水泥混凝土路面早期斷裂原因及預(yù)防措施探析

楊 卉

（秦皇島撫寧縣交通運(yùn)輸局公路工程隊(duì)，河北 秦皇島 066300）

1 水泥混凝土路面早期斷裂原因

1.1 水泥的化學(xué)組成及化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

1.1.1 水泥是混凝土膠凝材料的重要組成部分，而水泥的特性決定了其容易出現(xiàn)斷裂的特性。首先，水泥是由石灰石和粘土經(jīng)過煅燒的熟料磨細(xì)而成的，主要有效成分為硅酸三鈣（3CaO·SiO2）、硅酸二鈣（2CaO·SiO2）、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）和鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3），此外還有少量的氧化鈣、石膏（CaSO4·2H2O）及氧化鎂等。水泥混凝土的結(jié)構(gòu)和組分取決于水泥的組分和水化反應(yīng)，硬化水泥混凝土主要含有水化硅酸鈣（3CaO·2SiO2·3H2O），氫氧化鈣（Ca（OH）2）以及由鋁酸鈣、鐵鋁酸四鈣等其他物質(zhì)水化反應(yīng)的產(chǎn)物，如高硫型水化硫鋁酸鈣（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）、低硫型水化硫鋁酸鈣（3CaO·Al2O3·CaSO4·2H2O）等?；炷恋膹?qiáng)度主要取決于水化硅酸鈣，同時(shí)，氫氧化鈣又是維持水化硅酸鈣等一些水化產(chǎn)物穩(wěn)定存在的重要因素之一。

1.1.2 當(dāng)水泥中的游離CaO、游離MgO或石膏含量過多時(shí),會(huì)影響水泥的安定性，引起水泥石體積不均勻變化造成開裂。另外水泥中都是0.007～0.2mm的顆粒，而顆粒愈細(xì)與水反應(yīng)的表面積就越大，水化快且較完全，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都很高，但在空氣中硬化收縮較大容易開裂。

1.1.3 水泥在水化反應(yīng)的過程中會(huì)釋放出大量熱量，大體積混凝土在終凝后12h的水化熱溫度可達(dá)80～90℃，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生體積膨脹，從而造成混凝土表面開裂。

1.2 自然因素的影響

1.2.1 風(fēng)速、陽光和溫差的影響。風(fēng)速高、陽光照射強(qiáng)則混凝土表面失水快，使混凝土表面形成一小薄層硬殼，它與其他部分混凝土在硬化過程中的收縮比不同，從而造成混凝土路面的早期開裂。中科院公路科研所通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)小時(shí)蒸發(fā)量大于1kg時(shí)易產(chǎn)生開裂，美國實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)為0.5kg。

1.2.2 白天溫度較高加上水化時(shí)釋放的熱量使混凝土顯著膨脹，而夜間溫度降低時(shí)，路面表面溫度很快散失，內(nèi)部溫度散失較慢?；炷帘砻媾c內(nèi)部收縮比不同，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉力時(shí)致使混凝土被拉裂。

1.3 施工環(huán)境、地理位置的影響

1.3.1 一般情況下，水泥混凝土路面鋪筑在基層上。如果水泥混凝土拌合物直接鋪筑在基層上，會(huì)被基層吸收一部分水分，使下部的混凝土比上部的水膠比小，早于上部混凝土形成強(qiáng)度并產(chǎn)生收縮。再加上受到具有一定強(qiáng)度基層的約束不能自由收縮而產(chǎn)生由下至上的裂縫。

1.3.2 施工段所處的地理位置也對路面的早期斷裂有著明顯的影響。比如在縱坡較大的山區(qū)路段施工，由于受重力作用產(chǎn)生向下的力，并形成沿縱坡方向的分力，使沒有形成強(qiáng)度的混凝土受拉破壞產(chǎn)生斷裂。

在線驗(yàn)收是面向商戶提供的一種驗(yàn)證檢查的能力，可以幫助商戶在接入支付寶產(chǎn)品后，迅速驗(yàn)證接入的規(guī)范情況。它也可以幫助商戶在活動(dòng)上線前，迅速驗(yàn)證優(yōu)惠活動(dòng)的正確性。商戶或系統(tǒng)商在對接支付寶時(shí)，通常有以下兩種形式：

