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浅谈水泥混凝土路面早期裂缝
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【摘 要】本文分析了水泥混凝土路面裂缝产生的原因及防治的方法。
【关键词】水泥混凝土路面 裂缝
一、引言
水泥混凝土路面则由于强度高、稳定性好、耐久性优良、日常养护工作量少、施工机械简单、抗水害能力强、水泥来源广以及便于夜间行车等原因，在全国范围内得到迅速发展。特别在我省的村村通工程中，水泥混凝土路面占有很大的比例。然而，由于混凝土路面设计强度低、施工质量差和维修不及时等方面的原因，混凝土路面损坏现象随处可见，而且日益严重。特别是在使用一段时间后会出现各种不同程度的损坏，笔者在公路养护部门经过多年观察，在水泥混凝土路面的病害中，其中裂缝破损最为普遍，也是近年来最为关注的水泥混凝土路面病害之一。
二、研究水泥混凝土路面裂缝的意义
由于水泥混凝土材料的固有特性，其路面在修筑完工但未开放交通前，不可避免地会产生早期微裂缝；开放交通后，路面承受车辆荷载的往复作用，加上环境因素的影响，裂缝将随时间扩展贯穿；继续承受车辆及环境的压力，在裂缝处发生应力集中，混凝土发生沿缝碎落、在裂缝处断裂、混凝土板产生滑移现象，破坏了混凝土的整体性；当破损发展到一定程度，裂缝处开始翻浆唧泥，板面出现交叉裂缝，并且导致其它板裂缝，最终使混凝土板丧失应有的承载力，整个板发生破坏。综上所述,了解混凝土路面板中的裂缝扩展过程,从力学角度揭示混凝土路面板裂缝产生机理，从路面结构、混凝土组成材料及配比设计、施工及养护等方面研究混凝土路面裂缝产生的原因及影响因素，对混凝土路面的设计、施工、养护、运营等具有重要的现实意义。
传统的强度理论渊源于伽利略的材料强度学说，即在一构件受载时最大特征应力达到材料抗力时便发生破坏，它通常假定材料是个均匀的连续体，避开客观存在的裂纹和缺陷，考虑一定的安全系数，只要工作应力不超过许用应力，就认为结构安全。断裂力学是近40多年来发展起来的一门学科，研究带裂纹体的强度以及裂纹扩展规律，研究裂纹尖端附近应力应变情况，掌握裂纹在荷载作用下的扩展规律。本文从断裂力学角度分析混凝土板的裂缝扩展过程，及对带裂缝的混凝土路面板疲劳寿命进行估计。
三、早期裂缝的种类及产生原因
（一）塑裂
产生于 混凝土塑性状态，其缝短而细、细而浅。产生这种裂缝的主要原因是：混凝土在硬化初期内部温度高于表面温度，混凝土又是热的不良导体，在内外膨胀不均匀的情况下，在混凝土表面必将产生很大的应力，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，就将产生裂缝，俗称“芝麻缝”。这种裂缝一般在混凝土硬结后终止，危害较小，遇荷载作用则会继续发展。 （二）缩裂
产生于混凝土硬结以后，通车之前，由于施工现场剧烈的温度、湿度的变化，混凝土内外部产生的不均匀变形的拉应力超过混凝土极限抗拉强度后，混凝土路面收缩开裂。这种裂缝可导致混凝土板的断裂，成为不合格的混凝土板块，对水泥混凝土路面质量影响极大。
（三）防止早期收缩裂缝的技术措施
对于塑裂由于产生在混凝土的塑性状态，如有效地控制其发展则不会成为危害水泥混凝土路面的主要因素。在施工中安排专人对新浇筑的混凝土面板进行看护，及时发现、及时进行抹面处理即可解决。对于缩裂，应该做为控制水泥混凝土路面的主要质量通病进行治理，主要应采取以下技术措施：
1.缩小施工现场温度差、湿度差，抑止收缩
(1)合理地安排作业时间，尽量避免在中午气温高峰时间进行施工，尽可能地把施工时间安排在早上或傍晚。这样水泥进行水解固化反应时，不会因周围环境的气温骤变而产生较大的影响。
(2)水箱加盖、水管掩埋，保证施工用水的温度。必要时还要对碎石适当洒水降温，以降低拌和物与周围环境的温度差。
(3)缩短作业延迟时间，把在烈日和旱风下作业的时间缩短到最短，无法避免时可设遮阳棚。
(4)控制开始养生的时间及条件，保证混凝土养生龄期。应在混凝土浇筑完成，收浆后即开始覆盖洒水养生，同时要保证覆盖物表面保持在湿润状态，一般养生龄期为7天。
