刚性混凝土路面的开裂与防治初探

【摘 要】本文论述了刚性混凝土路面裂缝产生原因用发展过程，同时提出了其防治和处理方法。

【关键词】混凝土路面；裂缝；配合比

1.概述

作为高等级路面的两大类型的水泥混凝土路面和沥青混凝土路面，各有其优点和不足，由于随着路面等级的不断提高，我国高等级公路用重交沥青资源相对匮乏而且质量差，而我国是世界上连续十年水泥生产和水泥出口大国，修筑水泥凝土路面所有原材料：水泥集料，钢材、外加剂掺和料等全部可以自给有余，因此公路建设投资力度进一步加大是我国水泥混凝土路面面临发展的最佳机遇。

水泥混凝土路面亦称刚性路面，它包括普通混凝土路面、钢筋混凝土路面、碾压混凝土路面、钢纤维混凝土路面、和连续配筋混凝土路面等。与其它类型路面相比，混凝土路面具有以下优点：强度高，稳定性好。混凝土路面具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉强度，其水稳定性和热稳定性均较好，特别是其强度能随时间的延长而逐渐提高，不存在沥青路面的那种老化现象，同时其耐磨、抗冻、耐化学腐蚀性较强，其使用年限达20～40年。随着水泥混凝土路面修建技术的提高，修建规模的增大，水泥混凝土路面存在的问题也非常突出，主要的问题是破坏速度快。其中，水泥混凝土路面的主要破坏形式为裂缝，所有水泥混凝土路面的初期破坏形式都有裂缝，然后由裂缝发展成为其它的破坏形式。

2.裂缝产生的原因及其发过程

2.1温度变化产生收缩应力与荷载应力共同作用产生裂缝

混凝土是由水泥、骨料和砂等材料构成，在各种材料界面上就存在细微裂纹，因此抗拉强度很低，通常只有其抗压强度的1/8～1/10，温度变化在混凝土裂缝产生过程中是一个不可忽略的因素。下面通过计算说明温度对裂缝产生的作用。

混凝土温度膨胀系数a=1×10-5，路面混凝土标号通常为C25，其弹性模量E为30Gpa，其抗拉强度为3Mpa，假设混凝土四周为刚性支撑，如果气温下降10°C，则温度产生的拉应力为：

此值已达到混凝土抗拉强度的极限，一般夏冬气温变化都在20°C以上，特别是在有汽车等冲击荷载作用时，温度应力与荷载应力共同作用，混凝土更容易因拉应力过大使细小裂纹扩展，发展成为裂缝。

2.2由于路基的不均匀沉降引起混凝土路面开裂

水泥混凝土路面是刚性路面，由于路基的不均匀沉降，垫层与基层之间产生一定量的间隙，如果这种间隙过大过长，容易使水泥混凝土路面成为路面中间没有支撑的板条梁，这种板条梁在周期性重荷载作用下，会因混凝土抗拉强度不足而产生可见性裂纹，并由裂纹逐渐发展为裂缝。

2.3局部裂缝发展到整个路面，最后发展整个路段

裂缝整个混凝土路面厚度方向贯穿后，混凝土路面从两端固支的板条梁变为两根悬臂梁；雨水从裂缝处开始渗入路基，从而使路基土的支撑能力降低；同时，雨水的渗入，冲洗混凝土路面与路基的交接面，混凝土路面进一步悬空，使混凝土路面形成更容易遭受破坏的结构形式，这样在周期性冲击荷载作用下，悬臂梁从根部断裂，混凝土路面局部遭到破坏。如此反复，局部破坏向整个路段发展，最后使路段破坏。

3.防治水泥混凝土路面裂缝产生的措施

从上看出：裂缝是混凝土路面遭到破坏的根本原因，防治措施就是阻止裂缝的产生，防止其由局部向整体发展。

3.1 防治工作应从混凝土混合料的选用开始，施工养护严格按规范进行

混凝土混合料选用的水泥必须是强度高、收缩性小，耐磨性强、抗冻性好。如水泥的收缩性很大，浇注混凝土的初期就容易开裂，出现早期收缩裂纹，继续发展就可能形成断板。

一般选用水泥标号不低于425号，品种为硅酸盐水泥或普通水泥。砂必须是中粗砂，泥土和杂质含量不超过3%，当含泥量超过3%时，混凝土的强度就明显降低，抗冻耐久性很差，并且断板开裂现象会很严重。

混凝土的配合比也十分重要，施工中试配的强度要大于设计强度的10%～15%，才能保证设计强度实际值。在配比中，如果水灰比过大，可以造成混合料过稀，混凝土离析，出现断板。

混凝土混合料的拌和与运输也影响混凝土的质量，混凝土混合料拌和必须均匀，拌和时间不能太短，也不能太长，时间太短拌和不均匀，时间太长会出现离析，只有拌和时间适宜，混合料才有较好的易和性，拌和必须是连续的，不能断断续续地时拌时停。混凝土拌和时，一定要依顺序、按比例放入拌和机内，要求原材料计量允许误差为：水泥±1%，粗细集料±3%，水±1%。只有这样，才能保证原配合比不变。

混凝土从搅拌机出料到浇注完毕允许最长时间必须依据施工时的气温和水泥混凝土的初凝时间来定，一般依据表1。

混凝土做面完毕后，要及时进行养生加切缝，养生要用时，在炎热的夏季，采用草袋、草帘在混凝土终凝后加以覆盖，并均匀洒水，使混凝土保持潮湿状态。当混凝土强度达到40%时即可进行切缝，防止混凝土面板无规则开裂形成断板。

3.2 对基层施工质量要严格控制，防止水泥混凝土路面因支承不均匀出现不良的受力形式

严格控制基层标高，确保混凝土路面面板厚度一致，对于标高不足的基层坚决返工，禁止采用松散材料填补标高的办法。加强基层养护工作，保持基层面的湿润状态，直至浇注水泥混凝土路面。

路基压实质量必须达到规定的压实度值和弯沉值，特别是桥涵、构造物附近（死角部位）更要加强压实工作，保证路基有足够的均匀的强度。排水要完善，充分考虑地下水对路基稳定性的影响，路基填筑中不同类型的土应分层填筑，避免土的类型突变造成沉降不均匀，影响路面板结构性能。

对于挖填交界处，半填半挖结合处，应按路面板的要求进行特殊设计，对于路基不稳定，特殊软弱地基，湿陷性黄土，采空区，陷穴滑坡等路段，应避免直接采用水泥混凝土路面，必须经过特殊处理方可进行水泥混凝土路面施工。

3.3防止水渗入路基，阻止水泥混凝土路面由局部破坏向整体破坏发展

水对路基的危害性非常大，对水的防止措施不外乎拦截，排水或增强基层的抗水侵蚀能力，提高基层的水稳定性，对混凝土路面而言，降水通过裂缝渗入路面结构之内影响路面的使用和使用寿命是路面破坏的重要原因，因此对裂缝注浆，封堵水向路基渗入路径是延长水泥混凝土路面寿命，防止板下支承不均匀变形非常重要的措施。

4.结语

防止水泥混凝土路面裂缝的产生必须从混材料入手，严格按要求配比，按规范操作，及时养护，并严格控制基层施工质量，对特殊路段要进行特殊设计处理。对已经存在裂缝的水泥混凝土路面可采用封堵水向路基渗入路径的方法来延长水泥混凝土路面使用寿命。

参考文献：

[1]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].D62-2004.

[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997 .

作者简介：

赵志恒（1990.8-），男，河北石家庄人，湖北工程学院新技术学院城市建设系土木工程专业学生。