水泥砼路面裂缝的类型成因及防治措施

水泥砼路面裂缝的类型成因及防治措施霍尚龙（巢湖路桥）［摘要］本文论述了水泥砼路面早期裂缝形成的原因和防治措施。关键词：水泥砼路面裂缝成因防治措施一、概述水泥混凝土路面是一种刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好的路面结构，是高等级、重交通公路路面的重要类型之一，在良好的养护条件下，它的使用年限比其它路面长，也比较容易养护，但一旦开始破坏，破损会迅速发展，严重影响车辆通行，给养护、修复都带来极大的困难。水泥混凝土路面中所含水分的改变、化学反应、温度变化等因素，都能引起混凝土体积变形，当体积变形过大时，混凝土由于约束而产生较大的拉应力，使混凝土产生裂缝。研究水泥混凝土路面裂缝产生的原因及防治措施，对正确指导施工和养生，防止水泥混凝土路面初期裂缝的产生，提高水泥混凝土路面的质量，有着重要的意义。二、裂缝的类型和成因（一）表面裂缝混凝土板面的表面裂缝主要是由混凝土混和料的早期过快失水干缩和碳化收缩引起的。混凝土混和料是一种多相不均匀材料，由于构成混合料的各种固体颗粒大小。密度不同，混合料会发生不均匀分层离析，使粗骨料从混合料中分出，即重颗粒下沉，水分向上泌出，形成表层泌水，使得水泥混凝土路面表层含水量增加，当混合料表面水的蒸发比泌水速度快时，水的蒸发面就会深人到混合料表面之内，水面形成凹面。由于表面凹面较凸面所受压力大，固体颗粒间产生毛细管张力，促使颗粒凝聚，当混凝土表面尚未充分硬化，不能抵抗这一张力时，混凝土表面就会发生裂缝。这种塑性裂缝发生的时间，大致与泌水消失时间相应，在混凝土浇筑后数小时，混凝土表面普遍出现细微的龟裂。混凝土的碳化收缩也会引起混凝土表面龟裂。当混凝土的水泥用量较低，水灰比较大时，空气中的CO2易渗透到混凝土内，与其中的碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水。碳化引起的收缩仅限于水泥混凝土路面的表层，只产生混凝土的表面裂缝。混凝土的碳化收缩速度比失水干缩速度慢得多，因而由碳化带来的表面裂缝对混凝土强度的危害并不大，有时碳化甚至能增加混凝土的强度。但是无论哪种表面龟裂，都会给水泥混凝土路面表面的耐磨性带来不利影响。严重的表面裂缝，会使混凝土路面较快出现裸露砂石现象，将会降低水泥混凝土路面的表面抗滑能力和行车舒适性。（二惯穿裂缝水泥混凝土路面贯穿裂缝为贯穿板全厚度的横向裂缝、纵向裂缝、交叉裂缝、板角等。1、横向裂缝垂直于行车方向的有规则裂缝称之为横向裂缝。水泥混凝土路面出现横向裂缝的原因较多，大致可以归纳为如下几个方面。门）干缩裂缝混凝土在硬化过程中，由于水分逐渐蒸发，水泥浆体就会收缩，这就是干缩。干缩总是由表及里逐步发展的，因而温度总是不均匀的，干缩变形也是不均匀的，往往是表面较大，内部较小。在水泥混凝土路面结构中，于缩由于路面板块间或路面整体的限制，混凝士的抗拉弹性应变和徐变应变与混凝土干燥过程中的自由收缩不相适应，而发生收缩应力，因而混凝土路面易产生于缩裂缝。干缩裂缝引发的路面横向裂缝，往往发生在混凝土水化硬化的早期。有资料表明，水泥混凝土20年收缩量的14％一34％发生在水泥混凝土的14d龄期内，40％一80％发生在3个月龄期内。（2）冷缩裂缝水泥混凝土具有热胀冷缩的性能。