浅谈水泥混凝土路面裂缝的形成及其预防措施

近年来，随着国民经济的高速发展，交通运输事业也遇到了最好的时机，高等级道路的建设在社会主义现代化建设中发挥着巨大的作用，并且具有良好的发展前景。目前，我国高等级道路的发展比较迅猛，高等级路面的舒适、平坦已日益为专家所注重。我国著名混凝土裂缝专家王铁梦经过大量的研究认为：“混凝土的裂缝是不可避免的，但有害程度是可能控制的”。混凝土专家的研究说明了混凝土裂缝的普遍性与必然性，同时也指出了防止混凝土裂缝的可能性与必然性。在我国，作为高等级的水泥混凝土路面，发展十分迅速，目前，水泥混凝土路面每年的建设里程已超过1.5万公里，而且还有加速发展的趋势，但水泥混凝土路面所面临的挑战也是相当严峻的，突出的问题有：破环严重，破损速度较快，修复困难。其裂缝正成为水泥混凝土路面的质量通病之一，必须引起重视，认真分析其原因，积极采取预防措施加以防治。本文主要从水泥混凝土路面裂缝的种类、分类，产生的原因以及预防措施，谈一些浅显的看法。
一、裂缝的种类
一般来说，经常出现的混凝土路面裂缝有纵缝、横缝和浅表层发状裂缝三种。纵缝的特点为出现在通车以后，自下而上贯通，缝宽且长，延伸面积较大，不好补救，而且有可能发展成为网状裂缝，危害较大。横缝因其出现的时间不同表现为两种特征：一种出现在混凝土硬结以前，其缝短而细浅，如及时发现适当再次抹面可以缓解，一般在混凝土硬结以后终止，危害较小；另一种出现在混凝土硬结以后通车之前，缝较细，经过一段时间后，缝逐渐变宽，最后导致整块板断裂。由于断板影响了混凝土的整体强度，板块变小，加大单位面积对路基层的压力，基层易不均匀变形，板块便会变得高低不平，而且雨水易浸软路基，加速了路面的破坏，缩短了路面的使用寿命，因此，这种裂缝也是非常严重的。浅表层发状裂缝，呈不规则的五边形或六边形，缝细而浅短，连成为一片，它只是面层裂纹，不深入混凝土内部，这种龟裂可能导致面层掉皮剥落，最终造成路面的损害，所以这种裂缝影响表层的耐久性和抗磨性，也影响外观质量，在施工中也必须引起足够的重视。
二、水泥混凝土路面裂缝的分类
2.1 按裂缝在厚度方向发生程度分 ①表面裂缝。主要是由混凝土混合料过的早过快失水干缩引起的厚度方向未完全断裂的裂缝，其主要表现形式为不规则短裂缝；②贯穿裂缝。由水泥混凝土表面裂缝发展而产生的已完全折断成两块以上的裂缝（也称断板）。
2.2 按裂缝发生的方向分 ①横向裂缝。垂直于行车方向的有规则的裂缝；
②纵向裂缝。顺路方向出现的裂缝；③斜向裂缝。不平行于顺路方向及不垂直于行车方向的裂缝；④交叉裂缝。两条或两条以上相互交错的裂缝。
2.3 按裂缝发生的时期分 ①早期裂缝。混凝土路面浇注完成后，未完成硬化和开放交通就出现的断板，称为早期裂缝和施工裂缝；②使用期裂缝。混凝土路面开放交通后出现的裂缝，也称后期裂缝。
2.4 按路面损坏程度分 可分为：轻微、中等、严重三个等级
三 水泥混凝土路面裂缝产生的原因
引起水泥混凝土路面产生裂缝的根本原因在于温度应力与荷载应力超过混凝土的抗拉强度或者是混凝土的自身收缩（包括失水收缩和温度收缩）及其与基层间的强大摩擦力（包括静摩擦力和粘结剪应力）。归纳为五个方面的因素：原材料因素、混凝土配合比因素、道路基层、面层的因素、施工工艺的因素及边界因素。
