水泥混凝土路面早期断裂原因及预防措施探析

杨 卉

（秦皇岛抚宁县交通运输局公路工程队，河北 秦皇岛 066300）

1 水泥混凝土路面早期断裂原因

1.1 水泥的化学组成及化学反应机理

1.1.1 水泥是混凝土胶凝材料的重要组成部分，而水泥的特性决定了其容易出现断裂的特性。首先，水泥是由石灰石和粘土经过煅烧的熟料磨细而成的，主要有效成分为硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3），此外还有少量的氧化钙、石膏（CaSO4·2H2O）及氧化镁等。水泥混凝土的结构和组分取决于水泥的组分和水化反应，硬化水泥混凝土主要含有水化硅酸钙（3CaO·2SiO2·3H2O），氢氧化钙（Ca（OH）2）以及由铝酸钙、铁铝酸四钙等其他物质水化反应的产物，如高硫型水化硫铝酸钙（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）、低硫型水化硫铝酸钙（3CaO·Al2O3·CaSO4·2H2O）等。混凝土的强度主要取决于水化硅酸钙，同时，氢氧化钙又是维持水化硅酸钙等一些水化产物稳定存在的重要因素之一。

1.1.2 当水泥中的游离CaO、游离MgO或石膏含量过多时,会影响水泥的安定性，引起水泥石体积不均匀变化造成开裂。另外水泥中都是0.007～0.2mm的颗粒，而颗粒愈细与水反应的表面积就越大，水化快且较完全，早期强度和后期强度都很高，但在空气中硬化收缩较大容易开裂。

1.1.3 水泥在水化反应的过程中会释放出大量热量，大体积混凝土在终凝后12h的水化热温度可达80～90℃，混凝土内部产生体积膨胀，从而造成混凝土表面开裂。

1.2 自然因素的影响

1.2.1 风速、阳光和温差的影响。风速高、阳光照射强则混凝土表面失水快，使混凝土表面形成一小薄层硬壳，它与其他部分混凝土在硬化过程中的收缩比不同，从而造成混凝土路面的早期开裂。中科院公路科研所通过室内模拟试验发现小时蒸发量大于1kg时易产生开裂，美国实验室数据为0.5kg。

1.2.2 白天温度较高加上水化时释放的热量使混凝土显著膨胀，而夜间温度降低时，路面表面温度很快散失，内部温度散失较慢。混凝土表面与内部收缩比不同，产生温度应力，当温度应力大于混凝土的抗拉力时致使混凝土被拉裂。

1.3 施工环境、地理位置的影响

1.3.1 一般情况下，水泥混凝土路面铺筑在基层上。如果水泥混凝土拌合物直接铺筑在基层上，会被基层吸收一部分水分，使下部的混凝土比上部的水胶比小，早于上部混凝土形成强度并产生收缩。再加上受到具有一定强度基层的约束不能自由收缩而产生由下至上的裂缝。

1.3.2 施工段所处的地理位置也对路面的早期断裂有着明显的影响。比如在纵坡较大的山区路段施工，由于受重力作用产生向下的力，并形成沿纵坡方向的分力，使没有形成强度的混凝土受拉破坏产生断裂。

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1.4 拌合因素的影响

不同水胶比的混凝土凝结时间不同，最终达到的强度也不同。当不同水胶比的混凝土铺筑在同一路段时，水胶比低的混凝土拌合物要比高的硬化快，且后期强度提高也较快。会在收缩时带动硬化较慢的（水胶比较高的）那部分混凝土一起收缩，从而产生断裂。

1.5 外界约束的影响

在用小型机具机型路面施工时，需要用模板对混凝土进行固定。如果模板与混凝土之间的摩擦力过大，混凝土的收缩就会因模板的约束产生断裂。另外，新旧板块之间的约束同样会使新浇筑的混凝土产生断裂。

2 预防措施

2.1 原材料要求

2.1.1 水泥

道路工程中，路面要经受高速行驶车辆轮胎的摩擦，载重车辆的强烈冲击，路面与路基因温差产生的胀缩应力及冻融等影响，要求路面混凝土抗折强度高、收缩变形小、耐磨性能好、抗冻性能好，并具有较好的弹性。应采用强度高、收缩小、耐磨性强、抗冻性好的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

2.1.2 粗骨料

混凝土中碱性氧化物水解后形成的氢氧化钠和氢氧化钾与活性氧化硅起化学反应，会形成碱—硅酸凝胶。生成的凝胶具有无限膨胀的特性，如果凝胶为水泥石所包裹，当凝胶不断吸水膨胀时会造成水泥石的开裂，就是俗称的碱集料反应。为避免水泥石的开裂，在选用粗骨料时尤其要注意去除骨料中的有害杂质。

