水泥混凝土路面病害問題的探討

1、水泥混凝土路面病害問題的探討 摘要：根據(jù)已建成通車多年的高等級道路水泥混凝土路面的使用情況和查閱有關混凝土內(nèi)部應力方面的專著，系統(tǒng)的分析了水泥混凝土路面產(chǎn)生裂縫、斷板的原因及預防補救措施談幾點看法。關鍵詞；水泥混凝土路面；裂縫；斷板； 防治措施 隨著公路建設的全面展開，我國的水泥混凝土路面工程也逐漸普及，水泥混凝土路面的裂縫斷板問題已成為公路建設者普遍關注的問題，下面就水泥混凝土路面產(chǎn)生裂縫、斷板的原因，預防補救措施談幾點看法。 1、混凝土路面裂縫、斷板類型 由縱、橫交錯表面無規(guī)則的裂縫為龜裂、其特征是裂縫沒有貫通全厚和板面，只是板面局部不規(guī)則的細小裂紋。而裂縫貫通全厚和板面，將面板完全斷開，

2、并斷成兩塊以上的施工期斷板(即：混凝土面板未完全硬化和開放交通而出現(xiàn)的斷板)和使用期斷板(即：路面開放交通后出現(xiàn)的斷板)，按其損壞程度又可分為： (1)輕度斷裂：裂縫細微縫緣無損壞，不認真觀察難以發(fā)現(xiàn)，未封縫的寬度不大于2.5mm； (2)中度斷裂：裂縫較明顯，縫緣有損壞，輕微剝落，未封縫的寬度為2.515mm； (3)嚴重斷裂：裂縫處嚴重剝落，裂塊松勁，影響行車，未封縫的寬度大于15mm。 2、混凝土路面裂縫、斷板形成原因 水泥混凝土路面板裂縫、斷板的原因是由多種因素造成的，其中溫度應力和超載應力超過混凝土的抗拉強度，路面板就會產(chǎn)生斷裂，并發(fā)展為斷板。有的是由于地面的不均勻沉降而產(chǎn)生斷裂，有

3、的是由于車輛荷載的多次重復使用而產(chǎn)生的重復超載應力超過了混凝土的疲勞強度而引起的斷裂，還有的是由于混凝土自身的收縮與基層間的摩阻力而產(chǎn)生的裂縫、斷板，其主要原因有以下幾方面： (1)水泥穩(wěn)定性差，強度低，砂、石料含水、泥量和有機質(zhì)含量過高，使混凝土粘結(jié)不牢，往往產(chǎn)生斷裂。 （2）基層不平整致使路面厚度不一樣，有厚、有薄，在混凝土收縮時，路面板與基層產(chǎn)生強大的摩阻力，在較薄弱處易開裂。再一個基層于煤也會造成板面斷裂，基層干燥會吸收混凝土的水分，使底部混凝土失水，強度降低導致開裂。 (3)攪拌不均勻，振搗不密實，振搗時間過長導致混凝土離板、分層、粗骨料下沉、細料和水泥上浮，造成強度不均勻，表面收縮

4、、裂縫，再就是混凝土澆灌時未按施工縫處理，新舊混凝土由于結(jié)合不良和收縮不一致產(chǎn)生裂縫。 (4)養(yǎng)生方法不科學或不及時，切縫不及時，車輛過早通行都將導致路面斷裂，尤其是天氣炎熱，風速大，處理過的混凝土表面水分蒸發(fā)過快，表面容易干縮裂縫、冷縮裂縫，致使行車過程表面脫落。干縮裂縫 在水泥混凝土中，水在水泥石中是以化學結(jié)合水，層間水物理吸附水以及毛細水等狀態(tài)存在著，當這些水在混凝土硬化過程中失去時，水泥混凝土本體就會受縮，這些就是干縮。但是這是自由收縮，還不會導致裂縫的發(fā)生，惟有收縮受到限制而發(fā)生收縮應力時，才容易產(chǎn)生干燥收縮裂縫，水泥漿干縮的內(nèi)部限制主要是混凝土中骨料對水泥漿的限制。在普通水泥混凝土