(5)因为大风对拌和物的水分蒸发量比高气温还要大，所以大风天气应停止水泥混凝土路面的施工。
(6)在施工水泥混凝土路面前，还要注意对基层的顶面进行整平及洒水润湿。这样可保证混凝土路面厚度均匀，受力和变形均匀。
2.严格控制施工配合比，保证混凝土的自身强度
(1)对集料的含泥量要进行严格的控制，特别是砂子中夹杂的泥团要筛出，涂裹粘土的碎石要清洗或剔除。
(2)加强对水泥质量的复检，特别是水泥的安定性。水泥中的游离氧化钙（f-CaO）在凝结过程中水化很慢，水泥凝结硬化后还在继续起水化作用，当f-CaO超过一定限量时，就会破坏已经硬化的水泥石或使抗拉强度下降。
(3)控制好施工水灰比，严格按配合比投料。水泥混凝土的强度主要取决于其内部起胶结作用的水泥石的质量，水泥石的质量取决于水泥的特性和水灰比。水灰比对强度的影响是很大的，但不是唯一的影响因素。因此，根据混凝土强度与水泥水化的固体产物在有效空间的关系，即强度增长与胶空比的关系，合理地确定施工水灰比，并严格按配合比投料，是确保水泥混凝土路面质量的重要措施。
3.及时进行割缝，诱导裂缝在接缝位置展开
(1)及时及早锯切横缩缝，缝深必须严格达到设计要求深度，在缩裂发生前及早形成弱断面。需要时，还可以考虑在横缩缝位置的混凝土板底部加设诱导裂缝的木块，使弱断面效应更加显著。
(2)道路设窨井处，横缩缝要骑窨井设置（横缝连线平分井框），使窨井部位自然形成弱断面与横缩缝合而为一，否则在井框部位易形成不规则早期收缩裂缝。
(3)锯缝设备配置不足时，宜先隔3~4块板跳锯一条横缝，最后补齐。不得已时还可以考虑以压缝代替锯缝。
以上阐述了研究水泥混凝土路面裂缝的意义，重点对水泥混凝土路面早期裂缝产生的原因及治理的技术措施进行了论述，在施工中注意了对细节问题的处理，同时利用的科学的方法指导施工，就能有效地解决这一质量通病。
参考文献：
[1]申爱琴.水泥与水泥混凝土.北京：人民交通出版社，2000.
[2]刘伯莹，姚祖康.《公路水泥混凝土路面设计规范》修订综述公路.
来源: 《建筑中文网》.
【关键词】水泥混凝土路面 裂缝
一、引言
水泥混凝土路面则由于强度高、稳定性好、耐久性优良、日常养护工作量少、施工机械简单、抗水害能力强、水泥来源广以及便于夜间行车等原因，在全国范围内得到迅速发展。特别在我省的村村通工程中，水泥混凝土路面占有很大的比例。然而，由于混凝土路面设计强度低、施工质量差和维修不及时等方面的原因，混凝土路面损坏现象随处可见，而且日益严重。特别是在使用一段时间后会出现各种不同程度的损坏，笔者在公路养护部门经过多年观察，在水泥混凝土路面的病害中，其中裂缝破损最为普遍，也是近年来最为关注的水泥混凝土路面病害之一。
二、研究水泥混凝土路面裂缝的意义
由于水泥混凝土材料的固有特性，其路面在修筑完工但未开放交通前，不可避免地会产生早期微裂缝；开放交通后，路面承受车辆荷载的往复作用，加上环境因素的影响，裂缝将随时间扩展贯穿；继续承受车辆及环境的压力，在裂缝处发生应力集中，混凝土发生沿缝碎落、在裂缝处断裂、混凝土板产生滑移现象，破坏了混凝土的整体性；当破损发展到一定程度，裂缝处开始翻浆唧泥，板面出现交叉裂缝，并且导致其它板裂缝，最终使混凝土板丧失应有的承载力，整个板发生破坏。综上所述,了解混凝土路面板中的裂缝扩展过程,从力学角度揭示混凝土路面板裂缝产生机理，从路面结构、混凝土组成材料及配比设计、施工及养护等方面研究混凝土路面裂缝产生的原因及影响因素，对混凝土路面的设计、施工、养护、运营等具有重要的现实意义。
传统的强度理论渊源于伽利略的材料强度学说，即在一构件受载时最大特征应力达到材料抗力时便发生破坏，它通常假定材料是个均匀的连续体，避开客观存在的裂纹和缺陷，考虑一定的安全系数，只要工作应力不超过许用应力，就认为结构安全。断裂力学是近40多年来发展起来的一门学科，研究带裂纹体的强度以及裂纹扩展规律，研究裂纹尖端附近应力应变情况，掌握裂纹在荷载作用下的扩展规律。本文从断裂力学角度分析混凝土板的裂缝扩展过程，及对带裂缝的混凝土路面板疲劳寿命进行估计。
三、早期裂缝的种类及产生原因