2.1.3 细骨料

砂中常含一定量的杂质，粘附在砂的表面，会妨碍水泥与砂的粘结，降低混凝土强度，还增加混凝土的用水量，加大混凝土的收缩，将导致路面产生不规则裂缝。在选择路面混凝土用砂时，应保证颗粒级配及粗细程度合理，更要注意使用清洁不含杂质的细骨料。

2.2 水泥混凝土搅拌

水泥混凝土搅拌质量直接影响混凝土的内在质量，混凝土的质量直接影响到路面的平整度，还会对路面的断裂产生影响。主要从混凝土坍落度这一方面对混凝土质量进行控制。影响混凝土坍落度的主要因素为：

a）骨料的级配是影响混凝土坍落度的主要因素 主要是因为混凝土是水和水泥、砂等骨料进行包裹胶凝而成的，同等含水量和水灰比的情况下细料混凝土坍落度小于粗料混凝土坍落度，在混凝土搅拌生产过程中的各骨料仓中的级配应相对稳定，确保混凝土级配的配定；

b）含水量的变化也会对混凝土坍落度的造成影响 搅拌机中加水量是固定的，砂石中含水率是经常变化的，如不进行控制，则混凝土搅拌过程中的加水量将不能确定，混凝土坍落度也是不能确定，在搅拌生产过程中应先测定骨料中的含水率，水秤中扣除集料中含水量，以保证加水量相对固定；

c）水泥温度也会对混凝土坍落度的造成影响 一般水泥仓只有100～150t左右，当搅拌站用水泥量较多时，会在往水泥罐里打水泥的同时进行生产，水泥未经冷却便开始搅拌，这样生产造成搅拌后的混凝土温度较高，坍落度因水泥温度高，吸水较大而变小。

2.3 水泥混凝土摊铺

目前高等级水泥混凝土路面施工中均采用滑模式摊铺法实行篱工摊铺，水泥混凝土路面摊铺是施工中难度较大、技术要求较高的工序，仅从摊铺前准备、摊铺机的合理运用、摊铺后养护等方面常被忽视的几个方面进行分析。

2.3.1 摊铺前的准备工作

2.3.1.1 摊铺前洒水是一个重要的工序，洒水不合理时将会严重影响路面质量。如果洒水量不足基层较干，铺筑后混凝土中将有一部分水分被吸走，路面底部将产生大量细小裂纹，有些小裂纹与混凝土本身收缩应力产生的裂纹重叠后使整个混凝土路面裂纹增多。洒水量要根据基层材料、空气温度、湿度、风速等诸多因素来灵活掌握，保证摊铺混凝土前基层湿润，尽可能洒布均匀，在基层不平整之处禁止有存水现象。

2.3.1.2 当混凝土运输车运量不足时，自卸车也是常用的运输工具。自卸车的卸料将直接影响到路面质量。主要问题是卸料不均，使路面平整度和厚度都得不到保证。在实际施工中，可对基层表面与面层基准标高线隔段实测来决定混凝土的卸料量，避免卸料不均的问题。如：减少因厚度不均而产生路面开裂等。

2.3.2 混凝土摊铺机的合理使用

2.3.2.1 振捣器间隔距离的确定会对混凝土的密实度产生直接影响。振捣器的间隔一般在厂家安装高度时均加以调整、确定，在施工中操作人员往往忽视施工的中的再定位。针对不同混凝土的级配、和易性以及摊铺后的密实度等到不同要求，振捣器的间隔应做适当调整，两边的振捣器距侧模板的距离更应该常做出调整，以防止坍边。另外，液压式振捣器随着使用时间的加长，振捣能力有所下降，要根据实际情况做出调整。

2.3.2.2 摊铺机边模板的升降一般是是通过液压缸来控制的。在实际使用中，边模板不能与基层间距太大，以防止漏浆严重，由于这一要求,摊铺行走过程中随着基层变化，边模板会直接与基层接触，使边模板形成支承点，严重影响了成型模对混凝土的挤压成型，坍边严重。

2.3.2.3 从目前国内施工单位来看，大多数单位摊铺能力远远大于搅拌的生产能力。实际工作中，摊铺机的摊铺速度不宜控制得太快。混凝土摊铺速度过快则会造成铺铺停停，会使每次起动时设备磨损大大增加，每次停机时的停机跳点不可避免，会造成路面平整度很差，还会为路面不规则断裂留下隐患。

2.3.3 摊铺后的养护

混凝土路面摊铺成型后及时养护也是减少断板的主要措施。养护中尤其要注意对切缝时间的把握。为确定合格的切缝时间，可以通过在施工现场制作水泥混凝土立方体试块进行同条件养生来确定。

3 结语

通过部分工程的施工实践，笔者深刻感到，只要注意施工中的细节，并能够认真对待，减少水泥混凝土路面早期断裂并不是不可能的，会有更多高质量的水泥混凝土公路为经济和社会发展服务。

[1]孙忠义，王建华.公路工程试验工程师手册[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]邓学军.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]JTG F30—2003，公路水泥混凝土路面施工技术规范[S].