市政道路工程混凝土路面開裂預防措施

盧彥輝

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450004）

1 路面裂縫的主要影響因素

本文以某市政道路工程為例，該工程所使用的混凝土標號C35抗折5.0，基層是水泥穩(wěn)定碎石層，路幅寬幅26 m。

2 混凝土路面開裂的原因

2.1 拌和物沉降與泌水造成混凝土開裂

在施工過程中，常出現(xiàn)混凝土泌水與拌和物沉降的情況，具體表現(xiàn)為原材料顆粒沉降。原材料沉降情況較嚴重時會直接導致混凝土表面產(chǎn)生沉降裂縫，沿鋼筋表面開裂。近年來，為了便于施工，使用泵送混凝土較普遍，使混凝土裂縫控制的技術(shù)難度增加，水化熱大幅度增高。造成混凝土泌水與沉降現(xiàn)象的因素較復雜，早期低氣溫季節(jié)澆注混凝土、礦渣水泥中礦渣的粉磨細度較粗以及拌和物保水性較差等，均可能造成混凝土路面開裂。

2.2 非荷載下體積變形造成混凝土開裂

非荷載下體積變形是造成混凝土開裂主要原因之一。非荷載下體積變形主要包括混凝土的塑性收縮、混凝土干濕變形、混凝土溫度變形和自身變形。

（1）塑性收縮對混凝土的影響。

塑性收縮指在新拌混凝土澆筑后，在塑性狀態(tài)發(fā)生的收縮，混凝土表面水分向外蒸發(fā)時，水分蒸發(fā)速度超過泌水速率時，會增加局部應(yīng)力，導致局部塑性收縮產(chǎn)生裂縫。影響蒸發(fā)速率的因素有空氣溫度、混凝土內(nèi)部溫度、太陽輻射、空氣濕度、環(huán)境風速等。

（2）干濕變形。

受硬化混凝土與周圍環(huán)境間的濕度梯度的影響，混凝土表面會吸收水分或向外蒸發(fā)水分，產(chǎn)生干濕變形?；炷潦芨稍镒饔卯a(chǎn)生的六個作用為塑性收縮開裂、體積收縮（干縮）、微裂縫和滲透性增大、水泥-骨料黏結(jié)弱化、抗拉強度約降低30%。此外受潮可能會因為延遲鈣礬石生成或受拆散力作用產(chǎn)生膨脹。在調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，主要遭受干燥影響的部位劣化較為顯著，特別是橋梁欄桿處最顯著。發(fā)生網(wǎng)狀開裂的程度主要取決干燥嚴重程度和混凝土對干燥收縮的易感性。

（3）溫度變形。

在路面混凝土施工中，混凝土硬化過程中會因為水化放熱升溫，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)膨脹，混凝土模量降低，產(chǎn)生的壓應(yīng)力較有限，受徐變作用的影響松弛?；炷翜囟冗_到峰值后會逐漸降溫，降溫引起收縮變形、松弛作用減小、拉應(yīng)力增加，拉應(yīng)力大于抗拉強度時，會因內(nèi)外溫差應(yīng)力造成開裂。不同溫度區(qū)域熱膨脹作用的差異，如大體積混凝土中內(nèi)部溫度較高，產(chǎn)生較大膨脹，外部則收縮，在外表混凝土中將產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生裂縫。

（4）自身變形。

除干濕變形、溫度變形以及塑性收縮產(chǎn)生的變形外，還存在自身變形的特殊混凝土表觀變形類型，具體表現(xiàn)為混凝土體積減小，又稱自身收縮。產(chǎn)生混凝土自身變形的主要原因是化學減縮，水泥、摻和料與水發(fā)生水化反應(yīng)。與干濕變形不同，混凝土結(jié)構(gòu)的水分不向外蒸發(fā)，受水遷移的影響，水泥水化過程中，水分被大量損耗，使凝膠孔的液面下降，形成彎月面，混凝土表觀體積縮小變形。

自身變收縮與干燥收縮這兩種收縮情況均是受水的遷移影響，兩者間存在一定聯(lián)系，混凝土水膠比降低時，自身收縮程度加大，干燥收縮減小?；炷了z比<0.35時，體內(nèi)相對濕度迅速降低到80%以下，自身收縮與干燥收縮兩者縮值接近。水膠比為0.17時，干燥收縮停止，自身收縮繼續(xù)發(fā)生。兩者存在較多不同，自身收縮不會產(chǎn)生失重，干燥收縮會產(chǎn)生失重，收縮方向不同，自身收縮各項同時發(fā)生，干燥收縮由表及里產(chǎn)生收縮，受水灰比影響不同，覆蓋后不出現(xiàn)干燥收縮，出現(xiàn)自身收縮，通過濕養(yǎng)護控制自身收縮的量。

3 混凝土的延伸性

混凝土的延伸性造成混凝土路面出現(xiàn)開裂病害，混凝土的延伸性主要受彈性模量、徐變作用與抗拉強度的影響。

（1）彈性模量。

彈性模量越小，收縮引起的彈性拉應(yīng)力越小。

（2）徐變作用。

徐變作用越大，應(yīng)力松弛越明顯。

（3）抗拉強度。

抗拉強度越小，拉應(yīng)力增加，導致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂的概率越大。

在收縮受約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力和由徐變釋放的應(yīng)力的相互作用下，混凝土路面出現(xiàn)早期開裂缺陷?，F(xiàn)代混凝土的特點對收縮的影響，大流動性和泵送施工在使用混凝土外加劑的前提下實現(xiàn)，傳統(tǒng)混凝土減水劑使混凝土的早期收縮顯著增大。根據(jù)泵送商品混凝土的收縮試驗，考察混凝土強度-耐久性之間的關(guān)系。

