某機(jī)場道面混凝土施工裂縫防治

陳玉華

摘 要：針對西北干旱地區(qū)某機(jī)場現(xiàn)澆混凝土道面板在施工過程中出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象，綜合考慮環(huán)境條件和工程特點(diǎn)，從環(huán)境條件、材料選用和施工工藝等方面分析裂縫產(chǎn)生的原因，并提出相應(yīng)的防治措施，在實(shí)踐中取得了顯著的效果，可供西北干旱地區(qū)道面混凝土施工參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)場道面； 混凝土裂縫； 防治技術(shù)

1.引言

西北某機(jī)場，位于沙漠邊緣，屬溫帶大陸性干燥氣候，陽光充足，晝夜溫差大。機(jī)場道面設(shè)計(jì)要求為24cm厚水泥混凝土面層，直接式蓋被。春季試打，夏季施工。施工初期道面即出現(xiàn)大量塑性裂縫，嚴(yán)重的在終凝前達(dá)10～100cm長，1～2mm寬。施工單位采取在拉毛后及時(shí)覆蓋塑料膜保水的措施，消除了塑性裂縫的產(chǎn)生，但在切縫彈線和切割時(shí)又產(chǎn)生大量可見裂縫。裂縫的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了工程的質(zhì)量和進(jìn)度，并且對于服役工作環(huán)境較嚴(yán)酷的道面板而言，裂縫的存在會(huì)影響道面的耐久性和安全使用[1，2]?；炷恋脑缙陂_裂是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象，影響混凝土早期開裂的因素也是復(fù)雜的。本文主要針對該機(jī)場混凝土施工特點(diǎn)及存在問題，綜合工程特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，從材料、施工和管理等各方面進(jìn)行分析，探討西北干旱地區(qū)道面混凝土早期裂縫的成因及防治措施。

2.早期裂縫原因分析

影響混凝土早期開裂的因素很多，除了自收縮和干燥收縮外，還有早期的彈模、抗拉強(qiáng)度、極限拉應(yīng)變、徐變等；除此又與水蒸發(fā)速率、降溫速率、結(jié)構(gòu)約束程度有較大的關(guān)系[3]。針對該機(jī)場施工中出現(xiàn)裂縫的情況，對環(huán)境特點(diǎn)、進(jìn)場材料、施工工藝等方面進(jìn)行調(diào)查分析，認(rèn)為該機(jī)場早期裂縫的產(chǎn)生，主要是由環(huán)境、材料和施工三方面因素造成的。

2.1 環(huán)境因素

環(huán)境因素包括有氣溫、濕度、風(fēng)速以及陽光輻射強(qiáng)度等。該機(jī)場處于北方沙漠干旱地區(qū)，陽光輻射強(qiáng)烈，氣候特別干燥且多風(fēng)，新拌混凝土大面積暴露于外部環(huán)境之中，面層砂漿失水過快從而產(chǎn)生大量塑性收縮裂縫。另外，當(dāng)?shù)貧鉁剌^高，外界溫度越高，水泥水化反應(yīng)速度越快，水化放熱集中，從而使內(nèi)部溫升較高。而當(dāng)?shù)貧鉁貢円箿夭畲?，在早晨氣溫較低的情況下，掀開覆蓋層切縫彈線、切割時(shí)又會(huì)使混凝土降溫過快，從而產(chǎn)生大量可見裂縫。

2.2 材料因素

2.2.1 水泥

本場使用P·Ⅱ42.5等級(jí)散裝水泥，C3S含量為58～60%，C2S含量為14～20%，C3A含量約為8～10%，C4AF含量為14～18%。經(jīng)抽檢各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB175質(zhì)量要求。出現(xiàn)裂縫可能與以下因素有關(guān)：

（1）水泥開裂敏感性大。本場使用水泥顆粒很細(xì)，比表面積達(dá)到430-480m2/kg，需水量增大，容易產(chǎn)生收縮裂紋。C3S、C3A含量較多，混凝土澆筑后凝結(jié)硬化快，水化放熱量大而集中，使得混凝土本體溫差更大，極易產(chǎn)生裂縫。