5、中，水泥漿的收縮率被限制了90%，所以混凝土內(nèi)部經(jīng)常存在著引起干縮裂縫的應力狀態(tài)。干縮裂縫一般為表面或不規(guī)則斷板。 混凝土面板在澆筑完成后。經(jīng)過表面修整抹面后應盡快采取措施避免日光曝曬新澆筑的混凝土，使其表面減少蒸發(fā)量，防止混凝土面板表面迅速失水而產(chǎn)生干縮裂縫。 混凝土在中午澆筑后，為防止陽光暴曬應迅速覆蓋，盡量避免高溫時揭走覆蓋物而產(chǎn)生的表面迅速失水，就造成了水泥混凝土的表面蒸發(fā)的不均勻。水泥混凝土表面的迅速失水以及失水的速率不同，是該段產(chǎn)生干縮裂縫的一個重要因素。冷縮裂縫 在提出這個問題時，有人會感到奇怪。在夏季施工時怎會產(chǎn)生冷縮裂縫呢？實際在特定的條件下，人為造成大溫差，使表面迅速收縮，

6、產(chǎn)生拉應力造成斷板。 和一般材料一樣，水泥混凝土具有熱脹冷縮性能，混凝土板塊的熱脹冷縮都是在相鄰部分或整體性限制條件下發(fā)生的，故熱脹屬于變形壓縮，而冷縮則屬于拉伸變形很容易開裂。 水泥的水化過程是一個放熱過程。在混凝土硬化過程中釋放大量熱能，致使溫度上升，在通常溫度范圍內(nèi)，混凝土溫度上升1，每m膨脹0.01mm。這種溫度變形對大面積板塊極為不利。 有資料表明，水泥水化過程中的放熱速度是變化的，初始較慢，25min后增溫，大約在終凝后12h的水化熱溫度可達80-90。使內(nèi)部混凝土產(chǎn)生顯著的體積膨脹，而板面溫度隨著晚上氣溫降低，濕水養(yǎng)護而冷卻收縮，致使混凝土路面內(nèi)部膨脹，外部收縮，產(chǎn)生很大的拉應力

7、。當外部混凝土的受拉應力一旦超過混凝土當時的極限抗拉程度時，板塊就產(chǎn)生裂縫后橫向斷裂。此外，從最高溫度降溫，由于受到已有基層或已硬化混凝土的約束力，在溫度下降時，就不能自由收縮，就要產(chǎn)生裂縫，這種裂縫大多是貫通路面的。 當板溫均勻下降時，其溫度差引起的應力可用下式計算：板中：x=ErTP/(1-c)板邊：x= -ErTP式中： 混凝土的線膨脹系數(shù)，一般為110-5p 因溫度應力作用時間長，考慮徐變影響的應力松弛系數(shù)，一般取2/3；T 溫度差；c 混凝土各齡期的泊松比，設為0.15;Er 混凝土各齡期的彈性模量（MPa）。 本段混凝土在施工完成后加塑料布覆蓋，由于氣溫高再加上水化熱的作用，混凝土

8、表面溫度以達到65-75，而施工人員在這種情況下把塑料布揭去人為造成混凝土表面溫差，查當時最高氣溫為35，以65來計算，其溫差為35-65=-30，根據(jù)公式，查有關資料：在Er=2.5104Mpa；T=-30時，則板中的溫度應力為：x=2.5104110-5(-30) 2/3/(1-0.15)=-5.88MPa一般混凝土抗彎拉強度僅為抗壓強度的1/8-1/7，即為4.38-5.0Mpa，本段水泥混凝土設計抗彎拉強度為5.0Mpa，可見氣溫驟降30的溫度應力在短時間內(nèi)超過混凝土的設計抗彎拉強度，板塊的橫向裂縫已不可避免。 (5)路基壓實度沒達到標準，長期水溫條件的變化和行車超載使用，使路基產(chǎn)生不

9、均勻沉降，加上超重車輛的承載應力大于混凝土路面板的抗拉強度，導致路面板斷裂。 (6)阻板影響，在雙幅路面施工中，已澆灌的一邊縮縫已斷開，氣溫下降時，斷裂的縮縫兩邊路面板收縮，后澆灌的還未切線的路面板受到較大的拉力，就在先澆灌的板縮縫的對應處產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫。 （7）施工不連續(xù)，也是裂縫與斷板產(chǎn)生的原因。 為保證混凝土不分層、不離析、不漏漿，混凝土從攪拌機卸出后到澆筑完的連續(xù)時間不大于60min。由于運輸機械、電源動力等發(fā)生故障時，造成混凝土施工長時間間斷不連續(xù)，前后澆筑的混凝土凝結(jié)時間不同，整體性不好，形成斷板。 (8)基層強度不足或不均勻造成斷板。 現(xiàn)在我們多用水泥穩(wěn)定砂礫作基層，它強度高、