在混凝土硬化过程中，水泥水化释放大量热量，而混凝土又是热的不良导体，散热缓慢，混凝土内部的温度将增高。在水泥终凝后12小时时达到80—90”C，使混凝土内部产生较大的体积膨胀，而板面温度随着外界气温降低和洒水养护而冷却收缩，致使混凝土内部膨胀，外部收缩，产生很大的拉应力。当外部混凝土所受拉应力一旦超过混凝土当时的极限抗拉强度时，板块就会产生裂缝或横向裂缝n这种裂缝大多是贯通路面的。（3）切缝不及时为防止混凝土路面的于缩裂缝和冷缩裂缝，一般是将路面切缝分块。我国水泥混凝土路面设计规范规定，路面板长不大于6m，板定不大于sin。但由于施工中切缝时间难以控制得当，造成混凝土路面出现横向裂缝。从混凝土收缩因素考虑，最好是混凝土中水泥水化初始阶段就切缝，但事实上很难控制、因抗压强度较低，根本无法切缝。对于尚未切缝或刚切缝的较长混凝土板，当板温均匀下降时，温度应力将超过混凝土的抗拉强度，这时板块就要发生横向裂缝。对于已切缝的混凝土板，除第一天的应力有可能大于该龄期的抗折强度外，其余温度应力均小于相应龄期的强度。所以，切缝不及时，就会导致水泥混凝土路面横向裂缝的产生。2、纵向裂缝顺路方向出现的裂缝为纵向裂缝。纵向裂缝的产生与路基的支承条件有很大关系。由于填料上质不均匀、湿度不均匀、膨胀性上、冻胀、压实不足等多种原因，很可能导致路基支承不均匀，在混凝土浇筑之前未严格检查基底弹性模量E；是否符合规范要求而盲目施工，在路基稍有沉陷的情况下，在板块自重和行车压力作用下而产生纵向裂缝。开始缝很细，一般小于005mm，但随着雨水浸人和浸泡，基层促其表面软化而产生卿泥、淘空，使裂缝加大。拓宽路基时，由于路基处理不好，新路基出现沉降，混凝土板下沿纵向出现脱空。在车轮荷载作用下，使混凝土板也发生纵向裂缝。3、交叉裂缝两条或两条以上相二交错的裂缝称为交叉裂缝。产生交叉裂缝的主要原因有：一是水泥混凝土强度不足，在轮载和温度作用下会产生交叉裂缝；二是路基和基层的强度与水稳性差，一旦受到水浸，将会发生不均匀沉陷，在轮载作用下，出现交叉裂缝；三是水泥的水化反应和碱骨料反应。水泥水化反应在混凝土发生升温和降温过程中产生体积的膨胀变形。在内部骨料及外部边界约束下，使混凝土的自由膨胀变形受阻，而产生拉压应力。在水泥的生产过程中，有时会出现一些过烧的CaO和MgO，它们的水化速度较慢，往往在水泥硬化后再水化，引起水泥浆体积膨胀、开裂，甚至溃散，容易出现安定性不良的状况，如果使用了这种水泥，浇筑的混凝土路面也会产生大面积龟裂。4、板角断裂板角是混凝土路面板的薄弱部位。由于侧模的模壁效应，施工时插人式振捣器很难使混凝士完全密实，板角密度实度不够，强度相对较小。在受力上板角也较为不利，相邻板角之间无传力杆、传荷能力差，在轮载作用下，荷载应力较集中，除在混凝土路面的起点设有角隅及边缘钢筋外，其它部位均未设加强筋，而且一旦面板接缝进水，板下就会出现卿泥、脱空现象。板角更是处于不利于状况，车轮荷载在板角上时，就很容易出现板角断裂。三、提高水泥混凝土路面初期抗裂性的措施（一）严格施工管理1、基层施工施工管理应从基层施工抓起。基层施工中，一定要按照设计要求，保证基层的密实性和平整度，使其具有足够的强度。基层成型养生结束后，应及时浇筑路面混凝土，以防基层暴露时间过长而产生于缩裂缝。如果基层发生裂缝，在浇筑混凝土前必须处理。否则基层裂缝将会反射到混凝土路面上。2、混凝土原材料及配合比调整用于路面混凝土施工的原材料应认真挑选。