3.1、原材料因素
1、水泥的安定性差，在高温煅烧时产生过多的游离氧化钙和氧化镁，遇水时，水化反应非常缓慢，且体积会膨胀，致使在已硬化的混凝土中，继续进行缓慢的水化反应，体积增大，导致混凝土裂缝。此外水泥中含有过多的石膏，硬化后生成的含水硫铝酸钙体积也会增大，也会导致混凝土裂缝。
2、水泥的水化热过高，使初期混凝土内部温度过高。这时如果一旦气温突然下降（比如夜间或冷空气南下），混凝土路面就会裂缝。
3、使用火山灰水泥或矿渣水泥做混凝土路面，也易裂缝。这是由于这两种水泥干缩率大。
4、砂石集料含泥量及有机物含量超标，附着在砂、石表面的粉尘或有机质起着隔离剂的作用，致使水泥与砂石之间的粘结不良，也会造成混凝土早期裂缝。如在三府路施工过程中，发现新浇注的混凝土路面上多处发生发射状裂缝，经分析发现石子中含有大量的风化石，吸水后体积膨胀，导致路面出现发射状裂缝。
3.2混凝土配合比因素
1、单位体积的水泥用量偏大，混凝土在空气中结硬，体积干缩是水泥引起的，砂石料是不会干缩的。水泥用量正比于混凝土的收缩率，过多的水泥用量，必然导致较大的干宿，致使混凝土裂缝。如在永明路水泥稳定碎石基层的施工中，因为工期紧，为了赶进度，早日使水稳基层达到设计强度，加大了水泥用量，结果水稳基层发生干缩裂缝，并发展到了沥青混凝土面层。
2、水灰比偏大，水泥完成水化反应所需的水灰比一般在0.27左右。在施工中为了满足混凝土和易性的需要，采用较大的水灰比。多余的水分在混凝土结硬过程中逐步蒸发，造成混凝土的空隙增大，强度降低，干缩增大，导致混凝土裂缝。
3、含砂率偏大，混凝土配合比含砂率偏大，相对来讲，必然造成单位体积混凝土的用灰量和用水量都增加，混凝土的干缩量也因此而增大，造成混凝土板块裂缝。
3.3、基层、面层的影响
1、基层施工原因①基层标高失控，造成路面厚度不一致，过薄或厚薄交界处将成为薄弱断面，在混凝土收缩时，难以承受拉应力而开裂。②基层不平整会增加其与混凝土里面的摩擦力，也易在较薄弱处产生开裂。③基层干燥会吸收混凝土拌和物中的水分，使底部混凝土失水，强度降低导致开裂。④基层压实度不足，达不到设计及规范要求，由于水文条件的变化和行车荷载作用，产生不均匀沉降，从而导致开裂。
2、面层施工原因①混凝土混和料搅拌不足或过分，振捣不密实，形成混凝土强度不足或粗细骨料离析分层，易导致早期开裂。②混凝土在拌和时，由于水化热产生较大的内外温差，其产生的温度应力大于混凝土本身的强度时就会产生裂缝。③混凝土在运输时，由于运距较长或路面不平颠簸振动作用，使混凝土混合物产生漏浆失水以及分层离析，也会使浇捣后的路面产生裂缝。④养护不及时或养护方法不当，使混凝土失去凝结硬化所需的水分，从而形成干缩裂缝。⑤没有及时进行路面切缝，混凝土在凝结硬化过程中产生较大温度应力，由热胀冷缩原理，在混凝土板较薄弱处形成不规则的贯穿裂缝，主要以横向裂缝为主。⑥施工过程中由于种种原因过早的通车，使混凝土在未达到设计强度前就承受动力荷载，也会产生早期裂缝。
3.4、施工工艺的因素
