水泥混凝土路面裂缝成因及预防措施

　 　一、前言
　　
　　当前，水泥混凝土路面在国、省道路面改造和公路改造建设当中的应用比较普遍，水泥混凝土路面具有强度高、施工方便、工艺成熟、使用周期长等方面的卓越性能，因而受到公路建设者和使用者的亲睐。但其在施工和运营中容易出现的裂缝问题，使建设和养护费用大大增加。为了能更好地控制好水泥混凝土路面的质量，减少混凝土路面裂缝的发生，下面对公路建设当中常见的水泥混凝土路面裂缝问题以及产生的原因进行分析和探讨。
　　
　　 二、裂缝成因
　　
　　裂缝是水泥混凝土路面最常见、最普遍的质量病害。在水泥混凝土路面施工及运营过程中，其产生裂缝的原因很多，有水泥混凝土本身内在的原因，如水泥、水、集料等组成内在问题，还有外部条件如基层的质量、施工温度以及施工工艺等原因。裂缝的产生从时间上可分凝结前和凝结后两个过程。
　　
　　(一)凝结前
　　水泥在水化过程中会使混凝土的体积发生变化，主要是水泥——水体系的体积减少，这种体积的减缩叫做混凝土的塑性收缩。塑性收缩均会使混凝土发生裂缝。主要有以下几种情况：
　　1．在混凝土凝结前，砼还处于塑性状态，其组成材料的密度不同而发生沉降收缩以及平面积较大的混凝土其水平方向的收缩比垂直方向难时，都会引起形成不规则的裂纹；
　　2．当混凝土中的水泥与水发生反应，水泥水化物的体积会小于水泥和水的体积之和，加上混凝土内部自由水析出，混凝土内部会形成毛细管，毛细管张力会导致混凝土开裂；
　　3．当在干燥的基层上浇筑砼面层时，因其中的水分很快被基层吸收，使混凝土失水引起大的收缩而产生宽而深的裂缝；
　　4．在凝结前这段时间，混凝土里水泥的水化反应是一个放热的反应，这种反应将使混凝土内部温度升高，产生体积膨胀，待水化反应减慢以后，混凝土体积会收缩，因而引起应力变化而使混凝土出现裂纹。
　　
　　(二)凝结后
　　混凝土在凝结以后，混凝土强度会由于其和化学反应的持续进行而缓慢增长。因此，在这一段时间混凝土会由于其内在的原因与环境的不相适应或由于施工及材料的问题而产生裂缝，有以下几种：
　　1．收缩裂缝。混凝土置于未饱和空气中会由于水分丧失而引起干燥收缩。水分蒸发使干缩产生的拉应力大于砼的抗拉强度，使砼产生裂缝。它的主要特征是表面开裂，走向纵横交错，没有一定的规律，形似龟纹，缝宽和长度都很小。引起干缩裂缝的因素主要有：
　　(1)水泥中的硅酸二钙在干湿作用下，发生化学反应，形成具有一定膨胀性的复合无机盐晶体，这种晶体体积变化很大。另外，水泥中的铝酸三钙水化时需大量的水，养护过程中膨胀值大，干燥时收缩亦大。这两种物质含量大时干缩性亦大。
　　(2)砼中的用水量对干缩值有很大的影响，用水量与干缩值成一定正比例的线性关系，当用水量增加时，收缩量值也增加。
　　(3)骨料本身尺寸的大小与级配也会影响混凝土的收缩量。较大颗粒的骨料拌和成的混凝土收缩量会较低。级配良好时，空隙率小，砂浆含量减少，收缩值相对减少。对使用偏细砂时，由于其有较高的空隙含量，会使砼收缩值增大。骨料中含泥量大时由于粘土本身就很容易收缩，因此砼收缩值也会增大。
　　2．温度应力而产生的裂缝。在混凝土强度增长的这段时间，混凝土里水泥的水化反应是一个放热的反应，这种反应将使混凝土内部温度升高，产生体积膨胀，待水化反应减慢以后，混凝土体积会收缩，因而引起应力变化而使混凝土出现裂纹。同时，由于混凝土的传导性能较低，类似绝缘体，加上混凝土块体外部失去一些热量使混凝土形成温度梯度，在以后内部的冷却期间会产生开裂。另外，昼夜温差太大或者降雨后刮风引起路面温度骤降，均会产生较大的温度应力，在混凝土对温度的变比而引起的伸缩量超过抗拉强度时，就会发生裂缝。
　　3．基层不合格而产生裂缝。由于在铺筑面板前，对基层的纵、横向断裂没有进行彻底的修复，而基层的断裂反射到面层，会使面层断裂。另外，当基层产生非扩展性温缩、干缩裂缝时，也会使面层产生断裂。
　　4．原材料不良引起的裂缝。有以下几种情况：(1)水泥安定性不良引起的裂缝。对水泥浆的基本要求是它一旦凝结，体积不会发生很大的变化。如果煅烧水泥的原料中含有的石灰相对过多，水泥熟料锻烧不充分，氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)以游离状态存在，并且产生过量的石膏。因为它们的水化过程延迟或很慢，导致水泥已凝结硬化后继续水化而产生水化产物，又由于水化产物的体积比它原始游离caO和MgO等的体积大得多，这种在硬化的混凝土中的不均匀的体积膨胀使路面出现龟裂、断板等。
　　(2)因拌和物温度过高，而出现“假凝”现象，并使砼板块断裂。水泥拌合后不久，便产生变硬，重新搅拌后又恢复了塑性，并逐步正常硬化。这一过程中开始出现的现象即为“假凝”。这是因为水泥中含有半水石膏或无水石膏，当水泥同水拌和时，这些化合物会生产石膏，使水泥颗粒表面形成一层薄的硬壳，使砼拌和物的和易性变差，并影响后期强度。另外，内部热量不易散发，会使体积膨胀，引起混凝土裂开。这种不正常的早期固化即过早变硬现象对水泥浆体的强度并无不利影响，但却影响施工，也会造成裂缝。因此，为防止混凝土发生假凝现象，将假凝的水泥存放一定的时间或在制备混凝土时，适当延长搅拌时间。
