高速公路水泥砼路面裂縫及影響混凝土強度的原因

摘要：當前水泥混凝土路面在高速公路建設(shè)中的應(yīng)用比較普遍，就其在施工和養(yǎng)護中出現(xiàn)的各種病害、裂縫產(chǎn)生的過程，混凝土原材料、配合比、水灰比、施工操作等對質(zhì)量的影響，以及產(chǎn)生外觀質(zhì)量缺陷的原因進行了比較全面的評述。

關(guān)鍵詞：路面；病害；探討

1裂縫

產(chǎn)生裂縫的原因很多，從時間上可分硬化前和硬化后兩個過程。

在硬化前，混凝土還處于塑性狀態(tài)，由于各種組成材料的密度不同而發(fā)生沉降，內(nèi)部自由水析出，引起沉降收縮裂紋，這一般發(fā)生在抹面層的時候。但在干燥的基層上澆筑混凝土面層時，因水份很快被基層吸收，引起混凝土較大地收縮也會產(chǎn)生寬而深的裂縫。

為防止沉降裂縫的發(fā)生，可采取以下防治措施：

混凝土澆筑后，在尚未出現(xiàn)析水前，應(yīng)防止強風吹拂和烈日曝曬；同時在澆筑后要及時養(yǎng)護，防止混凝土表面水份蒸發(fā)而干燥；在澆筑混凝土前，應(yīng)將路基基層澆濕；采用二次抹面，以減少表面收縮裂紋；避開高溫氣候施工。在高溫天氣下，水泥水化作用加快，內(nèi)部水化熱不易及時散開，從而產(chǎn)生溫度裂縫，同時因水份蒸發(fā)加快，使混凝土迅速干燥而收縮，易產(chǎn)生收縮裂縫。

硬化后，由于施工不當或材料質(zhì)量問題而產(chǎn)生裂縫

1．1 干縮裂縫

因水份蒸發(fā)，使干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度，使混凝土產(chǎn)生裂縫。它的特征是表面開裂，走向縱橫交錯，沒有一定的規(guī)律，形似龜紋，縫寬和長度都很小，與發(fā)絲相似。引起干縮裂縫的因素主要有：水泥中的硅酸二鈣可產(chǎn)生很多肢體，它在干濕作用下，體積變化很大。水泥中的鋁酸三鈣水化時需大量的水，養(yǎng)護過程中膨脹值大，干燥時收縮亦大。這兩種物質(zhì)含量大時干縮性亦大。混凝土中的用水量對干縮值有很大的影響，當用水量增加一定百分數(shù)時，干縮值成倍增加。骨料的大小和級配也對干縮值有密切關(guān)系。級配良好時，空隙率小，砂漿含量減少，收縮值相對減少。對使用偏細砂時，會使混凝土收縮值增大。含泥量大的情況與使用偏細砂相類似。

1.2 由于溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫這主要是因晝夜溫差太大，而產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，由于沒有設(shè)置伸縮縫和對混凝土面板進行及時切割，而造成面板拉裂。因為混凝土材料對溫度的變比而引起的伸縮量約為每度0．01毫米，當累計長度內(nèi)溫度應(yīng)力超過抗拉強度時，就會發(fā)生裂縫。一般在20-40米范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置伸縮縫，以防斷裂。

1.3 基層原因而產(chǎn)生的反射裂縫由于基層的裂縫沒有進行及時處理，而反射到面層，使面層斷裂。

目前，水泥混凝土路面基層采用的結(jié)構(gòu)形式以水泥碎(礫)石穩(wěn)定基層為主。因溫度應(yīng)力及其它因素的影響，基層澆筑好后，在一定范圍內(nèi)會自然斷裂，如在基層上人為地設(shè)置一些伸縮縫，為使上下縫對齊，會增加不少施工難度。在2003年8月重慶成渝高速公路白市驛混凝土路面改建工程中（328km+000-329km+120右），混凝土水穩(wěn)基層設(shè)置了伸縮縫（一般100米內(nèi)不超過5條），以二層油毛氈來處理，油毛氈寬度為50厘米，從施工效果來看比土工布處理較為理想。

1.4由于材料不良引起的裂縫

水泥安定性不良引起的裂縫。水泥熟料如鍛燒不充分，會產(chǎn)生較多的游離氧化鈣，因它的水化過程很慢，導(dǎo)致水泥己凝結(jié)硬化后仍繼續(xù)水化而產(chǎn)生體積膨脹的體積變化不均勻現(xiàn)象，使路面出現(xiàn)龜裂、斷板等。還有氧化鎂及石膏的后果與氧化鈣類似。為防止水泥安定性不良引起的裂縫，應(yīng)加強檢驗，并選用低堿性水泥。

因拌和物溫度過高，而出現(xiàn)“假凝”現(xiàn)象，并使混凝土板塊斷裂。水泥拌合后不久，便產(chǎn)生變硬，爾后又變軟，逐步正常硬化。這一過程中開始出現(xiàn)的現(xiàn)象即為“假凝”。這是因為拌合物溫度過高，使水泥顆粒表面形成一層薄的硬殼，使混凝土拌合物的和易性變差，且影響后期強度。另外，內(nèi)部熱量不易散發(fā)，使體積膨脹，也易引起混凝土裂開。因此，為防止混凝土發(fā)生假凝現(xiàn)象，要控制混凝土的拌合物溫度。水及砂中有害雜質(zhì)對水泥混凝土有腐蝕作用。有害雜質(zhì)與混凝土產(chǎn)生反應(yīng)生成易溶于水的物質(zhì)，使混凝土被腐蝕，強度降低，在車輛荷載的不斷作用下，遭到破壞。

