农村水泥混凝土路面早期裂缝成因及防治措施
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【摘要】农村水泥混凝土公路是农民出行的主要途径，担负着推动农村经济发展的重任，在农村的水泥混凝土公路施工阶段频繁出现水泥混凝土路面早期裂缝的现象，对公路的使用效果与使用寿命有巨大影响。本文就水泥混凝土路面早期裂缝的形成原因进行分析，并提出相应应对措施，以期对农村公路修建提供力所能及的帮助。
水泥混凝土路面具有大承载力、高稳定性以及养护成本小、使用寿命长的优势，是公路修建的一种基础类型，也是我国高等级、承担重要交通运输任务的公路路面主要类型。随着科研水平的提高与技术部门的探索研究，以及建筑单位的实践探索，我国在水泥混凝土路面修建领域的技术日趋完善，公路质量逐步提高。顺应农村经济发展的需求与加快推进农村经济发展的政策，在农村大力修建水泥混凝土公路具有举足轻重的作用。在水泥混凝土路面的施工中，早期裂缝对路面质量的影响较大，对早期裂缝的成因进行分析，并采取有效的防治措施，对提高农村公路的质量，方便农民生活与带动农村经济发展有重要意义。
一、水泥混凝土路面产生早期裂缝的成因分析
所谓早期裂缝，是指水泥混凝土板浇注完成后短时间内，在未载荷的情况下出现的裂缝。引发早期裂缝产生的原因是多方面的，比如施工不当、气候影响以及原材料不合格与水泥混凝土硬化阶段的问题等都能引发水泥混凝土路面早期裂缝出现。
（一）原材料不合格
首先，由于不同厂家或者不同品牌生产的水泥在成分、凝结时间和收缩率有一定的差异性，将不同水泥混合使用极易产生裂缝。
其次，水泥中硫酸根、游离氧化钙、碱、硅酸二钙、铝酸三钙等矿物成分含量超标。如果水泥中硫酸根含量超标，可使混凝土干缩增大，不同的硫酸根含量可使混凝土干缩程度相差三倍；水泥中游离氧化钙含量超标，混凝土凝结后会产生较小的裂纹与脱皮现象，甚至出现开裂影响路面的正常使用，缩短使用寿命；碱超标容易与骨料中的活性硅反应，导致路面使用途中产生后期开裂；硅酸二钙含量超标，在混凝土硬化阶段收缩过大容易产生裂缝；铝酸三钙含量超标，产生水化热，铝酸三钙与硫酸根产生化学反应，生成硫铝酸钙，体积膨胀产生裂缝。
最后，混凝土集料含泥量、有机质含量超标。含泥量与有机质含量过高，水泥与骨料粘结不稳固，引发界面缺陷使路面开裂。
（二）混凝土配比不当
单位水泥用量偏大，引起混凝土收缩的主要因素水泥凝胶体过多，势必会引起较大的收缩；过大的水灰比使水泥水化初期骨料表面的水膜厚度增加，对混凝土的强度有较大影响，水灰比不稳定，混凝土强度出现较大差异，在强度低的地方引起混凝土开裂。
（三）气候影响
温度与湿度的变化对水泥混凝土有较大影响，一般情况下会出现湿胀干缩、热胀冷缩的现象，水泥混凝土的绝大部分应力来自于温度变化，因而气候的变化对水泥混凝土路面早期裂缝的形成有重要影响。夏季气温高，水泥水化反应快，水泥混凝土凝结硬化迅速，和易性降低，操作难度大，蜂窝、麻面出现，密实度不足；高温环境下水分蒸发快，路面干燥，养护困难，混凝土强度不足极易出现干缩裂纹。若施工时气候变化剧烈，比如强风、强降水导致温度湿度的变化，以及昼夜温差变化过大等，都容易造成混凝土短时间内急剧干缩、冷缩，应力高速集中导致混凝土开裂。
（四）施工原因
其一，基层影响。基层自身强度不均衡，在强度较低的地方容易产生裂缝。基层表面是否平整对基层和面板之间的摩阻力影响较大，如果基层表面平整度不好，阻碍面板自由伸缩，面板变形的限制力增强，低温环境下易造成路面横断面开裂。基层标高不一致，导致路面厚度落差大，在厚薄连接处与过薄的地方温度应力集中形成薄弱断面，在干缩过程中拉应力作用于断裂面形成裂缝。基层洒水不及时会导致基层吸收混凝土中的水分，混凝土失水产生收缩差，混凝土强度不高产生裂缝。
其二，搅拌与振捣。搅拌时间过短或过长，混凝土强度差或者强度不均匀，容易导致早期裂缝出现；振捣时间过分，混凝土出现分层，粗骨料下沉，细骨料留在表面，上下强度变化大，干缩裂缝增加。
其三，浇注间断。水泥浇注中断后，经过一段时间接着浇注，但未按施工缝处理，新的混凝土与旧的收缩不一致，结合不紧密形成接缝，早期裂缝出现。
其四，养生不及时或者不当。混凝土表面水分迅速蒸发，干缩过快，内外干缩不均、不一致，混凝土难以承受较大强度的干缩应力产生裂缝；养生不足会影响水泥的水化，导致早期裂缝出现。
其五，切缝不及时。混凝土收缩应力与板长成正比关系，合理切缝能把部分收缩应力加以释放，并将其引导到切缝断面上。若切缝不及时，则混凝土内部的收缩应力聚集，在薄弱处造成不规则的贯穿裂缝。
二、早期裂缝防治对策
