水泥混凝土路面裂缝的分析及防治

衣英俊

(佳木斯市桦川县地方道路管理站)

1 混凝土路面板裂缝的原因

1.1 土基及基层的影响

土基是混凝土路面的基础，没有坚固、密实、均匀、稳定的路基，就没有稳固的路面，理论分析表明，通过刚性面层和基层传到土基上的压应力很小，一般不超过0.05MPa，然而如果土基的稳定性不足，在自然因素的影响下，强度降低变化大，造成土基不均匀下沉，导致对面层的不均匀支承，会使面层板在荷载的作用下底部产生过大的弯拉应力而破坏。基层是在土基之上，混凝土板之下而修筑的层次，具有承上启下的作用，它可以提高基础的综合回弹模量。水泥混凝土路面板下设基层的主要作用不仅体现为混凝土板提供均匀稳定的支承，而且还能防止冻胀的不良影响，保证路面整体强度和有较好的平整度，并延长混凝土板使用寿命，对保证路面使用品质起着重要作用。如果采用非整体性基层，累积变形大而不均匀，就会导致面层板的弯拉应力加大而破坏。

1.2 水泥品种的影响

水泥是混凝土中的主要成分，水泥品种对混凝土的裂缝影响较大，纯熟料水泥浆净收缩主要取决地C3A、SO3，石膏的含量及水泥的细度等。一般说来C3A含量大，细度明显的水泥，在水化时，产生的热量较多，收缩比较大，石膏含量不足的水泥，收缩大，混凝土的干缩随水泥中SO3含量的增加而减小，所以为了减少混凝土的干缩，应尽量选用SO3含量适中的水泥。施工中对水泥品种的选和，直接影响到工程质量及能否正常使用。

1.3 骨料品种及含量的影响

骨料的强度影响混凝土的强度，骨料是影响混凝土裂缝的主要因素之一，这里主要是指骨料的各类、含量及弹性模量。

在普通骨料范围内，砂岩骨料的混凝土收缩最大，最易产生裂缝，石灰岩和石英岩骨料混凝土的收缩比较小。混凝土中发生收缩的主要成分是水泥石，因此减少水泥石的相对含量，也就是增加骨料的相对含量，可以减少混凝土的收缩裂缝。混凝土的收缩随骨料的弹性模量增大而减小，同时又随骨料粘土含量的增加而增大。因此，尽量选用干净的、弹性模量大的骨料，这对减小混凝土的收缩裂缝是有利的。

1.4 混凝土配合比的影响

混凝土在多种因素的作用下，体积要缩小，即通常我们所说的收缩，当外界对混凝土没有约束时，可以自由收缩，不会产生应力，但工程中的混凝土都要受到各种约束，不能自由收缩，混凝土内就会产生应力，在这种应力作用下，混凝土产生裂缝，我们称这种裂缝为混凝土收缩裂缝。在原材料一定的情况下，混凝土配合比对混凝土收缩有较大影响，混凝土的干缩随用水量的增加而增加大，混凝土的收缩随水灰比、水泥用量及砂率的增大明显增大，但幅度较小。由以上分析得出:用水量少的贫混凝土、碾压混凝土、砂率低的干硬性混凝土，一般收缩程度比较小。

1.5 温度变化的影响

混凝土结构长期经受自然界气温变化和日辐射等剧烈作用，由于混凝土结构的热传导性差，其周围环境气温及日辐射等作用，将使表面温度迅速变化，但在结构内部的温度仍处于原来的状态，在混凝土结构中形成较大的温度梯度，混凝土结构的各部处于不同的温度状态。由此产生的温度变形，当被混凝土地内、外结构约束阻碍时，会产生相当大的温差应力，据有关资料记载，板梁桥的桥面板表面和下边缘之间，温差可以达27～33℃，经估算温度拉应力高达26×105Pa，如此大的应力在混凝土浇筑的前期足以使混凝土构件开裂。

