混凝土施工中关于断裂方面问题的解读

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摘要：混凝土路面板块的断裂有其多方面的原因，现实项目运行中应从设计、施工、材料等各方面加以控制，我国高等级公路断裂数规范允许值为2%，一般公路为1%，但混凝土路面板块断裂在施工中时有发生，因此分析断裂原因，并采取有效的预防措施是十分必要的。本文主要从材料及施工角度对断裂情况进行分析，并针对混凝土路面断裂提出相应的预防措施。

关键词：混凝土路面断裂防治

【分类号】：U41

前言：

现在我国公路建设正进行得热火朝天，路面结构形式多样，有泥结碎石路面、块石路面、沥青路面、水泥混凝土路面等。在高等级公路建设中水泥混凝土路面以其强度高、稳定性好、耐久性好、养护维修费用低、经济效益高、有利于夜间行车的特点而受到人们的青睐。水泥混凝土路面损坏后修复困难也是限制水泥混凝土路面进一步推广应用的主要障碍。关于混凝土路面的损伤断裂，本文从以下几方面分析了水泥混凝土路面的断裂破坏。

1混凝土路面断裂的原因及其影响

混凝土路面断裂的主要原因是由于混凝土内温度应力和荷载应力（如约束应力）大于混凝土的抗拉强度而造成的。主要原因有以下几种：①混凝土的初期收缩应力大于抗拉强度而引起的横向裂缝；②混凝土板尺寸过大产生的温度翘曲应力大于抗拉强度引起的横向裂缝；③地基不均匀沉降造成混凝土板受力不均匀产生的剪切应力大于抗拉强度引起的横向、纵向、或角隅断裂；④混凝土与基层的摩擦力过大使混凝土收缩受到约束产生约束变形，增大了收缩应力导致混凝土板断裂。在施工过程中各个环节对混凝土板断裂的影响主要表现在：

1.1 原材料影响

①水泥影响，水泥影响主要是安定性和水化热。安定性差是水泥中游离氧化钙过量，导致水化慢，硬化后继续起水化作用，破坏已硬化的水泥胶结物致使混凝土抗拉强度下降；水泥水化热高、收缩大容易增大温度应力和收缩应力导致断裂。②集料含泥量与有机质含量过大引起混凝土路面早期断裂。

1.2 基层影响

①基层不平整使界面摩擦力增大，导致断裂；在薄弱断面易开裂；在过薄或过厚交界处，混凝土形成不均匀收缩易开裂。②基层干燥从而吸收混凝土中水份，使混凝土底部失水，降低强度导致开裂。③用松散材料处理基层标高或不平整，使混凝土下部水份损失，强度降低导致开裂。

1.3 混凝土配合比影响

①单位水泥用量偏大，使水化热和收缩增加；水泥用量低，强度不足，都易导致混凝土路面早期断裂。②水灰比影响。水泥水化的最低限为0.26～0.29，施工时可根据和易性的需要增加，但一般要求不大于0.45，水灰比过大将增加混凝土初期骨料表面的水膜厚度，降低强度，导致混凝土路面断裂。

1.4 施工工艺的影响

由于搅拌时间短或过长、原材料计量不准确导致配合比改变、混凝土拌合料停留时间过长而导致拌合料离析，以及振捣不密实形成强度不足或不均匀，易导致混凝土早期强度开裂。②拌合料温度过高，加上水泥的水化热造成混凝土硬化过程中温度收缩应力增大导致开裂。③切缝不及时或切缝深度不够是施工工艺不当造成开裂的主要原因。如果能在混凝土成型终凝后立即切缝，裂缝只会发生在切缝处，即可防止不规则的早期裂缝，如果切缝前遇到气温骤降，则极易发生不规则裂缝。④由于养护不及时或养护方法不当造成开裂。尤其是保温、保湿措施不到位、风速大造成混凝土内外温差大、表面水分损失快，均易导致混凝土路面开裂。

2 在外力作荷载用下裂缝的扩展

2.1 外力作用下板底裂缝的发展

由于过渡层的破坏，面板与基层分离，在路面继续胀缩和产生温度变形的剪应力作用下，其板底微裂纹必将不断的发展、不断的增多，损伤路面强度。车辆动荷载的作用下，路面板会发生振动，板的振动反过来又作用于行驶其上的车辆，这种车-板之间的耦合作用随荷载多少和车速的大小、路面平整状况以及基层材料性能的不同而变化，并且会对板的开裂产生较大的影响。研究表明，路面越不平整，车速越高，荷载越大，这种作用会更加明显，裂纹的生成和拓展速度亦就越快。