（2）水泥用量較多。該機(jī)場配合比設(shè)計(jì)，每立方混凝土水泥用量為338kg。水泥用量偏多會(huì)增加水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)收縮和因水泥水化熱的增加而導(dǎo)致的溫度變形。每立方混凝土每增加或減少1kg水泥，則混凝土溫度提高或降低約1℃，水泥用量越大，水化熱也越多，對混凝土抗裂性越不利。

（3）水泥進(jìn)場溫度過高。該機(jī)場使用的散裝水泥，運(yùn)送到現(xiàn)場溫度均在60～70℃，泵送入水泥儲(chǔ)存罐后溫度又有所上升，從而提高了混凝土拌合物的溫度，加上水泥水化熱引起的溫升，使剛鋪筑的道面板混凝土的溫度比周圍環(huán)境溫度高出許多。混凝土在降溫過程中，尤其是在溫度較低的夜晚和早晨，會(huì)產(chǎn)生熱收縮。熱收縮受到基層摩阻力的約束，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力，引起混凝土的開裂。

2.2.2 骨料品質(zhì)

該機(jī)場使用碎石為花崗巖，長石含量高，熱膨脹系數(shù)較大。砂為中粗砂，含泥量較大，達(dá)到了3～3.5%。砂石中含泥量偏大，妨礙了水泥與砂石之間的咬合粘結(jié)，弱化了砂石界面結(jié)構(gòu)，降低了界面強(qiáng)度，也降低了混凝土的強(qiáng)度，加劇了裂縫情況的產(chǎn)生。

2.3 施工原因

（1）施工時(shí)間。施工時(shí)間為7、8月份，工期為60天。白天氣溫較高，經(jīng)過曝曬的基層舊道面溫度較高，提升了混凝土拌合物的溫度。晝夜溫差均大于10℃，最高達(dá)到了22℃，使混凝土經(jīng)歷急速的降溫過程，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。施工期間經(jīng)常有4-5級(jí)的干燥熱風(fēng)，加劇了混凝土面層的水分蒸發(fā)。

（2）施工工藝。本機(jī)場采用拉毛工藝，為滿足抗滑指標(biāo)，面層必須有一定厚度的砂漿才能拉出滿足設(shè)計(jì)要求的紋理深度。而當(dāng)?shù)囟囡L(fēng)，陽光輻射強(qiáng)烈，空氣濕度低，氣候特別干燥，面層砂漿失水過快從而產(chǎn)生大量塑性收縮裂縫。

（3）切縫時(shí)機(jī)。在早晨掀起覆蓋混凝土道面的塑料布進(jìn)行切縫時(shí)，產(chǎn)生大量可見裂縫。這是因?yàn)闀円箿夭畲螅谒療岣叻迤谙破鹚芰喜际沟没炷两禍剡^快，混凝土表面接觸溫度較低的環(huán)境產(chǎn)生裂縫。

3.早期裂縫防治技術(shù)

混凝土是一種非勻質(zhì)的復(fù)雜多相復(fù)合材料，在其微觀結(jié)構(gòu)相組成之間主要的結(jié)合力是范德華力，因此其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度。當(dāng)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。在實(shí)際施工中，影響開裂的因素是復(fù)雜的，多方面的，控制裂縫也應(yīng)從整體論出發(fā)，根據(jù)當(dāng)?shù)?、?dāng)時(shí)的環(huán)境氣候，原材料供應(yīng)情況，可能采取的方案措施等來綜合防治混凝土的早期裂縫。針對北方干旱地區(qū)的機(jī)場道面混凝土施工特點(diǎn)，應(yīng)采取以下措施來防治混凝土的早期裂縫。

3.1 材料方面

（1）選用合適品種的水泥，改變水泥的礦物組成，降低水泥的細(xì)度。選用開裂敏感性小的水泥（低C3S、C3A含量，低堿含量，低比表面積）。水泥的水化熱與水泥的礦物組成和性質(zhì)密切相關(guān)，要減小水泥的水化熱，必須降低熟料中的C3S和C3A含量，相應(yīng)提高C2S和C4AF的含量[4]。本場所用水泥經(jīng)與水泥廠協(xié)調(diào)，降低了C3S和C3A含量（C3S<55%、C3A<5%），降低了水泥的細(xì)度，使水泥的比表面積小于400m2/kg，有效降低了水泥的水化放熱量，減小了溫差。