1.4 拌合因素的影響

不同水膠比的混凝土凝結(jié)時(shí)間不同，最終達(dá)到的強(qiáng)度也不同。當(dāng)不同水膠比的混凝土鋪筑在同一路段時(shí)，水膠比低的混凝土拌合物要比高的硬化快，且后期強(qiáng)度提高也較快。會(huì)在收縮時(shí)帶動(dòng)硬化較慢的（水膠比較高的）那部分混凝土一起收縮，從而產(chǎn)生斷裂。

1.5 外界約束的影響

在用小型機(jī)具機(jī)型路面施工時(shí)，需要用模板對混凝土進(jìn)行固定。如果模板與混凝土之間的摩擦力過大，混凝土的收縮就會(huì)因模板的約束產(chǎn)生斷裂。另外，新舊板塊之間的約束同樣會(huì)使新澆筑的混凝土產(chǎn)生斷裂。

2 預(yù)防措施

2.1 原材料要求

2.1.1 水泥

道路工程中，路面要經(jīng)受高速行駛車輛輪胎的摩擦，載重車輛的強(qiáng)烈沖擊，路面與路基因溫差產(chǎn)生的脹縮應(yīng)力及凍融等影響，要求路面混凝土抗折強(qiáng)度高、收縮變形小、耐磨性能好、抗凍性能好，并具有較好的彈性。應(yīng)采用強(qiáng)度高、收縮小、耐磨性強(qiáng)、抗凍性好的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

2.1.2 粗骨料

混凝土中堿性氧化物水解后形成的氫氧化鈉和氫氧化鉀與活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)，會(huì)形成堿—硅酸凝膠。生成的凝膠具有無限膨脹的特性，如果凝膠為水泥石所包裹，當(dāng)凝膠不斷吸水膨脹時(shí)會(huì)造成水泥石的開裂，就是俗稱的堿集料反應(yīng)。為避免水泥石的開裂，在選用粗骨料時(shí)尤其要注意去除骨料中的有害雜質(zhì)。

2.1.3 細(xì)骨料

砂中常含一定量的雜質(zhì)，粘附在砂的表面，會(huì)妨礙水泥與砂的粘結(jié)，降低混凝土強(qiáng)度，還增加混凝土的用水量，加大混凝土的收縮，將導(dǎo)致路面產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。在選擇路面混凝土用砂時(shí)，應(yīng)保證顆粒級(jí)配及粗細(xì)程度合理，更要注意使用清潔不含雜質(zhì)的細(xì)骨料。

2.2 水泥混凝土攪拌

水泥混凝土攪拌質(zhì)量直接影響混凝土的內(nèi)在質(zhì)量，混凝土的質(zhì)量直接影響到路面的平整度，還會(huì)對路面的斷裂產(chǎn)生影響。主要從混凝土坍落度這一方面對混凝土質(zhì)量進(jìn)行控制。影響混凝土坍落度的主要因素為：

a）骨料的級(jí)配是影響混凝土坍落度的主要因素 主要是因?yàn)榛炷潦撬退?、砂等骨料進(jìn)行包裹膠凝而成的，同等含水量和水灰比的情況下細(xì)料混凝土坍落度小于粗料混凝土坍落度，在混凝土攪拌生產(chǎn)過程中的各骨料倉中的級(jí)配應(yīng)相對穩(wěn)定，確?；炷良?jí)配的配定；

b）含水量的變化也會(huì)對混凝土坍落度的造成影響 攪拌機(jī)中加水量是固定的，砂石中含水率是經(jīng)常變化的，如不進(jìn)行控制，則混凝土攪拌過程中的加水量將不能確定，混凝土坍落度也是不能確定，在攪拌生產(chǎn)過程中應(yīng)先測定骨料中的含水率，水秤中扣除集料中含水量，以保證加水量相對固定；

c）水泥溫度也會(huì)對混凝土坍落度的造成影響 一般水泥倉只有100～150t左右，當(dāng)攪拌站用水泥量較多時(shí)，會(huì)在往水泥罐里打水泥的同時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)，水泥未經(jīng)冷卻便開始攪拌，這樣生產(chǎn)造成攪拌后的混凝土溫度較高，坍落度因水泥溫度高，吸水較大而變小。