1.6 周围介质的影响

混凝土周围介质对混凝土收缩的影响也很大，空气的相对温度越低，对混凝土收缩的影响也越很林，混凝土收缩随空气相对温度的增加而减小，直至相对温度为100%时表现为湿胀。同时，从大量的试验得出，混凝土的收缩值远远大于在水中的膨胀值。

混凝土表面使用各种覆盖物和涂料，可以减小混凝土中的温度梯度，从而降低收缩应力，混凝土收缩也相应减小。

1.7 养护条件的影响

混凝土浇筑初期，一般要在表面洒水覆盖，定期做这些养护工作，其目的的是防止混凝圭表面裂缝，但试验结果表明，延长初期潮湿养护时间仅能推迟干缩的开始，并非能减小短期的干缩。但养护时，混凝土的抗拉强度大于干缩的应力时，就不必再进行潮湿养护，混凝土也不会开裂，养护也就达到了目的。

低压蒸气养护及高压蒸气养护与常温相比，混凝土干缩都将减小，低压蒸气养护比常温养护的混凝土收缩减小10%～39%，高压蒸气养护比常温养护的混凝土收缩减小7280%。

2 防止混凝土路面裂缝的措施

2.1 从土基及基层做起

对土基的要求首先要保证有足够的稳定性和强度的均匀性，同时应坚固而密实。路基底面土基回弹模量值不宜小于20 MPa，压实度应满足《公路路基设计规范》要求。其次要加强排水设计，对可能危害路基稳定的地面水和地下水，采取必要的防水排水措施，使之远离路基，因水文地质和气候等自然因素影响，有的路段土基处于潮湿类型时，应在土基上设置垫层来改善土基水温状况。

路基填筑材料也是防止路面裂缝的措施之一，采用整体性好，具有较高模量的半刚性材料做基层，可以确保混凝土路面使用品质，并延长其寿命。因此，对基层的基本要求是刚度大、整体性强、稳定性好，并且具有抗冻性，以避免出现板底脱空和错台现象。特重交通和交通道路基层采用贫混凝土、水泥稳定砂砾、水硬性工业废渣稳定类或沥青合料类为宜，中等和较轻交通的公路，可采用水泥稳定土、石灰土或粒料类基层，基层厚度以20 cm左右为宜，最小不应小于15 cm。

原有路面作基层时，基层顶面上的当量回弹模量应满足规范要求，如当量回弹模量小于规范规定时，就要设置补强层，石质路基做基层时根据需要设置平整层，厚度一般为6～10 cm。

2.2 增加混凝土路面板的厚度

混凝土板是水泥混凝土路面的最生要的结构层，它具有较高的力学强度、弹性模量，具有较大的承载能力和扩散荷载的能力。因此，水泥混凝土路面结构的大部分承载力是由路面板承担，并把承受的车轮荷载分布到板下基础较大范围内，当路面板工作于弹性阶段时，面板在车轮荷载的作用下产生的变形很小，板下基层以及土基所承受的单位荷载压力和产生的变形也很小。这时板和基础都工作于弹性阶段，所以，水泥路混凝土面板结构也属于弹性层状体系范畴。水泥路土板内产生的应力。由于水泥混凝土抗拉强度比其抗压强度小得多，在车轮荷载的重复作用下，混凝土路面板的受弯拉部位最容易产生断裂裂缝而破坏。因此。弯拉应力是面板的主要设计依据，当荷载愈大，路面板越薄，板内产生的弯拉应力就越大，当板的弯拉应力大于混凝土的极限抗弯拉强度时，路面板将发生断裂破坏。理论研究还表明，在荷载的重复作用下，虽然荷载应力小于混凝土的极限抗弯拉强度，但是路面板仍会产生疲劳破坏。因此，为使路面板能够承受车轮荷载的多次重复作用而不损坏，混凝土板必须具有足够的抗弯拉疲劳强度。

2.3 减小温度收缩的措施

(1)掌握拆出模板时的气温。为加快模板的周转，提高工作效率，施工中都想尽早拆除模板，但是模板拆出的越早，混凝土抵抗温度裂缝的能力越差。拆模的时间最好选择在一天气温最高的中午，尽量减少混凝土构件表面与外界的温差，以提高混凝土的抗裂性能。