（2）摻用外加劑和摻合料，減少單位水泥用量。水泥的用量越大，產(chǎn)生的水化熱越多，因此在不改變其他性能的條件下，盡可能減少水泥用量。摻用部分粉煤灰取代部分水泥，在道面混凝土中，粉煤灰的摻量一般為25%～30%[5]。本場采用北京科寧空港外加劑有限公司生產(chǎn)的ADD-3引氣型緩凝高效減水劑，每立方混凝土水泥用量為280Kg，摻加25%的Ⅱ級(jí)粉煤灰，有效延長了水泥水化放熱時(shí)間。

（3）大量試驗(yàn)結(jié)果表明，在新拌混凝土中摻加合成纖維可有效防止混凝土早期塑性收縮裂縫[6]。該機(jī)場道面混凝土中摻加了0.1%的改性聚酯纖維，混凝土攪拌時(shí)間延長了30s，纖維分散性很好，充分發(fā)揮了阻裂作用，基本消除了早期塑性收縮裂縫現(xiàn)象。

（4）降低水泥的進(jìn)場溫度。在現(xiàn)場增加了水泥儲(chǔ)存罐，使水泥降溫后再使用，對降低拌合物溫度，控制裂縫的產(chǎn)生起到積極作用。

（5）選用優(yōu)質(zhì)骨料。選取級(jí)配好，雜質(zhì)少的砂石材料。嚴(yán)格控制砂子的含泥量不超過2%，石子的含泥量不超過1%[7]，有效減少了收縮開裂現(xiàn)象。

3.2 施工方面

（1）合理選擇施工時(shí)機(jī)。施工工期盡量避開炎熱干燥的夏季，選擇9、10月份施工。夏季施工時(shí)避開高溫天氣，將澆筑時(shí)間改在下午4點(diǎn)以后或者晚上施工。白天施工要設(shè)遮陽棚，防止太陽曝曬。刮風(fēng)天氣，風(fēng)速很大時(shí)一般不宜施工，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置擋風(fēng)帶，避免干熱風(fēng)直接吹混凝土表面。雷雨天氣還應(yīng)設(shè)置防雨棚，可以防止雨淋而導(dǎo)致混凝土表面溫度驟降而產(chǎn)生裂縫。

（2）選擇合理的施工工藝。對于北方干燥沙漠地區(qū)，道面抗滑粗糙度應(yīng)采用刻槽工藝，而不宜采用拉毛工藝。另外，增加抹面次數(shù)也可以減少混凝土表面的開裂程度。在混凝土初凝后對其進(jìn)行抹面，可以把原來處于裸露狀態(tài)下出現(xiàn)的一些表面裂縫抹掉；并可以封堵毛細(xì)孔，減小水分的蒸發(fā)速率；抹面還可以使混凝土表面更加密實(shí)，提高其表面強(qiáng)度，防止混凝土的表面起粉。

（3）采取適當(dāng)?shù)慕禍?、保濕措施。澆筑前?yīng)對原道面或基層灑水降溫，盡量降低混凝土拌和物接觸的環(huán)境溫度。拉毛后應(yīng)及時(shí)覆蓋塑料布保水。覆蓋塑料布可以完全阻止新拌混凝土內(nèi)部的水分蒸發(fā)，使整個(gè)混凝土板處于同一濕度條件下養(yǎng)護(hù)，消除了濕度梯度的影響。養(yǎng)生時(shí)采用噴灑養(yǎng)護(hù)劑的保水養(yǎng)護(hù)措施，避免混凝土早期由于干燥收縮而導(dǎo)致的開裂。

