生裂缝。

　　2.6 配合比的影响

　　水反比偏火使混合料中被水占有的空间较大，但只有其中一少部分参与水化反应，剩余水分逐渐蒸发，在混凝土中形成孔隙，并使混凝土干缩。用水量越大孔隙率越大，T缩率也越大，明显地降低混凝土的强度。

　　水泥用量不合理使混凝收缩量增大。由于水泥本身固有的收缩特性，使混凝土中水泥用量越大，收缩量也越大，在施工时便容易产生裂缝。

　　砂石料的级配不合理使抗折强度降低，因为不同级配的混合料其抗折和抗压强度有较大的差异。

　　砂偏细会引起水泥用量过大。砂在同样重量的前提下，粒径越小，砂粒总表面积越大，这就需要较多的水泥来包裹砂粒表面，从而增高水泥用量，引起水泥混凝土收缩量增大。

　　2.7 施工因素的影响

　　(1) 由于操作人员不严格按配合比要求进行控制，或搅拌时间不够使混凝土搅拌不均匀，每罐混凝土配合比不均匀，使混凝土中强度发展和收缩量不均匀，在混凝土内部形成有害应力，在外力作用下会在应力较大处开裂。

　　(2) 浇筑混凝土的影响。浇筑混凝土时，由于振捣不均匀，局部振捣不密实，容易使混凝土中出现气孔、蜂窝，在行车荷载及自然因素作用下产生应力集中而导致裂缝。

　　(3) 切缝的影响。混凝土随着时间的推移，其强度和收缩量都在增大，内部拉应力也相应增大。在混凝土浇注成型后未能及时切缝形成人造缩缝，以致板体收缩产生的拉应力超过了混凝土某一局部的初期极限抗拉强度，引起该处产生横向裂缝并造成应力集中，致使裂缝迅速扩展，使板体在较短时间里出现贯通全幅的裂缝。

　　(4) 传力杆安装的影响。传力杆的安装必须遵照规范要求，按设计进行，使传力杆与道路中心线及路面平行。如果传力杆安装偏斜，则在传力过程中会将混凝土顶破，从而形成裂缝。

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　　(5) 混凝土的养护对其早期强度增长和防止收缩裂缝极为重要。混凝土浇筑成型后，逐渐开始凝结硬化。当空气中相对湿度较小时，混凝土中水分就会不断地被蒸发掉，造成混凝土由表到里逐渐失水，如果养护不及时，就会造成顶面失水快，收缩迅速；底面失水慢，收缩缓慢。翘曲后则可能使混凝土面板产生裂缝。混凝土养护不连续，养生期未到就停止养生，使混凝土强度不能正常发展，也是引起断板和裂缝的原因。

　　(6) 施工机械设备的影响。由于机械设备故障使混凝土的浇筑工作无法连续进行，会在路面混凝土中形成人为施工缝，此新旧混凝土接茬处是容易产生裂缝的位置。

　　2.8 过早开放交通

　　在混凝土尚未达到设计强度就提前开放交通，此时混凝土承受不了外界荷载的作用力，当这一作用力超过了荷载的临界状态时，断板或裂缝就产生了。
　　
　　3. 水泥混凝土路面裂缝的预防措施
　　
　　3.1 提高混凝土本身的性能

　　水泥混凝土路面产生裂缝的根本原因在于混凝土的极限拉伸应变值太小，不足以抵抗干缩变形和温度变形。为了提高混凝土的极限拉伸应变值或抗拉强度值，改善路面的抗拉能力．可采取以下措施：

　　(1) 混凝土的极限拉伸值随着抗压强度的提高而有所提高，因此提高混凝土的抗压强度可提高其抗裂性能。目前水泥混凝土路面多采用m2C30、C35较高标号的混凝土。

　　(2) 采用碎石配制混凝土。因为采用碎石配制的混凝土的极限拉伸值比用一般卵石配制的混凝土提高30％左右。

　　(3) 控制混凝土骨料的最大粒径。采用最大粒径较小的骨料配制混凝土时，可以提高混凝土的极限拉伸值。因此《规范》中限制骨料最大粒径在一般公路中不超过40mm．在高等级公路中不超过35mm，甚至限制在25mm 以下。

　　3.2 提高基层施工质量

　　水泥混凝土路面基层应具有较高的强度、较高密实度和较好的水稳性。因此，在路基施工中，应严格按施工操作规程进行，做到分层填筑、分层碾压、分层测试。每层的压实厚度、压实度、平整度及路拱都要满足设计要求和规范要求。

　　3.3 提高混凝土施工质量

　　(1) 为了防止混凝土路面产生表层裂缝，一是在配制混凝土时严格控制水灰比和水泥用量，选择合适的集料级配和砂率；二要在混凝土路面浇注后及时用潮湿材料覆盖，防止强风和烈日暴晒。尤其在炎热季节施工时，应浇完一段，养护一段。

　　(2) 及时切缝很重要。实践证明，适当的切缝时间对保证混凝土的整体质量有很大关系．切缝迟了，由于大面积混凝土约束会出现裂缝，扩展后形成断板。一般混凝土的切缝间是在拆模后12h左右(可以根据气温的高低适当调整切缝时间1。

　　(3) 加适当的外加剂。一般来说，加减水剂可以减少混凝土的用水量，改善混凝土的和易性，降低水分蒸发速度，减少混凝土的收缩值。

　　(4) 模板需涂脱模剂，使混凝土与模板之间形成一层薄膜，减少混凝土与模板问的粘结作用。这样不易产生裂缝，也便于拆模。另外，在浇注混凝土路面时．要将基层和模板浇水湿透．避免吸收混凝土中的水分。
　　
　　4. 结束语
　　
　　形成混凝土路面裂缝的原因有很多，包括设计、施工、使用过程中的不足，混凝土的内在因素及温度变化、湿度变化、地基不均匀沉陷的影响等等。施工时只要严把材料关、工序关、工艺关，抓好基层强度、混凝土的配合比设计、切缝的时间和深度以及养护等各个环节，并结合当地的施工环境和条件，综合考虑，采取有效的防治措施，混凝土路面的裂缝现象是可以避免的。
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