水泥混凝土路面的抗裂措施综述

水泥混凝土路面的抗裂措施综述

作者：包西玲 刘风芹

来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2011年第07期

摘要：概述了水泥混凝土路面开裂过程，并通过对开裂原因、影响因素的分析，论述了水泥混凝土路面开裂破坏过程的机理，提出了设计、施工、运营过程中有效的抗裂措施，延长了水泥混凝土路面的寿命。

关键词：水泥混凝土 路面 抗裂 措施 0 引言

从目前运营状况来看，水泥混凝土路面在未达到设计使用年限前普遍出现了板裂、碎裂等不同程度的缺陷和开裂，导致地表水的入侵，在行车荷载和温度、冻融等因素的作用下，加速了路面结构的破坏，同时水泥混凝土路面维护施工非常不便，水泥混凝土强度形成期较长，所以维修期间对交通的干扰严重，通行能力受到了削弱。所以，路面的开裂破坏常常会带来巨大的维修压力和经济负担。因而，防止和减小水泥混凝土路面的开裂，是迫切需要解决的问题。 本文从水泥混凝土路面开裂过程、开裂原因、影响因素等方面进行分析，论述水泥混凝土路面开裂破坏过程的机理，提出设计、施工、运营过程中有效的抗裂措施和延长水泥混凝土路面寿命的方法。

1 影响因素和开裂原因分析

1.1 材料及组成设计因素 水泥的水化热和安定性，组成混凝土的砂、碎石等的含泥量、磨耗值、针片状的含量对开裂有着重要的影响。大量文献表明水泥混凝土的组成设计中的水灰比对混凝土的收缩、徐变影响显著。优良的材料和科学合理的配比是防治裂缝开展的前提。 1.2 交通荷载因素 水泥混凝土路面在往复行车荷载的作用下容易产生疲劳开裂，特别是在超载的作用下，水泥混凝土路面可能经受超过换算当量轴载作用好多倍的影响。根据弹塑性力学理论，往复行车荷载导致应力主轴旋转，面板的开裂致使载荷下移，加大了路面结构及路基支撑体系的负担，从而使其永久变形过大，反过来又减少了对混凝土面板的支撑，使板底弯拉应力超过其材料强度，致使裂缝进一步地开展。

1.3 环境因素 环境的影响主要表现在温度和水的作用。温度的变化一方面使长度远大于宽度和厚度的水泥混凝土路面在自重和基层约束下产生裂缝，另一方面，温度的交变，也使暴露

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在外承受太阳辐射和热对流的混凝土路面极易产生温度疲劳裂缝。而水的作用一方面对面板产生了直接的化学风化作用，另一方面，水从裂缝入侵基层和面板，减弱了原有的界面作用，在行车荷载的作用下，产生动水压水，加速了对基层和面板的冲刷，加剧了裂缝的发生、发展。 1.4 施工因素 优良的施工质量是路面得以长期使用的保证。保证混凝土充分拌合、运输和浇筑过程中不产生离析、泌水，控制混凝土的坍落度在规范规定范围内，保证混凝土的养生和及时地切缝、灌缝对控制裂缝的发生发展致关重要。 2 防治开裂的措施