1、夏秋两季施工混凝土路面，如果是安排在上午进行，混凝土板面易裂缝。这是因为上午浇注的混凝土到晚上已经结硬，这时混凝土所发生的干缩拉应力与因夜间气温降低而导致的混凝土产生的拉应力叠加在一起，造成混凝土板面裂缝。
2、混凝土集料搅拌时间不够，导致混凝土板强度不均匀，强度低的地方会出现裂缝。
3、混凝土的振捣时间不够，造成混凝土的空隙率大，强度低，混凝土面板裂缝。混凝土的振捣时间过长，造成混凝土离析，灰浆浮在混凝土板面上，混凝土结硬后会脱皮和龟裂。
4、混凝土浇注时，因停电、机械故障、下雨等原因中断作业，再浇捣时未按施工缝处理，致使新旧混凝土交接处出现裂缝。
5、养护不及时，尤其是在气温高、空气湿度小、风大等条件下，会使混凝土表面水分蒸发过快，从而造成干缩加剧，引起混凝土裂缝。
6、切缝不及时。由于操作人员切缝时间掌握不准确、切缝深度不够或者切割机械故障而造成混凝土内部收缩应力过大，引起裂缝。
7、施工车辆过早放行。在混凝土强度不足以抵抗车辆通行产生的荷载应力时，混凝土板会产生裂缝。
8、采用真空吸水工艺时，如果因为两个吸水垫之间未重叠而导致漏吸，则漏吸处水灰比较两侧要大，因而此处的混凝土强度低，干缩量大，形成薄弱环节，致使混凝土板裂缝。
9、传力杆安装不当，上、下、左、右不平行，则会重阻碍混凝土自由收缩，故会在传力杆前、后出现裂缝。
10、在日温较大的地区或混凝土浇注后气温突然下降过大时，混凝土板出现早期裂缝。
11、拆模过早或冬季施工过早去除保温层，导致尚在硬化期的混凝土内部与表面温差较大，产生裂缝。
3.5、边界因素
1、在双幅路面施工中，已浇注一幅的收缩缝在另一幅未开始浇注前已经裂缝。当气温下降时，缩缝两边的混凝土板块收缩，这样后浇注的那幅混凝土路面还未切割的混凝土板块受到较大的位应力，就会在先浇注那幅混凝土板块的缩缝延伸拉置发生裂缝。
2、有中央分隔带路缘石的高速公路和城市道路施工中，路缘石常设有混凝土基座，因路缘石先于地面施工，当气温下降时，路缘石本身会收缩。路缘石下半部具有粗糙面会带动初期强度很低的混凝土板面在路缘石裂缝处产生边界裂缝。
3、如果混凝土路面下的稳定层已经发生裂缝，裂缝两边基层在气温下降时要收缩。由于摩擦力的作用，同样会带动上面初期混凝土面板裂缝。
4、在城市道路修建混凝土路面，有时在混凝土路面范围内有已建好的立交桥墩柱，下水道的窨井及路边缘的雨水口等。因这些建筑物的埋置深度较深，被固定在大地上，新浇的路面混凝土要收缩式伸张，受到这些建筑物的阻碍而导致裂缝。
四.预防措施
4.1 从材料上控制
1、禁止使用安定性差，强度不足的水泥。不同厂家、不同批号、不同标号的水泥不得混合使用。尽量采用旋转窑生产的水化热低、干缩量小的硅酸盐道路水泥或普通硅酸盐水泥。
2、在夏季施工时，不应使用早强型水泥。
3、在混凝土路面施工中不宜使用火山灰水泥或矿渣水泥。
4、砂、碎石、砾石集料含泥量超标时，应更换料源，粗细骨料的含泥量一般不能超过3%，石子应该有一定的硬度和抗压碎能力，粒径不得大于40mm,砂应选用洁净的中砂，骨料的级配应良好，以确保混凝土拌合物具有足够的强度。
4.2从配合比上控制
1、在满足混凝土强度的要求下，减少水泥的用量。路面混凝土要首选标号高的硅酸盐道路水泥或硅酸盐水泥。
