浅谈混凝土面板裂缝原因分析及预防措施

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　　前言：随着我国基建投资的进一步加快，我国的高速公路建设正以日新月异的速度向前发展，作为一种新的路面结构型式，混凝土路面正广泛应用于道路、机场等重要工程。混凝土路面具有其它路面型式不可比拟的优点，如施工快捷方便、整体性好、强度高、耐磨、耐高温等，但同时也不可避免地显现出混凝土板状构筑物的缺点，尤其在施工处理不当、施工环境不适等时，极易出现各种裂缝，这些裂缝通常会严重影响混凝土的质量。针对混凝土面板存在的以上问题，本文拟先简单介绍混凝土路面的组成，然后就其在施工时出现的裂缝加以分析并提出若干防治措施，以期在以后的混凝土路面施工中起到抛砖引玉的作用。
　　 关键词：混凝土路面裂缝预防措施
　　 1混凝土路面设计概况
　　 1.1 路面构造
　　 水泥混凝土路面是指以水泥混凝土面板和基（垫）层所组成的路面，亦称刚性路面。它包括普通混凝土路面、钢筋混凝土路面、碾压混凝土路面、钢纤维混凝土路面、连续配筋混凝土路面等。本文所述普通混凝土路面（亦称无筋混凝土或素混凝土）是指除接缝区和局部范围外不配筋的水泥混凝土路面。
　　 混凝土路面设计横断面从上到下依此为：混凝土面板、基层、垫层、路基等。
　　 1.2 混凝土面板
　　 混凝土面板横断面一般采用等厚式，为保证其使用寿命和质量，规定其最小厚度18cm；考虑荷载应力和温度应力综合作用所产生的疲劳断裂，需根据具体情况设计其厚度。
　　 1.3 基层
　　 基层是面板的下一层，它不仅为混凝土提供均匀稳定的支承，且能防止错台、冻胀等病害，从而保证路面的整体性，延长路面的使用寿命；基层材料一般为贫混凝土、沥青混合料、水泥稳定层、石灰稳定工业废渣、级配碎石、级配砾石、填隙碎石、石灰稳定土等，其最小厚度一般15cm。
　　 1.4垫层
　　 垫层是在路基水稳性不良地段路基与基层的间隔层，垫层应具有一定的强度和较好的水稳性，在冰冻地区还应具有较好的抗冻性；垫层材料一般采用颗粒材料如砂、石砾、炉渣等,其最小厚度15cm。
　　 1.5路基
　　 混凝土路面的路基同于一般路基设计及要求。
　　 2混凝土路面本身具有的特点
　　 ⑴ 体积大、面积大，混凝土凝固时产生的水化热多；
　　 ⑵ 超薄，与外界大面积接触，极易受如地基等其它构筑物的约束；
　　 ⑶ 露天，对外界温度变化反应较快，易受外界环境影响；
　　 ⑷ 具有混凝土本身特性：抗压不抗拉，如局部形成抗拉区，则极易断裂；
　　 ⑸ 对底基层要求高，如基底出现压实不均、局部沉陷等现象，均可导致混凝土板块断裂；
　　 ⑹ 横向两端自由，基本无约束，但纵向约束大，制约了混凝土面板的膨胀收缩。
　　 3 混凝土路面各种易出现的裂缝原因分析
　　 由于混凝土具有以上特点，如施工方法不当、所处环境不适、保护措施不到位等因素，从而会导致混凝土面板出现某些裂缝，这些裂缝一般包括温度裂缝、膨胀裂缝、塑性收缩裂缝、凝缩裂缝、干缩裂缝、沉降裂缝等。现将以上裂缝分别作如下分析：
　　 3.1温度裂缝
　　 根据以往施工经验，该种裂缝对工程施工造成的危害最多，施工时应特别注意。
　　 3.1.1 表现形式：
