1、1水泥混凝土路面裂缝原因分析及防治措施摘要:我国道路路面建设主要采用水泥混凝土结构，但由于种种原因，裂缝成为了水泥混凝土路面建设中的常见质量通病，若没有得到及时的防治，将影响到路面行车的舒适度和安全。本文结合工程实例，就水泥混凝土路面出现裂缝的原因进行了分析，并针对原因所在提出了相应的防治措施和早期裂缝的修复方法，以提高路面的质量，可供参考。 关键词:水泥混凝土路面；裂缝；原因；防治；修补方法 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 随着国民经济的快速发展，公路、高速公路等交通行业建设速度不断加快，道路的建设也推动了城市经济的发展。国内道路路面建设主要采用水泥混凝土结构，但由于水泥混
2、凝土是一种非均匀的混合材料，其韧性比较差、抗拉强度低，在水泥混凝土路面施工中容易出现裂缝，若裂缝问题没有等到有效的防治及处理，不仅会影响到路面形成的速度，舒适和安全，严重情况下很可能造成人员事故的伤亡和财产的损失。因此，道路管理部门必须重视，并积极采取有效的防治对策和修复方法，从而确保混凝土路面的使用功能和使用寿命。 1 施工期裂缝产生原因 混凝土是一种非均质的复杂多相混合材料，其抗拉强度远低于抗压2强度。当混凝土内部拉应力超过其抗拉强度时，将有裂缝产生。混凝土发生开裂的条件是:在约束下变形产生的拉应力超过实时的抗拉强度。施工期间，水泥混凝土由于自身化学作用及温度、湿度作用，施工方法不当等将产
3、生体积变形，进而形成裂缝甚至断板。 1.1 塑性收缩产生裂缝 塑性收缩一般发生在混凝土凝结硬化之前，此时混凝土几乎没有强度或强度很小，受高温或较大风力影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其自身收缩，即产生塑性收缩裂缝。 研究表明，混凝土中 80%的水分要蒸发，约 20%的水分是水泥硬化所必需的，多余水分的蒸发便引起混凝土体积的收缩。塑性收缩裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一状态。较短的裂缝一般长 2030cm，较长的裂缝可达 23m，宽 15mm，形成初期深度较浅，但受降温收缩影响会逐渐向下延伸。 1.2 温度变化产生裂缝 混凝
4、土硬化初期，水泥水化释放出热量，由于混凝土是热的不良导体，散热较慢，使得混凝土内部温度较外部高，有时达 4060。内外形成温度梯度，产生温度变形和温度应力，内部膨胀和外部收缩相互制约，在外表混凝土中将产生很大拉应力导致混凝土出现裂缝。 水泥混凝土受温度影响会产生热胀冷缩变形。网裂路段摊铺结束后施工人员未加塑料薄膜覆盖，由于当时气温高加上水化热作用，(水泥用量在 350550kg/m3 时，每立方米混凝土将释放出 1750027500kJ 的热3量)，混凝土表面的温度高达 6070。施工当天最高气温为 30，取混凝土表面温度为 65，则温差为35。混凝土路面板温均匀下降时，由温差引起的应力按下式
5、计算: 板中:x=ErTP/(1c) 板边:x=ErTP 式中: 为混凝土的线膨胀系数，一般为 1105；P 为因温差应力作用时间长，考虑徐变影响的应力松驰系数，一般取 2/3；T 为温度差；c 为混凝土各龄期的泊松比，设为 0.15；Er 为混凝土各龄期的弹性模量，MPa。 依据上述公式，当混凝土弹性模量 Er=2.5104MPa，T=35时，板中温度应力计算如下: x=2.51041105(35)2/3/(10.15)=6.86MPa 施工结束后混凝土强度未完全形成，取抗压强度为 35MPa，抗弯拉强度一般为抗压强度的 1/81/6，即 4.385.83MPa。由上述计算可知，在混凝土表面
6、气温骤降 35时，温度应力已超过其抗弯拉能力，混凝土板块裂缝形成已不可避免。 温度变化产生的裂缝走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。 1.3 基层裂缝反射至面层形成断板 基层在施工后由于水分变化易产生不规则干缩裂缝，基层本身具有4一定刚度，温度变化时产生收缩应力。基层强度形成的初期阶段(320天)，水分蒸发产生的收缩应力达到最大值，其暴露的顶面可达到1.3MPa。若基层施工后有覆盖层，应力可减少约 85%，但仍存留0.2MPa。在温度应力的综合作用下，基层顶面产生
7、较大拉应力。 混凝土面层浇注早期抗拉强度低于 0.2MPa 时，混凝土面板底部收到基层拉应力作用产生裂缝。随着气温降低，基层拉应力增大，面层底部裂缝向上扩展直至断裂。混凝土面层切缝未与基层切缝对齐时也易产生断板。基层应力在切缝处释放，形成面层的应力集中区，当应力超过混凝土面板的抗拉强度时形成横向贯穿裂缝。某工程为预防此类断板产生，在基层上铺筑 3cm 的应力吸收层。路面病害普查时发现仍有断板，究其原因为基层施工时产生的水化热将应力吸收层软化，使其与基层牢牢粘接，失去滑动功能，基层裂缝仍可反射至面层形成断板。 1.4 施工工艺不当产生裂缝 搅拌时间不够，振捣不密实，有漏振或过振情况都将导致混凝土