10、整體性好，但施工中如不按規(guī)范操作，也很難達到規(guī)定的密實度(一般為97)，另外基層強度不均勻，比如軟土地基、地下管道(線)等處，如處理不當，極易造成斷板。 (9)施工中計量不精確，水灰比偏大，水泥用量過多，粗、細集料過多、過少都對混凝土強度有較大的影響，特別是要根據(jù)集料中的含水量對混合料用水量及時調(diào)整，以免影響水灰比。 水泥砼路面板破壞的原因 （10） 路基施工方面的原因 路基填筑使用了不適宜的材料公路路基施工規(guī)范規(guī)定，在通常情況下，不能被壓實到規(guī)定的密實度和不能形成穩(wěn)定填方的材料不能用于路基填筑。如：沼澤土，泥炭、含有樹根、雜草和易腐朽物質(zhì)等材料；液限指數(shù)大于50，塑限指數(shù)大于25的材料；有機

11、質(zhì)含量大于3的材料；壓實含水量和最佳含水量之差大于2的材料等等。但是，由于施工單位在路基填筑材料方面控制不嚴，使用了不適宜材料從而造成路基下沉或塌方，以致影響路面直到路面鹼砼板破壞。 軟基處理不當在軟土地段路基填筑前，應該首先探明地基承載力，然后采取合理的軟基處理方案和施工工藝。軟基處理方案一般有: 清淤回填土方、石方、土石混合料或砂礫,袋裝砂井，塑料排水板，土工布，土工格柵或以上兩種方案的組合等，但是施工時，往往是由于取的軟基處理方案或施工工藝不合理或施工時未認真按要求處理或處理不完善等；這樣給路基的穩(wěn)定造成了隱患，使成形的路基沉陷或滑移等，最終影響路面砼板。 路基土石方填筑方面的問題往往在

12、施工過程中,(1)施工單位未嚴格按規(guī)范要求的每層填料松鋪厚度控制，有時填料的松鋪厚度達6080cm,這樣路基填方的密實度很難達到規(guī)范要求的低限值;(2)路基填筑的有效寬度和超寬填筑不夠,有的部分在路基填筑完成時,才發(fā)現(xiàn)填筑寬度不夠,為達到路基的有效寬度,施工單位往往沒有按規(guī)范要求挖臺階分層填筑壓實至路基要求的寬度,而是將一些松散的土傾倒在邊坡上；用人工攤鋪拍實；這樣補上來的路基部分遠未達到密實度的要求，造成路基滑坡、層層沖涮；（3）路基填筑每層的填料未用平地機或其它平整機械進行整平或整平效果不好，使低凹的地方達不到密實度要求且大量積水；(4)路基施工過程中沒有按要求做成一定的橫坡度;路基施工臨

13、時排水系統(tǒng)未做或不暢通，從而使大量的積水滲入下層路基、嚴重影響路基質(zhì)量；（5）路基石方或土石混合料填筑時，石頭塊徑過大，使填石路堤或填土石混合料路堤密實度達不到規(guī)范的要求。由于以上施工方面的原因，對路基的穩(wěn)定性造成一走的影響，直到影響路面砼板。 填切交界處未按規(guī)范要求施工當路堤在斜坡上或填切交界處，或原有路堤上或路堤處在垂直路中線測得的坡度大于1：5的坡地時，應把原地面挖成臺階，臺階寬度應不小于1m，用小型機具進行夯實，并向內(nèi)側(cè)傾斜2，且臺階上不能有積水，然后再分層填筑壓實、，這樣，才能保證路堤的穩(wěn)定和達到規(guī)定的密實度。而施工單位在施工時，遇到以上情況，在路堤填筑時，根本未將施工地段挖成臺階后

14、分層填筑壓實，以致影響了路堤填筑的質(zhì)量，形成隱患給路面砼板造成破壞。 構(gòu)造物臺背的回填不符合要求目前，從建成通車的公路來看，構(gòu)造物臺背跳車是通病，然而最明顯的是臺背沉陷或錯臺，主要原因是臺背回填質(zhì)量差。臺背回填要求每層松鋪厚度不得大于20 c m，密實度必須達到95，回填材料最大粒徑不大于5cm，且應具有良好的級配和透水性。然而，施工單位在進行臺背回填時，松鋪厚度未嚴格控制；回填材料沒有認真地選??；壓實時僅用人工夯實，有時即使用小型機具進行壓實，也只不過是形式，敷衍了事：臺背回填尺寸未按規(guī)范要求開挖，使得回填材料無法壓實達到規(guī)定的密實度；現(xiàn)在臺背回填中最易被人忽視的是，開挖出的臺背，雖說臺背回