2.2 板中微裂纹的发展

由于混凝土本身是一种损伤体，内部含有微裂纹、微孔隙，在行车荷载和温度应力的作用下，原有体内的弥散裂隙将进一步扩展，且新的微裂纹又生成、扩展。微裂纹扩展并集总是和材料的弹性变形同时出现，但卸荷后不能愈合，因此导致能量耗散，使材料的强度、刚度下降，砼面板损伤度会逐渐增大，路面板板中裂纹尖端附近的混凝土逐渐损伤，裂纹会逐渐发展和加剧。而不是等外界荷载增大到临界荷载时原裂纹才出现扩展损坏。当外力使材料应力达到混凝土拉伸强度ft值时微裂纹迅速扩展，骨料颗粒与水泥浆基体之间脱粘，则会出现更多的微裂纹扩展汇合成宏观裂纹。

2.3 板中裂纹与板底裂纹的贯通

①板底及板中出现裂纹后，荷载作用下受拉区会出现损伤，即：α平拉=α拉/（1-D）

式中：α平拉为板底出现裂纹后的拉应力；α拉为路面板完好时的拉应力；D为板底初始损伤度。受拉区应力增大，裂纹有向板顶扩展的趋势。②受拉区受损，承载能力下降，中和轴向板顶移动，导致受压区增大，该区受压区损伤进一步加剧，板中裂纹延长。③路面不平整时动载作用将使这种破坏加剧，板中裂纹加速扩展。板底裂纹的向上扩展和板中裂纹的进一步延长，会导致两者在某一应力水平下互相连通，从而加剧板的开裂破坏。

3 混凝土路面断裂的预防措施

3.1 原材料控制

①水泥与集料必须符合规范要求，尽可能采用早期强度高、水化热低的水泥。②尽量降低集料的含泥量。

3.2 路面基层不平整控制

严格控制基层顶面平整度以确保混凝土路面厚度均匀性和减少与基层界面的摩擦力，严禁采用松散材料处理基层标高或不平整表面；路面基层验收后应立即组织面板施工，避免基层混凝土混合料中的水份损失，在摊铺混合料前，必须在基层顶面进行洒水湿润。

3.3 配合比控制

①在保证强度前提下严格控制水泥用量，根据交通部第二公路勘察设计院试验研究表明，混凝土路面水泥最佳用量为280～320kg/m3，国际施工规范规定，单位水泥用量不应低于300kg/m3。②严格控制水灰比，可掺适量减水剂。掺入减水剂可以降低砂率和水灰比，既节约水泥又减少混凝土收缩，可减少因温差产生的开裂，在高温季节施工采用缓凝减水剂，可以延长混凝土初、终凝时间，同时提高早期强度和28d强度。

3.4 施工工艺控制

①认真检查配料，采用自动计量装置。拌合前要测定集料的含水量，随时调整用水量，减少拌合物离析，并严格控制拌合时间。②严格控制运输、摊平和振捣整平。尽量减少运输距离，控制出机速度，减少混合料等待时间，要控制入模前的坍落度和和易性，对离析的混合料要二次拌合。摊铺前要严格控制运输车辆的出料高度在1.5m以内，随倒随铺以免混合料产生离析。应尽可能采用摊铺机，人工摊铺时，应用小型机具配套设备进行振捣。振捣时边角处应辅助插振。为杜绝侧面蜂窝，除振捣到位密实外，还要采用高标号砂浆封底，防止侧模底部漏浆。此外，在振动梁或提浆机滚动抹平工序后，采用宽12cm长度超过混凝土板宽的槽钢，先纵向来回抹平，转90°顺着面拌横坡方向再滚抹，可以大大提高混凝土路面的平整度。③及时切缝。切缝是目前混凝土路面横缝的主要施工方法。切缝关键是要掌握好适宜时机，过早易发生肯边，残缺不齐；过晚会出现不规则断裂。切缝时间根据混凝土试块强度增长情况而定，从理论上讲在混凝土强度达到100%前后即可切割，但由于现场气温和水泥品种对混凝土强度和缩裂会产生很大影响，因此必要时可采取长距离（一般3～4块板）提前切缝，以避免混凝土板的不规则断裂。④特别需要强调的是混凝土路面的早期养护，养护不及时，极易产生开裂，并且对混凝土强度影响很大，早期强度损失大，后期难以补救。

⑤边界影响控制。在混凝土面板与中央分割带、路缘石等结构物之间，涂刷沥青使双方自由伸缩。

4 结束语

混凝土路面断裂产生的原因有很多，总的来讲包括设计、施工、管理三个方面。因此在混凝土公路设计施工时要确保原材料的质量、配合比的优化、道路施工工艺的改进等。同时在运营管理方面要加强管理制度，减少严重超载的现象，建立健全的奖惩制度，保证公路的安全持久的畅通。