2、路面混凝土要选择水灰比小、含砂率小的配合比，同时要严格控制混凝土配合比，水泥用量误差控制在1%以内。
3、及时测试砂、石材料的含水量，以便调整用水量，保持水灰比准确。改善和易性可使用合适的减水剂。用水量误差不超过1%，外加剂误差控制在2%以内。严格采取加水的方法改善混凝土的和易性。
4、采用电子称或其它现代化配料机械设备准确配料，不采用手推车，按车计量配料方法。集料称量误差在3%以内。
5、低砂率和多级级配能有效地提高混凝土的密集度，减少混凝土的塑性收缩空间，减少裂缝。
6、采用真空吸水工艺，真空吸水可以吸出多余的水分，有效的提高混凝土的早期强度，防止出现早期裂缝。
4.3、从基层、面层控制
1、基层质量的控制①基层应采用水泥稳定类基层，有条件的地方建议采用水泥稳定风化料基层。应控制水泥的含量，不宜过高，也不宜过低，过高容易产生裂缝，过低强度不够，稳定性差。水泥含量一般控制4—5%为宜。②建议采用厂拌法拌合基层料，能保证拌合物的均匀性和配料准确，质量容易控制。③基层施工时，采用拉钢线的方法严格控制顶面标高和平整度，按照规范要求进行碾压，确保基层的压实度达到95%。④加强基层的养护工作，在混凝土路面施工之前应保证基层面的湿润状态。⑤为减少混凝土与基层之间的摩阻力，建议采取在基层面上加铺塑料薄膜或洒布粘层油的方法。
2、 混凝土面层的质量控制①应保证混凝土拌合物的和易性，准确掌握配合比和用水量。采用机械拌合时间不得少于90s，掺外加剂时，搅拌时间应适当延长。若集料温度过高，应采取降温措施再配料拌合。原材料进入搅拌筒的顺序为石子水泥砂。②混凝土路面施工前，应保证各种机械的正常运转，提前做好各种准备工作，保证施工的连续性。③加强振捣，采用插入式振捣器与振动梁配合施工。插入式振捣器振捣完毕后，再用振动梁进一步振捣找平，沿混凝土表面拖拉振实，移动速度应均匀缓慢，发现缺料处，应及时填料，多余的集料适当铲除，此项工作由专人负责。振动梁应往返两次，第一次为填料找平，第二次为进一步找平振捣，切实提高混凝土的密实度。④加强混凝土路面的养生工作。在混凝土抹面工作2h后，用手指轻压混凝土表面没有痕迹时开始进行。一般采用草帘覆盖，上面洒水湿润，洒水次数应保证混凝土表面有足够湿度。养护时间不得少于14d，具体时间应视气温而定。⑤及时的切缝是减少混凝土产生裂缝的有效措施，应采用多台切缝机同时作业，以保证切缝及时。具体切缝时间应以混凝土强度达到8.0Mpa以上时进行，切缝深度为混凝土板厚的1/3~1/4。有资料表明：软切缝工艺可提前切缝时间，预防混凝土路面断板。⑥加强交通管制，在混凝土养护期间，严禁机动车辆和行人通行，在达到设计强度的40%后（约3d），方可准许行人通行。
4.4从施工工艺上控制
1、夏季进行混凝土路面施工，要安排在晚上进行。因为夜间气温低，待次日上午，混凝土结硬所发生的收缩拉应力被因气温升高混凝土所发生的压应力抵消了相当大一部分，所以能有效地避免混凝土板裂缝。
2、混凝土的拌和时间要根据机械性能准确掌握，拌和好了的混凝土用眼睛看要颜色均匀一致、干湿一致。
3、混凝土振捣要均匀密实，避免漏振或过振现象发生。
4、混凝土拌和时，若集料温度过高，应采取降温措施后再配料拌和。当采用洒水降温时，应及时测定含水量，调整拌和用水量，保证水灰比不致增大。