15、填時中部填筑合乎要求，但邊緣為不透水性填料，沒有進行更換，所以路面滲人的水積存在臺背，這樣時間一長便影響了路基的穩(wěn)定性，造成臺背沉陷，以致路面板遭破壞。（11） 路面施工方面的原因。 路面基層施工質(zhì)量不合要求路面基層一般有底基層和面基層。底基層為級配砂礫集料，面基層為水泥穩(wěn)定類集料。路面開始施工前要求路槽應清理干凈，標高應嚴格控制，否則，會影響基層的設計厚度（厚度增加提高成本，厚度減小影響路面基層的穩(wěn)定）；底基層集料細長及扁平的顆粒不得超過20，且不得含有粘土塊、腐殖質(zhì)等有害物質(zhì)；集料必須有良好的級配，級配曲線應接近圓滑并居中。05mm以下的集料其塑性指數(shù)應小于4，液限指數(shù)應小于25；松鋪好的

16、集料在壓實時，其含水量應比最佳含水量稍高。水泥穩(wěn)定類集料面基層，在鋪筑前，應將底基層面上的所有浮土、雜物全部清除，并嚴格地整形和壓實，將底基層上的車轍或松軟部分和壓實不足的地方以及任何不符合規(guī)范要求的表面都重新翻松，清除或用同類材料進行整形，并壓實到符合規(guī)范要求的密實度和規(guī)定的線形、坡度、標高。水泥穩(wěn)定集料的級配要求良好，有機質(zhì)含量不得大于2，集料中不得含有粘土塊、腐殖質(zhì)等有害物質(zhì)；水泥質(zhì)量要求穩(wěn)定，不得使用過期的水泥）水泥用量應嚴格按試驗配合比加入：拌和要均勻。而施工單位在施工時；往往容易忽視的是使用集料的級配不好，含有粘土塊及有害物質(zhì)的材料來鋪筑基層；路基、底基層、面基層的標高控制不嚴；水

17、泥穩(wěn)定集料含水量控制不準：水泥用量不足等，這樣嚴重影響了基層的質(zhì)量，直至路面板遭破壞。 路面水泥砼板施工方面的問題水泥砼面層施工，往往施工的厚度未達到設計要求，主要是基層施工標高控制不嚴所引起；粗集料不具有良好的級配，細長及扁平的顆粒含量太高；細集料和粗集料中含泥量過高，降低了混合料的粘結(jié)度；所用水泥質(zhì)量不穩(wěn)定或已過期；水泥砼在澆筑過程中未完全振搗密實，蜂窩麻面較嚴重，這樣；勢必影響砼板本身的質(zhì)量，而造成損壞。 水泥砼路面結(jié)構(gòu)層防水或排水未進行有效的處理往往路面板遭到破壞，人們想到的總是路基、路面基層施工質(zhì)量或臺背回填質(zhì)量或水泥砼板本身的澆筑質(zhì)量等，而未足夠重視結(jié)構(gòu)表面滲入到路基中的水對路基的

18、侵害。目前，雖說對砼板的縮縫、脹縫、施工縫（縱向和橫向）采取了特制的材料對水進行封鎖，使水從路面排走，但效果仍然不佳。據(jù)了解，路面板遭破壞的原因有相當部分是由于路表水滲入路基，從而影響路基的穩(wěn)定而造成的。 3、水泥混凝土路面病害治理途徑及斷板的處理方法 (一)嚴把材料質(zhì)量關 建立健全嚴格的原材料管理制度，對工程中的主要原材料一定要有出場合格證，并且要進行二次化驗、配比試驗等；不符合設計要求的原材料不準進行施工到現(xiàn)場。 選用合格的原材料，對于穩(wěn)定性差，強度不足的嚴禁進入施工現(xiàn)場，不同廠家，不同標號，不同產(chǎn)期的水泥禁止混用。選用強度高、穩(wěn)定性好的普通硅酸水泥，粗、細集料應選用質(zhì)地堅硬，含水、泥和有

19、機質(zhì)含量達標的材料，對于不合格的集料嚴禁使用。 (二)嚴格按著施工技術規(guī)范操作作到精心施工 (1)選用較先進的配料設備，準確配料，并根據(jù)現(xiàn)場集料的含水量及時調(diào)整拌和用水量，保證合理，準確的水灰比，澆筑混凝土時，要使基層保持潮濕狀態(tài)。 (2)混凝土拌和時間掌握要準確，振搗均勻，避免漏振、超振，混凝土表面修整過程中，要及時進行養(yǎng)護，特別是風大，高溫天氣，要搭設預曬棚，或初凝時及時性覆蓋潮濕的麻布和其他遮蓋物，以免混凝土表面水分蒸發(fā)過發(fā)快，表面產(chǎn)生于縮、裂縫。要根據(jù)氣溫，準確掌握切線時間，及時切線。 (3)嚴格控制基層的平整度和密實度，確保路面板厚度均勻和基層所受外力均勻分布，減少路面板與基層的摩阻

