淺談西北地區(qū)混凝土道路施工裂縫控制

摘要：水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好、耐久性好、維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少、夜間能見度好等優(yōu)點(diǎn)，易產(chǎn)生裂縫一直為施工建設(shè)者大傷腦筋，正確的選用水泥種類，選用合適的配合比及水灰比，同時做好混凝土道路的養(yǎng)護(hù)養(yǎng)生工作是道路裂縫施工控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)所在。

關(guān)鍵詞：混凝土道路；裂縫；原因；控制

水泥混凝土路面作為一種高級剛性路面結(jié)構(gòu)形式，其最早建造史可追溯到大約公元前1世紀(jì)。近現(xiàn)代意義上的水泥混凝土路面，在歐洲是從1824年10月21日英國工匠Leads和J.Aspdin取得了波特蘭水泥的發(fā)明專利后，開始發(fā)展起來。全世界第一條水泥混凝土路面是1865年在英國修筑的，至今已有142年的歷史。

在我國，由于水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好、耐久性好、維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少、夜間能見度好等優(yōu)點(diǎn)，故無論是在東部發(fā)達(dá)地區(qū)，還是中西部落后地區(qū)，水泥混凝土路面的規(guī)模和技術(shù)都在迅速發(fā)展。但是，施工和使用過程中易產(chǎn)生裂縫一直為施工建設(shè)者大傷腦筋，而氣候干燥、風(fēng)季較長、場地局限、規(guī)模較小更使西北廠礦區(qū)道路施工裂縫存在普遍。

那么如何控制減少裂縫呢？首先我們需要知道裂縫的形成原因是怎樣的。

從微觀角度來說，混凝土的裂縫是不可避免的，其微觀裂縫是本身物理力學(xué)性質(zhì)決定的?；炷翉?qiáng)度在發(fā)展過程中，水泥水化凝結(jié)硬化時產(chǎn)生化學(xué)收縮和物理收縮，而骨料不收縮，因此混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使骨料和水泥石界面之間，在未受力之前就存在了微細(xì)裂縫。在水泥石內(nèi)部也因收縮不均勻產(chǎn)生微細(xì)裂縫。另外混凝土在成型過程中，都會不同程度產(chǎn)生離析現(xiàn)象，這些水分有些常聚集在粗骨料下面，形成一水囊，以及由于溫度和濕度的變化而引起的變形不同，都會引起混凝土的初始裂縫?；炷潦芎奢d作用時，加載之初，在荷載不大的情況下，由于荷載作用而在混凝土內(nèi)部引起有內(nèi)應(yīng)力轉(zhuǎn)化的能量，能夠被裂縫的尖端塑性區(qū)吸收，原有的裂縫基本不發(fā)展或發(fā)展緩慢。此時骨料和水泥石處于共同工作狀態(tài)。繼續(xù)增加荷載，變形能量和裂縫的平衡狀態(tài)遭到破壞，裂縫開始延展、擴(kuò)大，數(shù)量也在增加，裂縫從骨料與水泥石內(nèi)部擴(kuò)展延伸。骨料與水泥石已完全失去了共同工作的性質(zhì)，使混凝土構(gòu)造成為不連續(xù)。最后導(dǎo)致混凝土全面崩潰。

我們發(fā)現(xiàn)，后期加載過程中裂縫的延展，實際是在前期微細(xì)和初始裂縫的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，同時也是由于荷載增加至接近設(shè)計臨界荷載甚至超過臨界荷載時發(fā)生的現(xiàn)象。同時，前期的微細(xì)和初始裂縫的形成原因是由收縮和溫度、濕度變化而引起的變形不同造成的。

混凝土的收縮及變形方式一般來說有五種。

1 干縮裂縫

干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右。水泥漿中水分的蒸發(fā)會產(chǎn)生干縮，且這種收縮是不可逆的。干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形不同的結(jié)果：混凝土受外部條件的影響，表面水分損失過快，變形較大，內(nèi)部濕度變化較小變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束，產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對濕度越低，水泥漿體干縮越大，干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫，寬度多在0.05~0.2mm之間，。干縮裂縫通常會影響混凝土的抗?jié)B性，引起鋼筋的銹蝕，影響混凝土的耐久性等等?；炷粮煽s主要原因是選用水化熱較大的水泥，和水泥漿較多水灰比較大，后期養(yǎng)護(hù)有關(guān)。