　　 温度裂缝按其发展状况，可分为表面的、深进的和完全断开的。表面温度裂缝方向无一定规律性，常纵横交错；深进温度裂缝和完全断开温度裂缝走向一般平行于短边，即垂直于线路方向，断开温度裂缝一般居于板块的中央。
　　 温度裂缝宽度大小不一，前两种一般在0.5mm以下，沿全长无大的变化;后一种宽度随外界温差不同而不同，一般可达0.5～3mm，是混凝土路面施工中最易出现也是对工程破坏最大的裂缝；第一种裂缝多发生在施工期间，后两种在施工时及以后几个月内均可发生。施工期间外界温差较大地区和季节，温度裂缝较多出现。
　　 3.1.2原因分析：
　　 ⑴表面温度裂缝，多由于混凝土内外温差过大引起，如冬季施工时过早拆除模板、保温层，或受到寒潮袭击等，导致混凝土表面急剧的温度变化而产生较大的温降收缩，而此时混凝土内部温度并没有降低多少，因受内部混凝土的约束，产生较大的拉应力，从而使混凝土表面出现裂缝；
　　 ⑵ 深进温度裂缝和完全断开温度裂缝，多由于混凝土所处环境存在较大时间温差，受到外界约束引起。如白天浇筑混凝土时气温很高，加上混凝土水化热升温很大，导致混凝土温度很高，至夜间温度骤降，混凝土面板整体冷却收缩，此时受到地基基层、垫层或其它外部结构的约束，使混凝土面板内部出现很大的拉应力，至使表面出现降温收缩裂缝，当该拉应力超过混凝土允许拉应力时，裂缝进一步发展，面板则被拉断。
　　 ⑶ 混凝土路面采用蒸养时，混凝土温度降温时间控制不严，急速揭盖，降温过速，造成混凝土表面剧烈降温，导致出现温度裂缝。
　　 3.2膨胀裂缝
　　 3.2.1 表现形式
　　 一般出现在面板自由端与固定构筑物相抵的板块上，及出现在面板己断开但还没有及时处理的板块上，其断缝垂直于线路方向，完全断开，断缝下宽、上表面则抵死，高温时两己断开块不在同一平面上。
　　 3.2.2 原因分析：
　　 ⑴ 胀缝设置不当，如所用材料不符合规范要求，胀缝处用料过少，砂砾进入缝隙等致使胀缝处刚度过大，两边混凝土无伸缩空间或空间过小，混凝土板升温后产生的内应力无处释放，加之混凝土板翘曲变形，导致混凝土板在薄弱环节出现裂缝并直至断裂。
　　 ⑵ 出现断裂没及时处理；混凝土面板出现贯通温度裂缝后，如不及时处理，在白天温度很高时，由于热胀作用，两块混凝土面板会伸长并在断裂处相抵，如温度继续升高,则两板块相抵处抬高，面板悬空，此时对任一板块而言，断缝处下端受挤压，在相抵处产生向上的弯距，加上混凝土板的自重，在混凝土板中央的下部产生拉应力，当该拉应力超过混凝土自身的抗拉强度时，混凝土板便会断裂。
　　 ⑶当面板自由端与固定构筑物相抵的时候，由于未设胀缝，两种材料刚度不同，同样可因上述温度原因导致出现断裂。
　　 3.3 塑性收缩裂缝
　　 3.3.1 表现形式
　　 在面板表面出现，形状不规则，类似干燥的泥浆面，裂缝较浅多为中间宽两端细，且长短不一，互不连贯，大多在外界风速大、气温高、空气湿度低的情况下发生。
　　 3.3.2原因分析：
　　 ⑴一种原因是混凝土早期养护不当,表面没有及时覆盖，受风吹日晒，表面游离水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩，而此时混凝土强度很低，不足以抵抗这种变形应力而导致开裂；
　　 ⑵另一种原因可能是使用收缩率较大的水泥，或水泥用量过大，或使用过量的粉砂，或混凝土水灰比过大造成。
　　 3.4 凝缩裂缝
　　 3.4.1表现形式