水泥混凝土路面早期裂缝根据裂缝的大小程度可细分为裂纹与裂缝。裂纹是指细微的裂缝，纵向深度约为2～3cm，长度虽然有所差异，但一般不会超过混凝土板宽的一半。裂纹在路面投入使用初期对行车的安全与舒适不会产生影响，但经过长时间行车荷载以及自然外力的不断作用下，出现应力集中的现象，导致裂纹扩展延伸，增加断裂破坏的可能性，对路面的强度和寿命造成影响。由于上文交代的各种原因，水泥混凝土路面出现贯穿整个板宽板厚的裂缝，在投入使用后大气降水会经过这些不规则裂缝渗透到路面基层，在行车荷载的不断作用下混凝土路面容易出现错台，严重影响路面的美观、行车舒适度，更是行车安全的重大隐患。因而对于早期裂缝的防治具有重要意义，具体可以从以下几个方面着手：
（一）施工方法与工艺控制
其一，基层因素控制。在基层施工阶段，保证基层的平整与压实度，防止基层与混凝土面层之间产生过大的摩擦力，可以在基层与混凝土面之间铺设塑料薄膜来实现，以减小对混凝土面伸缩度的约束。基层成形养护完成后要进行洒水湿润并及时铺设混凝土，防止基层干缩产生裂缝。若依然产生了裂缝，需要用材料将裂缝覆盖，防止裂缝对混凝土面层产生影响。基层标高不足时要杜绝加铺与用基层材料填补标高的做法，而是要进行返工重铺。
其二，压缝方法。压缝最好在每一块板长度处设置一道，将铁制夹板用震动梁压入后取出，用木制三角夹板嵌入并做好标记，路面硬化后用切缝机依据标记锯开，节约成本的同时能保证槽口边缘不发生损伤。
其三，混凝土浇注技巧。人工铺设时要用锹反扣，防止拌和物产生离析；保证工作面平整与铺设均匀，否则影响振捣工作开展；振捣时要注意防止过振与漏振情况的出现，振捣需要遵循均匀有序的原则，防止混凝土强度不均引发早期裂缝。
其四，掺入缓凝剂。掺入柠檬酸等缓凝剂能延缓混凝土初凝时间，将混凝土释放热量的时间延长，防止热量聚集形成体积膨胀，预防热应力导致的裂缝出现。
（二）对材料质量进行控制
杜绝使用不同生产厂家、不同强度等级以及不同种类的水泥。对水泥的矿物含量指标提出量化要求，杜绝使用安全性差以及强度差的水泥，比如矿渣硅酸盐水泥由于干缩性大、强度低、水化热高的缺陷不适用于修建路面，可以使用硅酸三钙含量低，硅酸二钙含量高的低热水泥。用以修建水泥混凝土路面的水泥应选用强度高、干缩幅度小、抗冻性好以及耐磨性能突出的水泥。同时对水泥的细度与安定性也要考虑在内，细度大的水泥水化反应与硬化速度快，早期强度高。高细度的水泥对水量的需求大，加大了水化反应产生的收缩变形程度。
控制好砂、石材料中的泥土含量与有机质含量，如果含量超标就不应用于水泥混凝土路面修建，最好使用前对砂、石材料进行水洗。砂石材料应优先选用高密度与高质量的石灰石、石英石，如果条件不允许可以用砂岩与卵石代替。石材料需要选用质地坚硬，符合级配要求且粒径小于31.5mm的碎石，或者小于19.0mm的卵石。砂应选取坚硬、洁净且符合级配要求，细度模数大于2.5的中粗砂。
（三）控制水灰比
以混凝土的单位用水量最少为原则，利用真空吸水法可将水灰比由平常的0.50～ 0.55降低到0.35～ 0.40，混凝土坍落度应控制在1.0～ 2.5cm，配合比以及水灰比的最优化可以通过在拌和物中添加缓凝剂等或者改善集料级配实现。
（四）控制温度
混凝土浇注以不超过30℃为宜，在高温季节应该保持在35℃之下。施工时间适宜在早晚进行，在白天施工要做好降温措施，比如搭盖凉棚，用冰水搅拌，对干燥的骨料与基层表面及时洒水保持湿润度等。施工过程中要注意天气变化，遇到突发天气状况要提前做好维护。
（五）控制切缝
切缝要控制好时间与深度。切缝时间不能过迟，高温环境下与正常情况相比需要适当提前切缝时间，切缝适宜采用跳仓切或者压缝的方法。跳仓切是指每隔1～ 2条缝切一条，然后切剩下的缩缝。切缝深度以混凝土板厚的1/4～ 1/5为宜，太浅难以将应力集中于切缝断面处，使混凝土板在薄弱断面处出现裂缝，太深会削弱板块间的传力作用。
（六）加强混凝土养生
混凝土养生是混凝土成型后必不可少的环节，恰当的养生能减少水分蒸发，使水泥具备抗拉力度以防止早期裂缝出现。混凝土养生要把握好养护时间与湿度的原则。在混凝土凝化终止后，及时将混凝土表面用草帘、草袋等全部覆盖并保证表面湿润。在气温较高的环境下要多洒水保持混凝土表面的湿度，避免混凝土表面发白的情况出现。
三、结语
水泥混凝土路面早期裂缝形成的原因复杂多变，但通过改善施工方法技术与严把原材料的质量关，控制好水灰比、温度以及切缝，加强混凝土养生等措施可以有效防治，减小早期裂缝对水泥混凝土路面造成的危害，为农村公路修建提供参考。
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