混凝土的強度普遍提高，高強混凝土在更多的建筑物中得以應(yīng)用，造成混凝土更大的早期收縮開裂傾向。

4 施工措施

4.1 水泥的選擇

應(yīng)選擇強度、干縮性與耐磨性與抗凍性能良好且符合路面施工要求的水泥原料。現(xiàn)階段，我國大中型水泥廠均能夠生產(chǎn)滿足道路施工要求的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥與礦渣硅酸鹽水泥，考慮礦渣硅酸鹽水泥的性質(zhì)，易受干縮性、強度以及水化熱的影響，出現(xiàn)早期裂縫的可能性較大，在道路工程施工應(yīng)用最多的水泥原料是普通硅酸鹽水泥。

水泥混凝土用水量受水泥標準稠度與具體用量的影響，水泥的細度與成分會對水泥稠度產(chǎn)生影響，水泥稠度會對水泥混凝土早期水化程度產(chǎn)生影響，具體表現(xiàn)為混合料中的游離水的含量，影響混凝土干濕與收縮情況。

通常情況下，混凝土C3A在水泥水化過程中發(fā)熱量最大，放熱較快，C含量大的水泥拌制的水泥混凝土溫度升高較快，整體性能較穩(wěn)定，收縮量較小，選擇水泥混凝土時盡可能選擇混凝土C3A，以保證道路工程建設(shè)質(zhì)量。

4.2 集料的級配

在選擇集料時，應(yīng)考慮骨料的級配、最大粒徑、粒形和表面特性等，確保拌制的水泥混凝土符合施工設(shè)計要求。一般情況下，混合料中的集料級配方式可以分為兩種，即連續(xù)級配和間斷級配。在其他條件相同的前提下，采用間斷級配方式配制混合料，需要投入更多的水泥量，產(chǎn)生離析現(xiàn)象的概率較小。為了預防混凝土路面的開裂，應(yīng)選擇粗顆粒含量多的集料，減少水泥添加量與用水量，實現(xiàn)控制水泥混凝土干燥收縮變形的目標。

4.3 混合料中用水量

受濕梯度的影響，處于干燥環(huán)境中的混凝土水分會向外蒸發(fā)，水泥土中的凝膠體失水轉(zhuǎn)變?yōu)榫铙w，使混凝土結(jié)構(gòu)表觀發(fā)生變化，體積收縮。若采用濕養(yǎng)護的方式，能夠有效控制水分蒸發(fā)量，控制混凝土結(jié)構(gòu)，尤其是表面混凝土的收縮量，降低收縮裂隙出現(xiàn)的可能性。

水泥混凝土在水化過程中需要的水量較少，多數(shù)水分會在調(diào)節(jié)混合料施工過程中蒸發(fā)散失，在這個過程中，受收縮約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力和由徐變釋放的應(yīng)力的影響，水泥混凝土易出現(xiàn)早期開裂。針對這一問題，設(shè)計人員應(yīng)優(yōu)化水泥混凝土配比方案，控制水灰比與單位用水量，以降低或消除早期的裂縫缺陷。

4.4 減水劑的使用

減水劑是一種水泥分散劑，將減水劑摻入混凝土中，減水劑中的表面活性物質(zhì)會吸附在水泥顆粒表面，增加水泥顆粒溶化層的厚度，使得水泥與水的界面上形成具有一定機械強度的界面膜，能夠幫助釋放水泥漿凝聚體中多余游離水，使凝聚體發(fā)生改變，形成分散性的水泥漿結(jié)構(gòu)。

在混合料中添加減水劑，能夠顯著改善混凝土的和易性，達到控制水泥添加量與用水添加量的效果。在不影響混凝土強度的前提下，摻入減水劑能夠節(jié)約10%～15%水泥用量。水泥用量不變的情況下，摻入減水劑能夠降低水灰比，有效提升混凝土的強度，如3D抗壓強度可提升至原混凝土強度的60%。

控制混凝土中水泥用水與用水量是預防混凝土路面開裂的重要措施之一，配合減水劑的添加，能夠有效提升混凝土強度，達到降低或消除混凝土早期裂縫的理想效果。在設(shè)計試驗混凝土配比時，應(yīng)充分考慮摻入減水劑的合理性與必要性，確保道路工程混凝土路面施工質(zhì)量。

4.5 加強早期養(yǎng)護

完成水泥混凝土路面攤鋪碾壓以及切縫作業(yè)后，應(yīng)及時開展養(yǎng)護作業(yè)，向路面表層噴灑養(yǎng)生劑，在表層覆蓋塑料薄膜，以降低溫度與風力變化對路面的影響，防止出現(xiàn)外部溫度過高或風力等級太大導致路面質(zhì)量問題。加強養(yǎng)護管理，確保養(yǎng)護時間≥14 d，在路面養(yǎng)護過程中不得在路面上存放雜物，不允許人員或車輛通過，保證路面結(jié)構(gòu)的完整性與成品質(zhì)量。

5 結(jié)語

綜上所述，造成市政道路工程混凝土路面開裂因素較復雜，應(yīng)根據(jù)不同的裂縫類型與成員采取個性化、針對性的處治措施，優(yōu)化路面施工方案，加強前期與后期運維管理，降低路面開裂缺陷的出現(xiàn)概率。