2.3 水泥混凝土攤鋪

目前高等級(jí)水泥混凝土路面施工中均采用滑模式攤鋪法實(shí)行籬工攤鋪，水泥混凝土路面攤鋪是施工中難度較大、技術(shù)要求較高的工序，僅從攤鋪前準(zhǔn)備、攤鋪機(jī)的合理運(yùn)用、攤鋪后養(yǎng)護(hù)等方面常被忽視的幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.3.1 攤鋪前的準(zhǔn)備工作

2.3.1.1 攤鋪前灑水是一個(gè)重要的工序，灑水不合理時(shí)將會(huì)嚴(yán)重影響路面質(zhì)量。如果灑水量不足基層較干，鋪筑后混凝土中將有一部分水分被吸走，路面底部將產(chǎn)生大量細(xì)小裂紋，有些小裂紋與混凝土本身收縮應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋重疊后使整個(gè)混凝土路面裂紋增多。灑水量要根據(jù)基層材料、空氣溫度、濕度、風(fēng)速等諸多因素來靈活掌握，保證攤鋪混凝土前基層濕潤，盡可能灑布均勻，在基層不平整之處禁止有存水現(xiàn)象。

2.3.1.2 當(dāng)混凝土運(yùn)輸車運(yùn)量不足時(shí)，自卸車也是常用的運(yùn)輸工具。自卸車的卸料將直接影響到路面質(zhì)量。主要問題是卸料不均，使路面平整度和厚度都得不到保證。在實(shí)際施工中，可對基層表面與面層基準(zhǔn)標(biāo)高線隔段實(shí)測來決定混凝土的卸料量，避免卸料不均的問題。如：減少因厚度不均而產(chǎn)生路面開裂等。

2.3.2 混凝土攤鋪機(jī)的合理使用

2.3.2.1 振搗器間隔距離的確定會(huì)對混凝土的密實(shí)度產(chǎn)生直接影響。振搗器的間隔一般在廠家安裝高度時(shí)均加以調(diào)整、確定，在施工中操作人員往往忽視施工的中的再定位。針對不同混凝土的級(jí)配、和易性以及攤鋪后的密實(shí)度等到不同要求，振搗器的間隔應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整，兩邊的振搗器距側(cè)模板的距離更應(yīng)該常做出調(diào)整，以防止坍邊。另外，液壓式振搗器隨著使用時(shí)間的加長，振搗能力有所下降，要根據(jù)實(shí)際情況做出調(diào)整。

2.3.2.2 攤鋪機(jī)邊模板的升降一般是是通過液壓缸來控制的。在實(shí)際使用中，邊模板不能與基層間距太大，以防止漏漿嚴(yán)重，由于這一要求,攤鋪行走過程中隨著基層變化，邊模板會(huì)直接與基層接觸，使邊模板形成支承點(diǎn)，嚴(yán)重影響了成型模對混凝土的擠壓成型，坍邊嚴(yán)重。

2.3.2.3 從目前國內(nèi)施工單位來看，大多數(shù)單位攤鋪能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于攪拌的生產(chǎn)能力。實(shí)際工作中，攤鋪機(jī)的攤鋪速度不宜控制得太快?；炷翑備佀俣冗^快則會(huì)造成鋪鋪停停，會(huì)使每次起動(dòng)時(shí)設(shè)備磨損大大增加，每次停機(jī)時(shí)的停機(jī)跳點(diǎn)不可避免，會(huì)造成路面平整度很差，還會(huì)為路面不規(guī)則斷裂留下隱患。

2.3.3 攤鋪后的養(yǎng)護(hù)

混凝土路面攤鋪成型后及時(shí)養(yǎng)護(hù)也是減少斷板的主要措施。養(yǎng)護(hù)中尤其要注意對切縫時(shí)間的把握。為確定合格的切縫時(shí)間，可以通過在施工現(xiàn)場制作水泥混凝土立方體試塊進(jìn)行同條件養(yǎng)生來確定。

3 結(jié)語

通過部分工程的施工實(shí)踐，筆者深刻感到，只要注意施工中的細(xì)節(jié)，并能夠認(rèn)真對待，減少水泥混凝土路面早期斷裂并不是不可能的，會(huì)有更多高質(zhì)量的水泥混凝土公路為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)。

[1]孫忠義，王建華.公路工程試驗(yàn)工程師手冊[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]鄧學(xué)軍.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術(shù)規(guī)范[S].