2 塑性收縮裂縫

混凝土塑性裂縫一般可分為兩類，即塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫，這兩種裂縫的形成過程都與混凝土的泌水有關(guān)，泌水是指混凝土澆筑搗實后尚未凝結(jié)硬化之前，從外表看在混凝土的澆筑面上山現(xiàn)一層清水或者從模扳縫中滲出部分水的一種現(xiàn)象，這是因為水在混凝土拌合物各組分中密度最小。當(dāng)混凝土成型后的靜止過程中，部分密度較大的固體顆粒還會向下沉積，而水則只能向上浮動，一部分水泌出到混凝土的外表面，稱為外泌水；另一部分被截留在鋼筋及粗骨料的下面形成水囊，水分蒸發(fā)后產(chǎn)生孔隙及界面裂縫，從而降低了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度以及水泥石與骨料之間的界面強(qiáng)度，致使混凝土的抗凍、抗?jié)B和抗腐蝕能力減弱，抗壓抗折強(qiáng)度降低，這部分水稱為內(nèi)泌水，只有當(dāng)水泥水化產(chǎn)生的膠結(jié)強(qiáng)度足以阻止固體顆粒相對運(yùn)動或者各種固體顆粒經(jīng)過遷移已達(dá)到緊密堆積狀態(tài)時，沉積相對停止，泌水才告結(jié)束，泌水使混凝土的體積縮小，促成了混凝土塑性裂縫的產(chǎn)生。沁水的原因主要是水灰比大，振搗時間過長造成。

混凝土塑性裂縫也指混凝土澆筑成型后還未硬化，仍處于可塑狀態(tài)時產(chǎn)生的裂縫，塑性裂縫的出現(xiàn)不僅會影響混凝土構(gòu)件的外觀質(zhì)量，更重要的是會造成混凝土防水性能下降、鋼筋容易銹蝕等不良后果，影響混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，關(guān)于這一點(diǎn)應(yīng)在設(shè)計和施工過程中給予充分的重視。

塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)，裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長短不一，互不連貫狀態(tài)。常發(fā)生在混凝土板或比表面積較大的墻面上，較短的裂縫一般長20~30cm，較長的裂縫可達(dá)2~3ｍ，寬1~5mm。從外觀分為無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)狀和稍有規(guī)則的斜紋狀或反映出混凝土布筋情況和混凝土構(gòu)件截面變化等規(guī)則的形狀，深度一般3～10cm，它與塑性沉降裂縫相比，貫穿整個混凝土板的裂縫是極少的，而且塑性收縮裂縫通常延伸不到混凝土板的邊緣，這一點(diǎn)可做為混凝土早期塑性收縮裂縫與混凝土長期干燥收縮裂縫相區(qū)別的依據(jù)，在實際上很難區(qū)別塑性收縮裂縫與塑性沉降裂縫，但如果裂縫的走向與鋼筋布置的形狀和混凝土構(gòu)件的幾何形狀有關(guān)，則可以判定沉降在裂縫的形成過程中起了一定的作用，有時這兩種裂縫是同時存在的，只不過是以何種為主罷了。影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比大小、混凝土的凝結(jié)時間（所選水泥的種類）、現(xiàn)場施工養(yǎng)護(hù)情況（環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對濕度）等等。

混凝土可以被認(rèn)為是一種人造的沉積巖，混凝土剛剛澆筑成型后，由于混凝土各種固體顆粒在減水劑的作用下形成了溶劑化層，導(dǎo)致各種固體顆粒之間存在一層水膜，在混凝土的表面處則形成凹形液面，在一般情況下，水分揮發(fā)會使固體顆粒進(jìn)一步靠近，毛細(xì)管進(jìn)一步變細(xì)，增大了將水從混凝土內(nèi)層提升到表面的能力，同時混凝土的泌水也有利于水上升到混凝土表面。普通混凝土所含的水分少在泌水和毛細(xì)管的雙重作用下使混凝土的體積收縮小而且較均勻，所以普通混凝土較少產(chǎn)生塑性收縮裂縫。對于泵送混凝土而言，因其所含的水分較多，若環(huán)境溫度高風(fēng)速大而且干燥，水分揮發(fā)迅速，混凝土的泌水和毛細(xì)管提升水的綜合作用還低于水的揮發(fā)作用時，使混凝土表層脫水速度遠(yuǎn)大于混凝土內(nèi)層提供水的速度，造成了混凝土面層體積收縮大，若這時混凝土還未產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度，則在混凝土表面產(chǎn)生塑性收縮裂縫，商品混凝土因運(yùn)輸距離長，為防止流動性損失過大，常常加入緩凝劑、保塑劑等，更增加了形成塑性收縮裂縫的可能。因混凝土的塌落度大，對模板的側(cè)向壓力也大，使模板容易發(fā)生變形也會形成塑性裂縫，消除塑性收縮裂縫的積極方法與消除塑性沉降裂縫的方法基本相同，也可以采用二次振搗工藝，所不同的是可以采用平板振動器進(jìn)行施工，特別是對表面積大而厚度小的混凝土板，通過振搗使混凝土的體積收縮減小而且均勻，而有的施工單位采用碾壓和抹平的方法來消除塑性裂縫，其效果是值得懷疑的。