（4）選擇合適的切縫時(shí)機(jī)?；炷龄佒r(shí)，布料要均勻，振搗要密實(shí)，防止混凝土收縮而產(chǎn)生裂縫。連續(xù)澆筑一次不宜超過100m。及時(shí)切縫的目的就是要縮小混凝土道面板的長度，減小其收縮變形。由于晝夜溫差大，切縫時(shí)機(jī)一定要根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁厍闆r、混凝土強(qiáng)度增長情況來掌握，防止收縮拉應(yīng)力過大引起斷板。

4.結(jié)語

采取上述綜合措施，該機(jī)場有效防止了早期裂縫的產(chǎn)生，混凝土的強(qiáng)度、表觀質(zhì)量大大提高，竣工驗(yàn)收時(shí)被評為優(yōu)質(zhì)工程。在西北地區(qū)的機(jī)場道面混凝土施工中，混凝土的早期開裂是一個(gè)比較普遍的現(xiàn)象，而影響混凝土早期開裂的原因也是復(fù)雜的。混凝土道面鋪筑時(shí)，應(yīng)綜合考慮環(huán)境條件、材料選擇、配合比設(shè)計(jì)和施工技術(shù)等多方面因素。選用合適品種的水泥，盡可能減少水泥用量，選用優(yōu)質(zhì)骨料，選擇合理的施工時(shí)機(jī)與施工工藝，采取適當(dāng)?shù)慕禍乇翊胧?，選擇合適的切縫時(shí)機(jī)等，可以有效防治早期裂縫的出現(xiàn)，提高道面鋪筑質(zhì)量，確保其設(shè)計(jì)使用功能，延長道面使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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[3] P.K.Mehta， et al.Concrete：Microstructure， Properties and Materials. Third Edition.NewYork：MeGral Hall，2005.

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[6] 岑國平、朱志遠(yuǎn)、王碩太等.道面合成纖維混凝土性能的試驗(yàn)與比較[J].混凝土，2008（6）：45-46.49.

[7] GJB1112A-2004. 軍用機(jī)場場道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

（2）摻用外加劑和摻合料，減少單位水泥用量。水泥的用量越大，產(chǎn)生的水化熱越多，因此在不改變其他性能的條件下，盡可能減少水泥用量。摻用部分粉煤灰取代部分水泥，在道面混凝土中，粉煤灰的摻量一般為25%～30%[5]。本場采用北京科寧空港外加劑有限公司生產(chǎn)的ADD-3引氣型緩凝高效減水劑，每立方混凝土水泥用量為280Kg，摻加25%的Ⅱ級(jí)粉煤灰，有效延長了水泥水化放熱時(shí)間。

（3）大量試驗(yàn)結(jié)果表明，在新拌混凝土中摻加合成纖維可有效防止混凝土早期塑性收縮裂縫[6]。該機(jī)場道面混凝土中摻加了0.1%的改性聚酯纖維，混凝土攪拌時(shí)間延長了30s，纖維分散性很好，充分發(fā)揮了阻裂作用，基本消除了早期塑性收縮裂縫現(xiàn)象。

（4）降低水泥的進(jìn)場溫度。在現(xiàn)場增加了水泥儲(chǔ)存罐，使水泥降溫后再使用，對降低拌合物溫度，控制裂縫的產(chǎn)生起到積極作用。

（5）選用優(yōu)質(zhì)骨料。選取級(jí)配好，雜質(zhì)少的砂石材料。嚴(yán)格控制砂子的含泥量不超過2%，石子的含泥量不超過1%[7]，有效減少了收縮開裂現(xiàn)象。

3.2 施工方面

（1）合理選擇施工時(shí)機(jī)。施工工期盡量避開炎熱干燥的夏季，選擇9、10月份施工。夏季施工時(shí)避開高溫天氣，將澆筑時(shí)間改在下午4點(diǎn)以后或者晚上施工。白天施工要設(shè)遮陽棚，防止太陽曝曬。刮風(fēng)天氣，風(fēng)速很大時(shí)一般不宜施工，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置擋風(fēng)帶，避免干熱風(fēng)直接吹混凝土表面。雷雨天氣還應(yīng)設(shè)置防雨棚，可以防止雨淋而導(dǎo)致混凝土表面溫度驟降而產(chǎn)生裂縫。

