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(biāo)號(hào)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(yán)重時(shí)會(huì)直接導(dǎo)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(fù)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(xì)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(duì)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(shí)，水分蒸發(fā)速度超過泌水速率時(shí)，會(huì)增加局部應(yīng)力，導(dǎo)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(fēng)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(huì)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(gè)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(qiáng)度約降低30%。此外受潮可能會(huì)因?yàn)檠舆t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(yán)重程度和混凝土對(duì)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(huì)因?yàn)樗艧嵘郎?，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_(dá)到峰值后會(huì)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(qiáng)度時(shí)，會(huì)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(xué)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(shí)，自身收縮程度加大，干燥收縮減小?；炷了z比<0.35時(shí)，體內(nèi)相對(duì)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(shí)，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(huì)產(chǎn)生失重，干燥收縮會(huì)產(chǎn)生失重，收縮方向不同，自身收縮各項(xiàng)同時(shí)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(hù)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(qiáng)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(qiáng)度。

抗拉強(qiáng)度越小，拉應(yīng)力增加，導(dǎo)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(diǎn)對(duì)收縮的影響，大流動(dòng)性和泵送施工在使用混凝土外加劑的前提下實(shí)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(yàn)，考察混凝土強(qiáng)度-耐久性之間的關(guān)系。

混凝土的強(qiáng)度普遍提高，高強(qiáng)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(qiáng)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?，F(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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)稠度與具體用量的影響，水泥的細(xì)度與成分會(huì)對(duì)水泥稠度產(chǎn)生影響，水泥稠度會(huì)對(duì)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?xí)r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(jí)配

在選擇集料時(shí)，應(yīng)考慮骨料的級(jí)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(jì)要求。一般情況下，混合料中的集料級(jí)配方式可以分為兩種，即連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配。在其他條件相同的前提下，采用間斷級(jí)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(yù)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(shí)現(xiàn)控制水泥混凝土干燥收縮變形的目標(biāo)。

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(huì)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(hù)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(huì)在調(diào)節(jié)混合料施工過程中蒸發(fā)散失，在這個(gè)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(duì)這一問題，設(shè)計(jì)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(huì)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(jī)械強(qiáng)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(dá)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(qiáng)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(qiáng)度，如3D抗壓強(qiáng)度可提升至原混凝土強(qiáng)度的60%。

控制混凝土中水泥用水與用水量是預(yù)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(qiáng)度，達(dá)到降低或消除混凝土早期裂縫的理想效果。在設(shè)計(jì)試驗(yàn)混凝土配比時(shí)，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(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)

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(shí)開展養(yǎng)護(hù)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(fēng)力變化對(duì)路面的影響，防止出現(xiàn)外部溫度過高或風(fēng)力等級(jí)太大導(dǎo)致路面質(zhì)量問題。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理，確保養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14 d，在路面養(yǎng)護(hù)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(fù)雜，應(yīng)根據(jù)不同的裂縫類型與成員采取個(gè)性化、針對(duì)性的處治措施，優(yōu)化路面施工方案，加強(qiáng)前期與后期運(yùn)維管理，降低路面開裂缺陷的出現(xiàn)概率。