2.1 减少水泥混凝土路面的缺陷 减少缺陷，即减少混凝土中的杂质、气孔、微孔隙和微裂缝，降低路面板的初始损伤度。控制混凝土材料缺陷的根本措施是采用符合要求的材料。加强振捣，尽量排净空气；保证骨料的级配超出最低的水泥用量；通过添加减水剂等外加剂来使震捣及搅拌质量提高，同时降低用水量。施工时尽量选用真空吸水的工艺，以使混凝土内的水分降低。应尽量使干缩变形减少，以减少干缩裂缝。覆盖湿的草袋和砂子，或喷洒养护剂等，做好水泥混凝土表面的保湿工作。使混凝土内外的温差减小，以减少温度收缩裂缝。在水泥混凝土凝结过程中，为使混凝土内的微裂缝减少，应加强对混凝土的养护。施工过程中运用真空吸水的工艺，加入早强剂，在混凝土早期提升其抗拉强度，以使混凝土中各种微裂缝消除。 2.2 提高水泥混凝土路面的韧度 使混凝土韧度提升的有效办法是增大有效的受力面积，减少初始损伤度。此外，还可通过聚合物使混凝土性能发生变化，或采用聚合物、钢筋和纤维等，使混凝土的受力反应模式发生变动，提高混凝土的韧度。聚合物应用于混凝土有三种，其中最适合应用于路面的是聚合物水泥混凝土，聚合物的种类繁多，对水泥混凝土改性的机理至今也没有得到完整的解释，但是有几个方面的作用是明显的：①聚合物使水泥混凝土的结构形态发生了改变。②聚合物和水泥及其水化物产生了化学键。③聚合物发挥了减水的作用。 2.3 减小水泥混凝土路面板早期的收缩应力 路面板产生收缩应力的条件，一是板块收缩变形，二是板的变形受限。对于板块干缩变形的控制，就是对混凝土干缩的控制。板块的冷缩变形取决于气温变化和混凝土的热膨胀性能，工程措施对此影响很小。减少路面板变形的限制，一是要提高基层的平整度，提高路面板与基层之间的摩擦，如整平基层；二是要阻止过渡层的生成，如在基层上铺设隔离膜，如聚丙烯无纺布等。减少路面板的收缩应力的另一个重要措施是及时将已经产生的应力释放。所以，把握好水泥混凝土路面的切缝时间非常重要。 2.4 减小水泥混凝土路面板的荷载应力 路面板拉应力的大小，取决于路面作用荷载的大小。汽车荷载是冲击荷载，其大小不但与车辆轮胎对路面的静止压力有关，而且与车-路相互的耦合作用的程度有关。要减小轮胎对路面的静止压力，就要对车辆实行限载管理，禁止超载的车辆上路。要削弱车-路相互之间的耦合作用，应分别从车和路两方面采取措施。对于车辆而言，要采取限速措施，降低车辆荷载的震动频率；对于路面板而言，要提高路面的平整度，降低由于路面不平整引起的车辆震动的幅度。

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路面板在荷载作用下的应力大小，与地基反应模量有关，即与路面板的支撑面刚度有关。路面板的支撑面刚度体现了道路结构的整体稳定性。所以，保证道路结构的稳定性，是减小路面板荷载应力的重要措施。道路结构包括地基、路基基层和路面面层，要保证道路结构的稳定性，首先要保证地基的稳定性。含水量很高，剪切强度很低的淤泥质和软土地基的承载能力很差，一般都要采取工程措施进行处理。对于浅层的软土地基，可以采用换填的方法进行处理。而对于厚度很大的软弱土层，目前采用比较多的方法有两个，一个是使土层排水固结，另一个是土质改变。使土层排水的方法，就是在土层中开辟排水的通道，如砂桩、碎石桩、袋装砂井和塑料排水板等，让水分沿着这些通道排到地面上，然后通过地面上的砂垫层或碎石垫层排出路基范围之外。由于软土地基土层的抗剪强度比较差，在路基填土的作用下可能滑动失稳，通常防止软土地基失稳滑动的方法是降低路基填筑高度和增设反压辅道。只要设计时路基稳定性的验算正确，软弱地基的滑动失稳是可以避免的。改变土质的方法，目前采用比较多的是采用打水泥搅拌桩。水泥搅拌桩的作用机理是在土层中加入水泥，让水泥与水和土颗粒发生反应，提高土层的强度和稳定性。砂桩、碎石桩对软土地基有挤密的作用，因此，也可以认为砂桩和碎石桩改变地基的土质成分，在一定程度上改善了地基的土质。回填土、黄土等松散土质的地基，承载力也是不足的。处理这种地基的方法是换填土和夯实。地基的滑动稳定性不好也是路基稳定性的隐患，所以要尽量避免道路穿过滑坡面和陡峭的山坡。如果必须在滑坡面上修筑路基，则一定要采取有效的措施，彻底制止滑坡体活动。在陡峭的山坡上填筑路基，要将山坡挖成台阶状，使路基和地面间不能形成滑动面，防止路基滑移。对路基稳定不利的地基还有崩坍与岩堆、泥石流影响区、溶岩、冻土、膨胀土、盐渍土等等。这些地基都必须采用妥善的措施加以治理，才能够有足够的稳定性。 3 结论

①水泥混凝土路面的开裂破坏过程可分为初始裂缝形成阶段、裂缝累积和扩展阶段以及路面断裂破坏阶段三个阶段。②材料和路面结构组成设计、路基的支撑、施工质量、交通荷载的作用和水、温度环境等因素是水泥混凝土路面裂缝发生和发展的原因。③从减少水泥混凝土路面的缺陷、提高水泥混凝土路面的韧度、减小水泥混凝土路面板早期的收缩应力、减小水泥混凝土路面板的荷载应力4个方面提出了防治水泥混凝土路面裂缝的措施。