(2)降低浇筑温度。①降低骨料的温度。混凝土中粗细骨料分别占50%和25%以上。粗、细骨料的温度分别降低1℃，则可使混凝土的温度分别降低0.5℃和0.25℃，粗、细骨料可用搭棚遮阳，从底部取料降温。粗骨料预冷可用浸水法、喷洒冷水法等。但施工时要测准含水量，做出施工配合比，使混凝土中的含水量符合设计要求，保证混凝土的强度，减小混凝土结构的裂缝。②降低拌合水的温度。若能降低拌合水的温度，对混凝土降温效果是显著的，一般来说水混降低一度，混凝土可以降低2.5℃，地下水和自来水的温度比地表水温度低，应优先采用。③浇筑时间安排在低温季节或夜间。在低温季切浇筑混凝土，不仅能降低入仓温度，也可以降低水化热温长。因此，防裂要求高且宜裂的结构物最好在低温季节施工，在高温季节施工，日光直射下温度跟昨日平均气温大体相同。因此，应把重点部位安排在夜间施工会取得较理想的结果。④减小混凝土温度回升。在高温季节施工时，应根据具体司，采取行之有效的措施来减小混凝土温度回升，主要措施有缩短混凝土的运输时间，加快混凝土入仓温度，缩短混凝土的日暴晒时间，混凝土运输工具应有隔热遮阳措施，采用喷水雾的方法降低仓面四周的气温等。

(3)降低水泥水化热温升。使用低热水泥及减少水泥用量也可以降低混凝土温升。水泥水化热对混凝土的绝热温升影响很大。水泥品种不同，水化热相差很大，所以要使用低热或中热水泥，来降低水化热温升。

混凝土温升的热源是水泥的水化热。因此，降低水泥用量，就能有效地降低水泥的水化热温升，减少水泥用量的主要措施有选择粗细骨料级配良好且最大粒径尽可能大的骨料，采用5～40 mm骨料比用5～25 mm骨料节省水泥，在相同的水灰比时，可减少水泥20 kg/m3左右，采用三级配比二级配骨料更能节省水泥，另外，砂率小，其比表面小，也能节省水泥;采用粗砂比细砂可节省水泥，在满足混凝土和易性条件下尽可能降低坍落度，这样，可以减少用水量和水泥用量，掺减水剂，可以大大地心头和易性，如果保持相同的强度，水灰比不变，则水泥用量可减少10%左右。

另外，加强混凝土构件的散热、降低约束，加强表面养护也可以减小混凝土裂缝。

2.4 减小干燥收缩裂缝的措施

(1)掺用膨胀剂。普通混凝土中掺入适量膨胀剂可配制成膨胀混凝土，它在养生期能产生适度体积膨胀，在钢筋和邻位约束情况下，能对钢筋产生一定的拉应力(或称自应力)，由于自应力的导入，改变了混凝土的应力状态，使之大致抵消因混凝土干缩产生的拉应力，从而达到补偿收缩，提高混凝土抗裂防渗性能。

(2)尽量减小混凝土的单位用水量。混凝土干缩主要是混凝土中多余的水分不断蒸发所致。据有关研究表明，水泥水化热所需的水量只有水泥重要的2%左右(即水灰比的0.25)，而实际工程上应用的水灰比却大得多，有此大体积混凝土和水下钻孔桩混凝土水灰比高达0.65～0.7，为得混凝土含有较多的多余水分。因而干缩程度较大，试验表明，当单位用水是增加50%，干燥收缩变形将增加100%。显然，采用满足施工条件的最小用水量的混凝土，对减小混凝土的干燥收缩是有利的。

(3)掺用优质粉煤灰。粉煤灰对混凝土收缩有较大的影响，试验结果表明不但降低了成本，同时养护的效果好，与传统的草袋、麻袋覆盖相比，混凝土外观的颜色纯正，近年来又发明了专门的混凝土养生液，即在混凝土模板拆除后，在混凝土表面立刻涂上或喷上养生液，这种养护的方法，即简便又省事，但成本高一些。