3 沉陷裂縫

沉陷裂縫的產(chǎn)生是由于結(jié)構(gòu)地基土質(zhì)不勻、松軟，或回填土不實或浸水而造成不均勻沉降所致；或者因為模板剛度不足，模板支撐間距過大或支撐底部松動等導(dǎo)致，特別是在冬季，模板支撐在凍土上，凍土化凍后產(chǎn)生不均勻沉降，致使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。此類裂縫多為深進(jìn)或貫穿性裂縫，其走向與沉陷情況有關(guān)，一般沿與地面垂直或呈30°~45°角方向發(fā)展，較大的沉陷裂縫，往往有一定的錯位，裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。裂縫寬度受溫度變化的影響較小。地基變形穩(wěn)定之后，沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

4 溫度裂縫

溫度裂縫多發(fā)生在大體積混凝土表面或溫差變化較大地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)中?；炷翝仓螅谟不^程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，（當(dāng)水泥用量在350～550 kg/m3，每立方米混凝土將釋放出17500～27500kJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升達(dá)70℃左右甚至更高）。由于混凝土的體積較大，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣就形成內(nèi)外的較大溫差，較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力（實踐證明當(dāng)混凝土本身溫差達(dá)到25℃~26℃時，混凝土內(nèi)便會產(chǎn)生大致在10MPa左右的拉應(yīng)力）。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時，混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫多發(fā)生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中當(dāng)溫差變化較大，或者是混凝土受到寒潮的襲擊等，會導(dǎo)致混凝土表面溫度急劇下降，而產(chǎn)生收縮，表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。施工中可采用水化熱較小的水泥，同時做好防護(hù)準(zhǔn)備，盡可能減小混凝土內(nèi)外溫差。

溫度裂縫的走向通常無一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫常縱橫交錯；梁板類長度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄。高溫膨脹引起的混凝土溫度裂縫是通常中間粗兩端細(xì)，而冷縮裂縫的粗細(xì)變化不太明顯。此種裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等。

5 化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫

由于混凝土中的水泥水化、漿體中的固體和液體絕對體積的減少。水化產(chǎn)物的絕對體積要小于水化前水泥與水的絕對體積，這種收縮成為化學(xué)收縮?；瘜W(xué)收縮是不能恢復(fù)的，其收縮量隨混凝土的齡期的延長而增加，大致與時間的對數(shù)成正比，一般在混凝土成型后40多天內(nèi)增加較快，以后就漸趨穩(wěn)定。化學(xué)收縮裂縫的大小取決于水泥用量的大小。

以上五種變形，除沉陷裂縫外，其他四種裂縫形式均與所使用水泥的種類、水灰比及施工養(yǎng)護(hù)（濕度、溫度、風(fēng)力）有關(guān)。而以上五種變形裂縫，也正是阿克蘇鐵農(nóng)公司棉花場區(qū)道路施工、米泉化工公司廠區(qū)道路施工及貨臺地面硬化、敦煌鐵路地區(qū)主道路施工中曾經(jīng)部分存在，并在隨后的施工過程中改進(jìn)施工技術(shù)控制，收到顯著成效的。

由此可見，混凝土道路施工，尤其是氣候干燥、風(fēng)季較長的西北地區(qū)。如何正確的選用水泥種類，選用合適的配合比及水灰比，同時做好混凝土道路的養(yǎng)護(hù)養(yǎng)生工作是道路裂縫施工控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)所在。

我相信，只要工程各方主體，建設(shè)方、施工、設(shè)計、監(jiān)理人員本著一顆認(rèn)真負(fù)責(zé)的心，積極研究探索的熱誠，嚴(yán)格按規(guī)定要求施工，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，必定能降低混凝土裂縫的出現(xiàn)，同時為盡可能減少甚至消除做出卓越貢獻(xiàn)。

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