5、混凝土路面施工开盘前，要仔细检查发电机、振动梁、运输等机具设备，确保其完好。施工现场要有备用机具，严禁机具带病作业。运输道路要畅通无阻，确保施工时的连续性。对于气候突变、停电、停料等情况，应提前做好准备，如调整工序，暂停混凝土路面施工，接头处要按施工缝处理，如有条件，最好采用双回路电源，准备备用工具，以保证施工的连续性。
6、重视混凝土板面养生，混凝土在水中结硬体积不但不会收缩，反而略有膨胀，原因是有少量水会渗透到混凝土中去。比如水下混凝土，尽管水灰比大，水泥用量大，含砂率也高，但不会裂缝就是这个道理。
7、采用优质养护剂或湿法养护，不能采用没有覆盖物的洒水养护方法。同时必须要保证养护的时间，实际养护天数根据混凝土强度增长情况定，一般宜为14-21d。要掌握好喷洒养护剂的时间，过早易破坏成面效果，晚则易出现早期裂缝。
8、根据季节及温度情况、施工规范要求，保证拆模时间不早于最早拆模时间。
9、及时切缝，根据施工现场气温及水泥品种试验确定最早切缝时间。碎石混凝土最佳切割抗压强度为6.0～12.0Mpa，砾石为9.0～12.0Mpa。切缝过早，切缝两边有碎落和松动现象发生；切缝太迟，混凝土板就会出现裂缝。气温高，混凝土强度增长快，切割的时间要提早，温差大，切割时间也要提早。切缝浓度不宜少于板厚的1/4。也不宜多于板厚的1/3。
10、控制混凝土路面开放交通的时间。一般需要待混凝土强度达到设计强度时才开放交通，最早也要达到设计强度的80%才能开放交通。
11、采用真空吸水工艺时，一定要注意两个吸垫之间重叠15cm左右，避免漏吸。
12、正确安装传力杆，传力杆的轴线方向要与切割面垂直。为防止在混凝土振捣时传力杆上、下、左、右翘动，可采用双筋支架或双模板控制。传力杆要按设计要求，均匀涂沥青隔层或套塑料管。
13、在昼夜温差较大的季节或地区施工路面时，在振捣完毕后，即设遮阳棚，避免阳光直接照射，在遮阳棚内进行抹平要在混凝土初凝后，终凝前进行。对混凝土路面进行二次收浆抹平是一道很重要的工序，对防止混凝土早期裂缝有很好的效果。
4.5从边界因素上控制
1、要尽早沿着先浇混凝土板面的切缝方向，将后浇注的面板切缝。
2、有中央分隔带、路缘石等结构物时，应在与路面混凝土接触面涂沥青，使双方都能自由伸缩。
3、在混凝土路面内有立交桥的墩柱、窨井及雨水口时，要在墩柱、窨井及雨水口周围设置伸缩缝，使路面混凝土能够不受墩柱、窨井和雨水口的阻挡自由地收缩。
五、结束语
王铁梦教授曾经说过：我们永远不可能战胜裂缝，不可能消灭裂缝，不可能杜绝裂缝，只能控制裂缝，允许无害裂缝的存在，要求不出现和少出现有害裂缝，并把无害裂缝减少到最低限度。这说明了混凝土这种特殊材料产生裂缝的必然性和正常性，要防治混凝土路面早期裂缝，必须从原材料、设计、施工等各个环节重视质量，严格按标准、规程、规范办事，严格各个检查、试验、监理、监督环节，采取有效的设备、机械、精心设计、精心施工。不合格材料坚决不入场，不合格设备、机械坚决不使用，不合格的工艺不许开工，不应该施工的时间不作业。要进行充分调研，进行必要试验，安排一定试验路段，不断总结经验，指导生产。