　　 混凝上表面出现呈现碎小的六角形花纹状裂纹，类似龟裂，裂纹很浅，常在初凝期间出现。
　　 3.4.2原因分析：
　　 ⑴混凝土表面过度的振捣、抹平压光，导致水泥和细料过多地浮到表面，形成含水量很大的砂浆层，它比下部混凝土有着更大的干缩性能，水分蒸发后，产生凝缩而出现裂缝；
　　 ⑵另在混凝土表面撤干水泥面压光也常出现这类裂缝。该裂缝不影响强度。
　　 3.5 干缩裂缝
　　 3.5.1 表现形式
　　 裂缝在表面出现，宽度较细，裂缝分布不均，多沿横向分布
　　 3.5.2 原因分析：
　　 ⑴混凝土成型后，养护不当，受到风吹日晒，表面水分散失快，收缩较大，而内部湿度变化较小，收缩小，表面急剧收缩受到内部混凝土的约束，出现拉应力而引起开裂；

　　 ⑵混凝土浇筑过程中过渡振捣，表面形成含水泥量较大的砂浆层，收缩量加大；
　　 ⑶采用含泥量大的粉砂配制混凝土，导致混凝土收缩大、抗拉强度低；
　　 ⑷混凝土面板长期暴露，时干时湿，表面发生急剧变化。
　　 3.6沉陷裂缝
　　 3.6.1表现形式
　　 多为深进式或贯穿式裂缝，其走向因沉陷情况而变化，一般垂直于地面，裂缝宽度随沉降大小成正比，但受温度影响较小。
　　 3.6.2 原因分析
　　 面板下路基软硬不均，或局部存在软弱土未经夯实和作必要的加固处理，混凝土浇筑后，地基局部产生不均匀沉降而引起断裂。
　　 除以上介绍的裂缝外，还有如徐变裂缝、冻胀裂缝等，因施工时出现较少或影响较小，在此不再详述。
　　 4预防及控制裂缝产生的措施
　　 4.1正确处理路面设计接缝
　　 4.1.1 接缝设计概况：
　　 接缝设计主要考虑三个方面：（1）设置位置；（2）接缝构造；（3）缝隙的填封。
　　 混凝土路面设计接缝一般有纵缝和横缝，纵缝一般分为纵向缩缝和纵向施工缝；横缝一般分为横向缩缝、胀缝和横向施工缝。
　　 当一次铺筑宽度大于4.5m时，应增设纵向缩缝，纵向缩缝采用假缝，并应设置拉杆；一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝，纵向施工缝采用平缝，亦设置拉杆。
　　 横向缩缝采用假缝，在特重交通的公路上，横向缩缝宜加设传力杆，其它各级交通的公路上，在临近胀缝或自由端部的3条缩缝内，均宜加设传力杆。
　　 在与其它固定构筑物处、柔性路面相接处、板厚改变处、纵坡变换处等，均应设置胀缝。在临近构造物处的胀缝，应根据施工温度至少设置两条。胀缝应采用滑动传力杆。
　　 施工终了或浇筑因固中断时，须设置横向施工缝，该缝采用平缝加传力杆。
　　 4.2 材料要求
　　 ⑴ 拉杆：需采用螺纹钢筋，在裂缝左右各5cm范围内进行防锈处理。
　　 ⑵ 传力杆：需采用光面钢筋，其长度的一半再加大5cm需涂以沥青或加塑料套。胀缝处的传力杆还需在涂沥青的一段加一套子，内留3cm的空隙，填以纱头或泡沫塑料。
　　 ⑶ 接缝材料可分为接缝板和填缝料两类。接缝板需能适应混凝土面板膨胀收缩、施工时不变形、耐久性良好；填料需与混凝土面板缝壁结合力强、回弹性好、适应混凝土面板收缩、不溶于水和不渗水、高温时不溢出、低温时不脆裂、耐久性好。
　　 4.3 施工要求
　　 ⑴ 施工时严格按接缝设计进行处理，需要设缝的地方必须设置。
　　 ⑵ 正确选用合格且性能良好的接缝材料，以确保接缝的质量和寿命。