8、整体强度不一致。水泥混凝土振捣不均匀，将造成混凝土的密实度不均匀，在密度小的区域内混凝土面板下部多成蜂窝和空洞状，形成了承受应力的薄弱部位或区域，从而易使混凝土面板产生裂缝以致断板。 水泥混凝土路面的连续长度在切缝前随着浇注的进展而增长，由收缩和翘曲产生的抗拉、抗折应力随板的长度增加而增大。某一局部拉或弯拉应力增大至超出极限抗拉、抗折强度时，混凝土路面板即在此出现裂缝。切缝的作用是使内应力在切缝处产生应力集中，从而使裂缝在切缝处产生。切缝不及时、切缝深度不足或切缝间距过长，导致混凝土收5缩产生的拉应力大于混凝土的容许拉应力，将在切缝附近产生开裂。 2 裂缝防治措施 2.1 基层质量控制 基层是
9、混凝土面层的底面约束层，其密实度和平整度直接影响混凝土面层的质量。基层成型养生结束后，要及时摊铺混凝土面层，以防基层暴露时间过长而产生干缩裂缝，从而导致路面反射裂缝的产生。若基层产生裂缝，需设置应力吸收层并加铺土工布或油毛毡，以防裂缝反射至面层。 2.2 避免高温时段施工 混凝土浇注的温度一般应低于 30，夏季施工时不宜超过 35，可在早晨、夜间进行。同时保持基层顶面在浇注前充分湿润，采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇注混凝土的温度。避开高温时段施工是防止裂缝和断板产生的最有效的方法。 2.3 保证施工过程质量 在混凝土浇注过程中，始终保持施工作业的连续性，一旦出现间断作业，必须
10、设置一道施工缝，并布置传力杆，以防止因不设施工缝而出现断板的现象。在施工中突然遇到雷阵雨气候的情况，应及时采取措施，对已形成强度的混凝土板应加快切缝进度，减少冷收缩裂缝的产生。 传力杆布置时，必须与路面平行，以保证其伸缩方向。若传力杆安装不当，上下翘曲，则在混凝土收缩时，传力杆对混凝土板产生压应力，引起混凝土板拉裂。且应确保传力杆插入深度位于混凝土面层厚度中心，防止插入过浅产生传力杆位置处纵向裂缝。 6在施工中水泥混凝土必须振捣均匀密实，振捣过程应严格控制振捣棒的有效作用距离，振捣时间应以拌和物表面全部液化、表面不再有气泡和泛水泥浆为限，同时不宜过振，以防产生离析。在边角处要振捣充分，不得漏振
11、。 2.4 及时切缝，采用正确切缝工艺 高温季节施工，应加强观察提前进行切缝，使混凝土内部的拉应力释放在切缝端。切缝时混凝土需具备一定的强度，一般以混凝土达到设计强度 25%30%进行切割。在施工中，常以“温度、小时”来控制，即水泥混凝土浇注后的时间与温度的乘积作为控制常数，切割时间一般控制在 200?h 左右。过早切割，粗骨料会从砂浆中跳脱，缩缝就残缺不整齐；切缝太晚，内部应力已经产生，如果产生的拉应力大于混凝土容许值，混凝土板就会开裂。以 C35 路面碎石混凝土不同温度与养护时间测得抗压强度，如表 1 所示。 表 1 C35 路面碎石混凝土抗压强度与温度和养护时间关系 同时对切缝深度应合理
12、控制。切缝深度应控制为板厚的 1/41/5，最浅不得小于 70mm，以保证裂缝准确地发生在切割处。切得太深，则不规则断裂面积过小，板间的传荷能力难以得到保证；切得太浅，混凝土截面的强度削弱得不够，难以保证断裂在切缝处产生，面层上会产生不规则裂缝。 2.5 做好混凝土的养生工作 在夏季施工时，路面浇注待终凝后要立即覆盖或喷洒养护剂，视气7温情况均匀洒水，从而保证混凝土强度正常增长，防止因缺水干缩而产生裂缝。养护时间由水泥混凝土强度而定，一般使用 425 号以上普通水泥养护时间不得少于 14 天。在施工中还要经常注意天气变化情况，如遇温度急骤变化和大风突然来临应提前养生，高温修整抹面后应早覆盖，避
13、免日照，保持表面湿度，减少表面蒸发。 3 早期裂缝的修复方法 (1)对轻度干缩裂缝或细小裂纹，通常完工后不再发展，轻者可不予处理，重者及时发现后用干水泥密封，保持缝隙饱满且不产生渗水。 (2)对于裂缝宽度大于 0.5mm 的中裂缝也可以用水泥灌浆法或化学灌浆法处理，将水泥浆用压浆泵压入裂中，把裂缝胶结起来，使其成为整体。 (3)当板块裂缝较大时，应先沿裂缝两侧一定范围划出标线，标线与中线垂直或平行，然后沿线切齐，凿去标线间混凝土，浇注心混凝土。 (4)当路面板断裂、破碎或板角断裂时，若裂缝离接缝较近，可将接缝 1.5m 范围内混凝土凿除；若断板位于板块中间位置，需将整块板全部凿除，处理好基层后
14、重新浇注混凝土。 (5)对断板的处治也可采用聚合物灌浆法封缝，或沿裂缝全深度开槽嵌入弹性或刚性粘合修补材料，进行封缝防水，使板体恢复使用功能。 4 结语 综上所述，水泥混凝土路面裂缝的原因有很多，既包括施工、使用过程中的不足，也有混凝土的内在因素及温度变化的影响等等。只要施工时只要严把材料关、工序关、工艺关，抓好基层质量控制，选择合理8施工时间，采取正确切缝工艺，加强混凝土养护工作，水泥混凝土路面的裂缝现象是可以避免的。 参考文献 1 李宝红.水泥混凝土路面裂缝的处治技术J.中国新技术新产品,2009 年第 10 期 2 吴炎辉.水泥混凝土路面裂缝分析及防治措施J.科技与企业,2012 年 10 期