（2）選擇合理的施工工藝。對于北方干燥沙漠地區(qū)，道面抗滑粗糙度應(yīng)采用刻槽工藝，而不宜采用拉毛工藝。另外，增加抹面次數(shù)也可以減少混凝土表面的開裂程度。在混凝土初凝后對其進(jìn)行抹面，可以把原來處于裸露狀態(tài)下出現(xiàn)的一些表面裂縫抹掉；并可以封堵毛細(xì)孔，減小水分的蒸發(fā)速率；抹面還可以使混凝土表面更加密實(shí)，提高其表面強(qiáng)度，防止混凝土的表面起粉。

（3）采取適當(dāng)?shù)慕禍?、保濕措施。澆筑前?yīng)對原道面或基層灑水降溫，盡量降低混凝土拌和物接觸的環(huán)境溫度。拉毛后應(yīng)及時(shí)覆蓋塑料布保水。覆蓋塑料布可以完全阻止新拌混凝土內(nèi)部的水分蒸發(fā)，使整個(gè)混凝土板處于同一濕度條件下養(yǎng)護(hù)，消除了濕度梯度的影響。養(yǎng)生時(shí)采用噴灑養(yǎng)護(hù)劑的保水養(yǎng)護(hù)措施，避免混凝土早期由于干燥收縮而導(dǎo)致的開裂。

（4）選擇合適的切縫時(shí)機(jī)?；炷龄佒r(shí)，布料要均勻，振搗要密實(shí)，防止混凝土收縮而產(chǎn)生裂縫。連續(xù)澆筑一次不宜超過100m。及時(shí)切縫的目的就是要縮小混凝土道面板的長度，減小其收縮變形。由于晝夜溫差大，切縫時(shí)機(jī)一定要根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁厍闆r、混凝土強(qiáng)度增長情況來掌握，防止收縮拉應(yīng)力過大引起斷板。

4.結(jié)語

采取上述綜合措施，該機(jī)場有效防止了早期裂縫的產(chǎn)生，混凝土的強(qiáng)度、表觀質(zhì)量大大提高，竣工驗(yàn)收時(shí)被評為優(yōu)質(zhì)工程。在西北地區(qū)的機(jī)場道面混凝土施工中，混凝土的早期開裂是一個(gè)比較普遍的現(xiàn)象，而影響混凝土早期開裂的原因也是復(fù)雜的。混凝土道面鋪筑時(shí)，應(yīng)綜合考慮環(huán)境條件、材料選擇、配合比設(shè)計(jì)和施工技術(shù)等多方面因素。選用合適品種的水泥，盡可能減少水泥用量，選用優(yōu)質(zhì)骨料，選擇合理的施工時(shí)機(jī)與施工工藝，采取適當(dāng)?shù)慕禍乇翊胧?，選擇合適的切縫時(shí)機(jī)等，可以有效防治早期裂縫的出現(xiàn)，提高道面鋪筑質(zhì)量，確保其設(shè)計(jì)使用功能，延長道面使用壽命。

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（2）摻用外加劑和摻合料，減少單位水泥用量。水泥的用量越大，產(chǎn)生的水化熱越多，因此在不改變其他性能的條件下，盡可能減少水泥用量。摻用部分粉煤灰取代部分水泥，在道面混凝土中，粉煤灰的摻量一般為25%～30%[5]。本場采用北京科寧空港外加劑有限公司生產(chǎn)的ADD-3引氣型緩凝高效減水劑，每立方混凝土水泥用量為280Kg，摻加25%的Ⅱ級(jí)粉煤灰，有效延長了水泥水化放熱時(shí)間。

（3）大量試驗(yàn)結(jié)果表明，在新拌混凝土中摻加合成纖維可有效防止混凝土早期塑性收縮裂縫[6]。該機(jī)場道面混凝土中摻加了0.1%的改性聚酯纖維，混凝土攪拌時(shí)間延長了30s，纖維分散性很好，充分發(fā)揮了阻裂作用，基本消除了早期塑性收縮裂縫現(xiàn)象。