　　 ⑶ 严格按规范施工，保证接缝处不渗水，以防造成地基承载力下降和唧泥；高温材料不外溢，以免影响路面平整度及路容；低温时材料不与混凝土缝壁剥脱，以防止杂物嵌入，造成局部应力集中，引起面板局部破碎或出现裂缝。
　　 4.2 施工过程中采取的措施
　　 ⑴ 把好材料进口关，确保工程使用合格材料，砂、石料应级配良好，其含泥量不超过5%，且不得含有其它杂质。
　　 ⑵ 正确选定砂率及混凝土配合比，严格控制水灰比和水泥用量。
　　 ⑶ 浇筑混凝土前应将基层洒水湿润，基层洒水后一方面可减少基层表面过度从混凝土内部吸收水份，以防影响混凝土的正常水化;另一方面可使混凝土底面与基层的结合更加牢固、紧密。
　　 ⑷ 混凝土在拌制、运输、浇筑等过程中严格按操作规程施工，混凝土搅拌时确保搅拌时间；运输时选用合适的机具并控制好运距，必要时在施工现场进行二次搅拌；混凝土振捣时需全面、均匀、充分，但注意不能过度振捣，以免表面出现浮浆。
　　 ⑸ 浇筑混凝土时需避开高温天气，如确需施工，需对砂石进行洒水降温；如昼夜温差过大，则以上午10点至下午3点时间范围内浇筑比较合适，以避免混凝土面板在初凝后遭遇冷空气，混凝土内外出现过大温差而导致开裂。如采用一般的养护手段，该项工程不能安排在冬季施工。
　　 ⑹ 在混凝土收面时，刮抹应控制在到最低程度，且避免在混凝土表面撒干水泥面刮抹。
　　 ⑺ 加强混凝土板的养护工作。混凝土浇筑完成后，需及时遮盖并洒水养护，使其表面保持湿润。如施工时出现大风，则在浇筑后、遮盖前做好挡风工作，防止因风吹日晒，使混凝土表面水份蒸发过快而导致出现裂缝。
　　 ⑻ 在混凝土板浇后一定时间内，需及时对混凝土面板进行切缝，以给混凝土板的提供整齐的断开位置。
　　 根据以往施工经验，一般在混凝土浇筑17~22个小时内切缝比较合适，切缝过早，由于混凝土强度不够，切缝处容易掉渣缺角，影响路面的美观与质量；切缝过晚，则由于混凝土强度太大，切缝较困难且浪费锯片。因各工程情况不同，具体切缝时间可因地制宜，需经多次试锯后才能具体确定。
　　 切缝时宜采用跳跃式切缝法，即当切缝间距为5m时，则先以10m或以15m为单位切开，等整个待切板块切完后，再回过头来逐次按5m间距切缝。如昼夜温差过大，则应在天气大幅降温之前按上述方法切完。
　　 ⑼ 如混凝土板已出现断裂缝，应及时处理，在出现高温之前将断裂位置混凝土块切割取出，重新浇筑混凝土，在新旧混凝土一侧结合处，宜做胀缝处理。
　　 ⑽ 控制好脱模时间，避免过早拆模。
　　 ⑾ 应尽量选用矿渣水泥或粉煤灰水泥配置混凝土，或混凝土中掺适量粉煤灰、减水剂，以节约水泥，减少水化热。严格控制冬季施工混凝土中掺加氯化物含量。
　　 ⑿ 对软弱土、填土、埋管段地基需进行必要的夯实和碾压和加固处理，避免直接在软弱土或未压实路段浇筑混凝土板。雨季施工时需做好防排水工作，并注意防止因下水管漏水、各种地表水浸泡路基而引起的地表沉陷。
　　 5 结束语
　　 混凝土路面面板出现的各种裂缝，与施工材料、施工机具、施工工艺、施工环境、施工经验等均有很大的关系。实践证明，通过以上的分析及按提出的预防措施进行施工，施工时混凝土路面面板裂缝得到了有效控制，其裂缝出现的几率大大降低，确保了混凝土路面的施工质量。
　　

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