　　(3)水及骨料中有害杂质对水泥混凝土的腐蚀。水质不纯及骨料中的有害杂质会扰乱水泥的凝结，而且会对混凝土的强度产生不利影响，并且会造成水泥砼中钢筋的锈蚀。有害杂质与砼产生反应生成易溶于水的物质，使混凝土腐蚀，强度降低，产生早期裂缝，在自然因素和车辆荷载等综合作用下，裂缝进一步扩展，导致混凝土路面板断裂。
　　(4)砂、石材料中的活性材料硅与水泥中碱产生碱骨料化学反应，使砼结构遭到破坏。集料中的活性二氧化硅与水泥中碱性氧化物(Na20和K：O)所水解生成的氢氧化物会产生化学反应，并在集料表面生成一种碱—硅酸凝胶体使骨料界面发生蚀变。这种凝胶体吸水后体积会膨胀，使砼结构破坏，出现较深的网裂。
　　
　　 三、裂缝的措施
(一)凝结前措施根据在凝结前裂缝产生的原因分析，控制和预防混凝土在这一阶段产生裂缝。首先，应降低水分从混凝土表面的蒸发速度，在混凝土尚未出现析水前，防止强风吹拂和烈日曝晒；其次，尽快修整抹面，及时养护，防止砼表面水分蒸发而干燥，并采用二次抹面，以减少表面收缩裂纹；最后，在浇筑砼前，应将基层浇湿。必须避开在高温气候条件施工，因在高温天气下，水泥水化作用加快，内部水化热不易及时散开，而产生温度裂缝，同时因水分蒸发加快，使砼迅速干燥而收缩，易产生收缩裂缝。 　　
　　(二)防止收缩裂缝
　　要预防混凝土由于干缩引起的裂缝，首先，选择合适的骨料品种、控制集料级配的准确性及含泥量至关重要。在施工过程中，应加强抽查，防止集料的级配产生波动，尽量降低集料的含泥量；其次，通过混凝土试配，优选材料和配合比，严格按配合比所设计的各种材料比例进行投料，理论配合比要转换成现场的施工配合比，防止水灰比发生变化；最后，优选水泥，尽量选用性能稳定、质量可靠的水泥产品。
　　(三)加强保温保湿养护
　　混凝土产生的裂缝很大一部分原因都是由于温度控制不当造成的，因此，控制和温度应力产生的裂缝，是混凝土施工过程中非常重要的步骤。必须严格执行施工规范所规定的施工气温，严格按照高温季节施工的规定进行，并采取相应的养护措施。同时设置伸缩缝或涨缝并且对混凝土面板进行及时切割，也是预防和避免温度应力造成面板拉裂的一条行之有效的措施。 　　
　　(四)防止反射裂缝
　　为防止面板由于基层原因产生的反射裂缝，在施工混凝土面层前，对基层应进行详细的检查，清除所有产生纵、横向断裂的基层，并使用相同的基层料重铺，同时设涨缝板横向隔开，涨缝板应与路面涨缝或缩缝上下对齐；当基层产生非扩展性温缩、干缩裂缝时，应灌沥青密封防水，还应在裂缝上粘贴油毡、土工布或土工织物，其覆盖宽度不小于1000mm，距裂缝上最窄处不得小于300mm。
　　
　　(五)加强水泥的安定性　　
　　由于水泥是工程中用量最大，而且是直接影响到工程质量的建筑，由于水泥安定性不合格具有一定的隐蔽性，如果不做检验一般很难被发现。因此水泥进入施工现场后，首先应该取样送检。每批水泥应至少取样一次，取样要有代表性，样品取好后，应及时送往检验单位试验。对于可能出现的安定性方面的问题应该以预防为主，否则一旦出现问题则难以弥补。
　　
　　(六)控制原材料质量
　　为防止水及骨料中有害杂质对水泥砼的腐蚀，应严格控制混凝土的搅拌用水、养护用水和集料的硫化物及硫酸盐的含量，因为混凝土中的硫酸盐是造成混凝土被腐蚀的最主要因素之一。因此，水、集料里的硫化物含量必须满足《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTJ F30-2003里的规定。同时，水的PH值也必须符合规范要求，不得小于4。 控制原材料的质量，另一方面也是为了杜绝或减少碱骨料反应，尽管发生这一反应的几率较少，但它在混凝土整个使用周期内都有可能发生，而且一旦发生以后，对混凝土的破坏将是致命的。因此，必须加以预防和控制，尽量采用低碱水泥和非活性集料。《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTJ F30-2003里规定：对于粗、细集料，必须进行碱集料反应试验，且经碱集料反应试验后，试件应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定试验龄期的膨胀率应小于0.10％。
　　
　　 四、结　语
　　
　　水泥砼路面裂缝的产生，其内因与外部条件，非常复杂。以目前我们的施工水平和技术管理水平，要彻底解决和消除水泥混凝土路面裂缝问题几乎是不可能的。但只要我们了解和查清致使裂缝产生的各种原因，积极采取“预防为主”的方针，就能够有效减少各种裂缝问题的产生。因此我们对某一种裂缝的产生，不应看到其孤立的一面，应综合进行分析研究，采取合理有效的技术措施，从根本上进行“综合治理”。只有这样，才能既治标又治本，才能确保水泥砼路面的工程质量，减少裂缝所造成的损失。