（一）塑裂
产生于 混凝土塑性状态，其缝短而细、细而浅。产生这种裂缝的主要原因是：混凝土在硬化初期内部温度高于表面温度，混凝土又是热的不良导体，在内外膨胀不均匀的情况下，在混凝土表面必将产生很大的应力，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，就将产生裂缝，俗称“芝麻缝”。这种裂缝一般在混凝土硬结后终止，危害较小，遇荷载作用则会继续发展。 （二）缩裂
产生于混凝土硬结以后，通车之前，由于施工现场剧烈的温度、湿度的变化，混凝土内外部产生的不均匀变形的拉应力超过混凝土极限抗拉强度后，混凝土路面收缩开裂。这种裂缝可导致混凝土板的断裂，成为不合格的混凝土板块，对水泥混凝土路面质量影响极大。
（三）防止早期收缩裂缝的技术措施
对于塑裂由于产生在混凝土的塑性状态，如有效地控制其发展则不会成为危害水泥混凝土路面的主要因素。在施工中安排专人对新浇筑的混凝土面板进行看护，及时发现、及时进行抹面处理即可解决。对于缩裂，应该做为控制水泥混凝土路面的主要质量通病进行治理，主要应采取以下技术措施：
1.缩小施工现场温度差、湿度差，抑止收缩
(1)合理地安排作业时间，尽量避免在中午气温高峰时间进行施工，尽可能地把施工时间安排在早上或傍晚。这样水泥进行水解固化反应时，不会因周围环境的气温骤变而产生较大的影响。
(2)水箱加盖、水管掩埋，保证施工用水的温度。必要时还要对碎石适当洒水降温，以降低拌和物与周围环境的温度差。
(3)缩短作业延迟时间，把在烈日和旱风下作业的时间缩短到最短，无法避免时可设遮阳棚。
(4)控制开始养生的时间及条件，保证混凝土养生龄期。应在混凝土浇筑完成，收浆后即开始覆盖洒水养生，同时要保证覆盖物表面保持在湿润状态，一般养生龄期为7天。
(5)因为大风对拌和物的水分蒸发量比高气温还要大，所以大风天气应停止水泥混凝土路面的施工。
(6)在施工水泥混凝土路面前，还要注意对基层的顶面进行整平及洒水润湿。这样可保证混凝土路面厚度均匀，受力和变形均匀。
2.严格控制施工配合比，保证混凝土的自身强度
(1)对集料的含泥量要进行严格的控制，特别是砂子中夹杂的泥团要筛出，涂裹粘土的碎石要清洗或剔除。
(2)加强对水泥质量的复检，特别是水泥的安定性。水泥中的游离氧化钙（f-CaO）在凝结过程中水化很慢，水泥凝结硬化后还在继续起水化作用，当f-CaO超过一定限量时，就会破坏已经硬化的水泥石或使抗拉强度下降。
(3)控制好施工水灰比，严格按配合比投料。水泥混凝土的强度主要取决于其内部起胶结作用的水泥石的质量，水泥石的质量取决于水泥的特性和水灰比。水灰比对强度的影响是很大的，但不是唯一的影响因素。因此，根据混凝土强度与水泥水化的固体产物在有效空间的关系，即强度增长与胶空比的关系，合理地确定施工水灰比，并严格按配合比投料，是确保水泥混凝土路面质量的重要措施。
3.及时进行割缝，诱导裂缝在接缝位置展开
(1)及时及早锯切横缩缝，缝深必须严格达到设计要求深度，在缩裂发生前及早形成弱断面。需要时，还可以考虑在横缩缝位置的混凝土板底部加设诱导裂缝的木块，使弱断面效应更加显著。
(2)道路设窨井处，横缩缝要骑窨井设置（横缝连线平分井框），使窨井部位自然形成弱断面与横缩缝合而为一，否则在井框部位易形成不规则早期收缩裂缝。
(3)锯缝设备配置不足时，宜先隔3~4块板跳锯一条横缝，最后补齐。不得已时还可以考虑以压缝代替锯缝。
以上阐述了研究水泥混凝土路面裂缝的意义，重点对水泥混凝土路面早期裂缝产生的原因及治理的技术措施进行了论述，在施工中注意了对细节问题的处理，同时利用的科学的方法指导施工，就能有效地解决这一质量通病。
参考文献：
[1]申爱琴.水泥与水泥混凝土.北京：人民交通出版社，2000.
[2]刘伯莹，姚祖康.《公路水泥混凝土路面设计规范》修订综述公路.
来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200907/13184.htm
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