因水泥安定性不合格易造成混凝上表面干裂、疏松事故，施工单位必须按规范要求，对每批水泥尽可能进行强度、安定性试验。骨料的含泥量大，易造成混凝土内界面缺陷，因此，应选择干净、含泥量较小的砂、石骨料。如骨料含泥量大，一定要进行冲洗。混凝土在硬化过程中易产生干缩，为了减少于缩，应尽量减小混凝土的水灰比，相对减少水泥浆用量，改善砂、石材料级配，加大粗骨料粒径，混凝上形成骨架后采用振捣器捣实，加强早期养护等措施，以使混凝土硬化初期的干缩量大大减小。3、工序衔接混凝土路面施工时，应注意施工程序的衔接。为防人为制造缺陷，造成混凝土路面干裂，混凝土混和料在运输过程中，应根据要求选择运料机具，掌握运输速度，尽可能的不使混合料产生大的分层离析。混凝土振捣成形时，要认真处理好边角部位，振动器的功率应选择恰当，既要振捣密实，又要保证不产生大的离析。（二）切缝和预压缝切缝时间要特别注意掌握好，切得过早，由于混凝土强度不足，缝口会出现不规则毛边。切得过迟，则混凝土由于温度下降和水分减少而产生收缩，导致收缩应力大于其抗压强度而出现早期裂缝。切缝时间的确定是以混凝土强度为依据的，一般以混凝土抗压强度达5一10MPa为适宜切缝时间。我们在实际施工和调查研究的基础上，总结出各个平均气温的经验切缝时间对于下表中，仅供参考：经验切缝时间┌──┬───────┬────────┐│序号│昼夜平均气温│普通混凝土（h）│││（”C）││├──┼───────┼────────┤│1│5│40——45│├──┼───────┼────────┤│2│10│25－30│├──┼───────┼────────┤│3│15│18－22│├──┼───────┼────────┤│4│20│12－15│├──┼───────┼────────┤│o│25│8——11│├──┼───────┼────────┤│6│30以上│5－7│└──┴───────┴────────┘另外，在实际混凝土路面施工中，我们发现每隔20—30m预先人为地切一条深scm的预切缝，即使切缝不及时，板面发生断裂，也基本在预切缝的位置，对预防断裂有效好的效果。（三）加强混凝土养生混凝土路面一般的养护方法是用草袋遮盖、洒水养护和喷洒养护剂养护。洒水养护时，应注意草袋不能漏盖，每天酒水2一3次，使草袋保持足够的湿度。夏天施工时，应选择在夜晚浇水，中午气温太高，晒热的混凝土路面浇上凉水，会迅速产生温度应力集中，导致混凝土板面开裂。采用养护剂时，喷洒要均匀，量要足，不能漏喷。喷洒中途遇天气变化，大雨冲淡或冲刷，应及时补喷。由于水泥混凝土20年收缩量的14％一34％，发生在混凝土的14d龄期内，所以，混凝土的养生时间要控制在其抗弯拉强度达到3、SMPa以L时进行养生。通常使用普通硅酸盐水泥时约为14d，使用早强水泥时约为7d，使用中热硅酸盐水泥时约为21d。四、结论综上所述，水泥混凝土路面裂缝的产生，有其特殊的成因。在工程实践中，只要采取正确的措施，是能够防止混凝土路面初期裂缝发生的。参考文献：1（水泥股路面研究｝）．交通部水泥混凝土路面推广组编人民交通出版社1995年。2．《公路养护技术规范）JTJ073一96交通部颁、人民交通出版社1997年。3道路建筑材料》（第M版）严家收编人民交通出版社1986年。4们昆凝土学》南京工学院等合流中国建筑工业出版社1981年。