（4）降低水泥的進(jìn)場溫度。在現(xiàn)場增加了水泥儲(chǔ)存罐，使水泥降溫后再使用，對降低拌合物溫度，控制裂縫的產(chǎn)生起到積極作用。

（5）選用優(yōu)質(zhì)骨料。選取級(jí)配好，雜質(zhì)少的砂石材料。嚴(yán)格控制砂子的含泥量不超過2%，石子的含泥量不超過1%[7]，有效減少了收縮開裂現(xiàn)象。

3.2 施工方面

（1）合理選擇施工時(shí)機(jī)。施工工期盡量避開炎熱干燥的夏季，選擇9、10月份施工。夏季施工時(shí)避開高溫天氣，將澆筑時(shí)間改在下午4點(diǎn)以后或者晚上施工。白天施工要設(shè)遮陽棚，防止太陽曝曬。刮風(fēng)天氣，風(fēng)速很大時(shí)一般不宜施工，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置擋風(fēng)帶，避免干熱風(fēng)直接吹混凝土表面。雷雨天氣還應(yīng)設(shè)置防雨棚，可以防止雨淋而導(dǎo)致混凝土表面溫度驟降而產(chǎn)生裂縫。

（2）選擇合理的施工工藝。對于北方干燥沙漠地區(qū)，道面抗滑粗糙度應(yīng)采用刻槽工藝，而不宜采用拉毛工藝。另外，增加抹面次數(shù)也可以減少混凝土表面的開裂程度。在混凝土初凝后對其進(jìn)行抹面，可以把原來處于裸露狀態(tài)下出現(xiàn)的一些表面裂縫抹掉；并可以封堵毛細(xì)孔，減小水分的蒸發(fā)速率；抹面還可以使混凝土表面更加密實(shí)，提高其表面強(qiáng)度，防止混凝土的表面起粉。

（3）采取適當(dāng)?shù)慕禍?、保濕措施。澆筑前?yīng)對原道面或基層灑水降溫，盡量降低混凝土拌和物接觸的環(huán)境溫度。拉毛后應(yīng)及時(shí)覆蓋塑料布保水。覆蓋塑料布可以完全阻止新拌混凝土內(nèi)部的水分蒸發(fā)，使整個(gè)混凝土板處于同一濕度條件下養(yǎng)護(hù)，消除了濕度梯度的影響。養(yǎng)生時(shí)采用噴灑養(yǎng)護(hù)劑的保水養(yǎng)護(hù)措施，避免混凝土早期由于干燥收縮而導(dǎo)致的開裂。

（4）選擇合適的切縫時(shí)機(jī)?；炷龄佒r(shí)，布料要均勻，振搗要密實(shí)，防止混凝土收縮而產(chǎn)生裂縫。連續(xù)澆筑一次不宜超過100m。及時(shí)切縫的目的就是要縮小混凝土道面板的長度，減小其收縮變形。由于晝夜溫差大，切縫時(shí)機(jī)一定要根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁厍闆r、混凝土強(qiáng)度增長情況來掌握，防止收縮拉應(yīng)力過大引起斷板。

4.結(jié)語

采取上述綜合措施，該機(jī)場有效防止了早期裂縫的產(chǎn)生，混凝土的強(qiáng)度、表觀質(zhì)量大大提高，竣工驗(yàn)收時(shí)被評為優(yōu)質(zhì)工程。在西北地區(qū)的機(jī)場道面混凝土施工中，混凝土的早期開裂是一個(gè)比較普遍的現(xiàn)象，而影響混凝土早期開裂的原因也是復(fù)雜的?；炷恋烂驿佒r(shí)，應(yīng)綜合考慮環(huán)境條件、材料選擇、配合比設(shè)計(jì)和施工技術(shù)等多方面因素。選用合適品種的水泥，盡可能減少水泥用量，選用優(yōu)質(zhì)骨料，選擇合理的施工時(shí)機(jī)與施工工藝，采取適當(dāng)?shù)慕禍乇翊胧x擇合適的切縫時(shí)機(jī)等，可以有效防治早期裂縫的出現(xiàn)，提高道面鋪筑質(zhì)量，確保其設(shè)計(jì)使用功能，延長道面使用壽命。

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