根據(jù)規(guī)定：對砂、石材料的試驗檢測每料場要做一次，稻田水和水溝水一般情況下不能作拌合用水。砂、石材料中的活性材料與水泥中堿產(chǎn)生化學反應(yīng)，使混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞集料中的活性二氧化硅與水泥中堿性氧化物水解后生成的氫氧化鈉和氫氧化鉀會產(chǎn)生化學反應(yīng)，并在集料表面生成一種堿--硅酸凝膠體，這種凝膠體吸水后體積產(chǎn)生膨脹，使混凝土結(jié)構(gòu)破壞，出現(xiàn)較深的網(wǎng)裂，這就是“堿——骨料”反應(yīng)。

2影響混凝土強度的一些原因

2.1選用材料不當

骨料中針片狀石子含量過高。針片狀石子在混凝土中易出現(xiàn)架空現(xiàn)象，空隙率較大，受壓易折斷，從而影響混凝土強度。

選用較細的砂、且雜質(zhì)含量過高。根據(jù)規(guī)范規(guī)定：砂的細度模數(shù)應(yīng)在2.5以上，含泥量不超過3%。水泥隨意摻合使用。因不同水泥中混合物質(zhì)量及摻量都不同，摻合后將使水泥性能發(fā)生變化，標號降低，從而影響混凝土的強度。粗骨料采用礫石。礫石因表面光滑、無棱角，與水泥砂漿的粘結(jié)不夠好，使混凝土強度降低。應(yīng)采用機軋碎石作骨料。砂、石材料內(nèi)含有雜質(zhì)。根據(jù)規(guī)范規(guī)定：粗骨料含泥量不超過1％，砂含泥量不超過3％。砂、石材料內(nèi)雜質(zhì)的含量對路面塑性收縮開裂和干縮變形影響很大。

2.2 外加劑對混凝土強度的影響

在摻有早強劑或速凝劑的混凝土中，因水泥短期內(nèi)水化、硬化，使水泥顆粒表面生成一層硬亮，阻礙了水泥進一步水化，導(dǎo)致后期強度偏低。

2．3 配合比控制不嚴以及計量不準確

水灰比的問題。混凝土中的拌合水分自由水和化合水兩部分。化合水的作用是使水泥水解和水化，剩余的皆為自由水，它是為了滿足操作的要求。自由水在混凝土硬化過程中逐漸蒸發(fā)，使混凝土內(nèi)部形成空隙。如水灰比偏大，使混凝土密實度降低，強度也就降低；但水灰比偏小時，因和易性差，影響施工操作，也難以振搗密實，使混凝土強度降低。因此要嚴格控制水灰比。

計量不準確。混凝土的配合比是根據(jù)混凝土強度、耐久性、耐磨性、和易性來確定的。根據(jù)規(guī)定計量誤差：水泥1％，粗骨料3％，水1％，外加劑2％。同時計量不準確也影響砂石材料的級配，沒有一個好的級配，混凝土的密實度就難以保證。新規(guī)范中作出了明確規(guī)定：水泥混凝土路面、大橋特大橋、隧道等有大體積混凝土施工的工程應(yīng)采用拌和站并必須配置一定數(shù)量的自動計量設(shè)備，禁止用體積法計量。

2．4 施工操作不規(guī)范

砂石材料含水率的測定。砂石材料的含水量是隨氣候變化而變化的。施工中住往根據(jù)設(shè)計而不考慮這一因素，從而使水灰比失去控制。事實上，在施工現(xiàn)場要在每班開工前及天氣變化時，對砂石材料進行含水量的測定，及時對水灰比進行調(diào)整。

標高控制不嚴，使混凝土板塊厚薄不均，造成混凝土強度不勻，在混凝土板塊厚薄不均界面，在外力作用下及收縮時產(chǎn)生拉應(yīng)力，易產(chǎn)生裂縫，影響混凝土的使用質(zhì)量。

振搗不密實。從現(xiàn)場取芯的芯樣上，往往會發(fā)現(xiàn)芯樣氣孔較多。這是混凝土振搗不密實的表現(xiàn)，混凝土有足夠的彎拉強度，來自于它的密實度。

隨意向混凝土中加水。這種行為與水灰比過大的情況類似。隨意加水會使混凝土中自由水份增加，隨著水份蒸發(fā)，使混凝土內(nèi)空隙增大。

養(yǎng)護不及時?；炷恋慕Y(jié)構(gòu)和強度的形成及增長有一個過程，并需要有一定的溫度和濕度條件。如不及時養(yǎng)護，會影響混凝土水化作用的正常進行和水化物的生成，從而影響混凝土的強度。

一盤中多余的混凝土在澆筑間歇攤在基層上面。對于在工作間歇遇到一盤多余的混凝土攤鋪在基層上的做法，這是不允許的。但在工作中確實也碰到過，特別是在低等級公路的混凝土澆筑中較為多。

很顯然，加了這一薄層使面層厚度減少，且薄層未經(jīng)振搗結(jié)構(gòu)強度低，由于這一薄層的存在勢必影響面層的強度。

結(jié)束語

總之，要抓好高速公路混凝土路面的質(zhì)量，除路基質(zhì)量要保證外，必須嚴格控制材料質(zhì)量，加強試驗檢測，做到準確計量，及時對配合比作出合理的設(shè)計，嚴格控制水灰比；同時，必須規(guī)范操作行為，按規(guī)范施工，加強養(yǎng)護工作；另外，積極探索和改進施工工藝，以提高混凝土路面的整體質(zhì)量。

參考資料

[1]《水泥混凝土路面施工及驗收規(guī)范》（GBG97-87交通版）

[2]《公路》雜志1998年第六期

[3]《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ033-95交通版）