20、力，可加鋪塑料膜等。 （4）路面底基層、基層強度要均勻，穩(wěn)定性要好，底基層、基層一般采用水泥穩(wěn)定粒料，最好采用廠拌法拌料，能保證拌和均勻和配料準確?；鶎恿虾穸纫鶆颍軐嵍纫_到標準。 (5)嚴禁車輛過早通行，嚴格控制超重車輛通過，路基排水設施要完善，路基高度要因地而宜，以免地下水浸入路基，影響其穩(wěn)定性。路基壓實度要達到設計標準，確保路基有足夠的強度。 (三)水泥混凝土路面斷板處理方法 斷板的處理，根據(jù)其損壞等級不同分別對待。 （1） 輕微斷裂處理方法 裂縫無剝落或輕微剝落，未封縫的寬度不大于3mm的斷板，根據(jù)縫寬的不同采用不同的粘結(jié)劑灌縫修補，粘結(jié)劑材料有聚胺脂、聚硫環(huán)氧樹脂等延伸好、耐老化

21、高分子樹脂材料。 根據(jù)裂縫種類（寬度、清潔程度）、產(chǎn)生的時間、通車的要求不同采用直接灌入法、鉆孔灌入法、注射灌入法不同的處理方法。（2） 中等斷裂處理方法 板面局部斷裂損壞，進行小范圍修復時，視板面斷裂損壞程度不同分四種方式修補：對于裂縫有輕微剝落的，裂縫窄而淺，先畫線放樣，按畫線范圍開鑿成深約57cm的長方形凹槽，刷洗干凈后，用快凝小石子混凝土填補。較窄淺裂縫的處理方法對于裂縫有輕微剝落的，但裂縫較寬，應按裂縫兩側(cè)至少20cm的寬度放樣，按畫線范圍開鑿成深至板厚的一半的凹槽，此凹槽應與中線垂直，刷洗干凈凹槽，在凹槽底部裂縫兩側(cè)用沖擊鉆沿與中心線平行方向，間距3040cm，打眼貫通至板厚達基層

22、表面，然后再清干凈凹槽和孔眼，在孔眼安設形?22螺紋鋼筋，鋼筋安設完成后，用高強水泥砂漿填塞孔眼至密實，最后用與原路面相同強度等級的快凝混凝土澆筑至與路面平齊。較寬裂縫的處理方法較為徹底的方法是將凹槽鑿至貫通板厚，在凹槽邊緣兩側(cè)中央打眼，深10cm，直徑4cm，水平間距3040cm。每個眼應先將其周圍潤濕，插入一根直徑1820mm、長約20cm的鋼筋，然后用快凝水泥砂漿填塞搗實，等砂漿干硬后澆筑混凝土澆筑搗實與路面平齊，同時在凹槽邊緣基層內(nèi)現(xiàn)澆25cm厚的水泥混凝土塊，防止凹槽處出現(xiàn)不均勻沉降。徹底的處理方法裂縫距板邊緣50150cm時，將斷裂板塊鑿除，在新澆筑的混凝土中靠近底邊緣加設?820

23、鋼筋網(wǎng)防止新板斷裂。（3） 嚴重斷裂處理方法嚴重斷裂，裂縫處嚴重剝落，有錯臺或裂塊，應采用整塊板更換的措施。產(chǎn)生路面板塊嚴重斷裂多是由于基層強度不足或滲軟化、路基不均勻沉降等情況導致，處理方法一般采用將整塊板鑿除，在處理好基層以及路基后，重新澆筑新的凝混凝土板。一般采用快凝混凝土材料這樣處理縮短養(yǎng)護期不會長時間影響交通。對于水泥混凝土路面大部分出現(xiàn)開裂、斷板、沉陷、錯臺等病害時，除采用上訴方法修補外，對一些主要道路同時采用在舊水泥混凝土路面上罩改性瀝青混凝土面層處理方法。 （四）水泥砼路面板破壞的防治）路基施工方面路基的質(zhì)量是非常關鍵的，由于路面板遭到破壞后，要對路基有質(zhì)量問題的地段返工是不可能的，且水泥砼板難修補。故在路基施工時應著重注意以下幾點：（1）清表要徹底。不適宜的材料應全部清除且按規(guī)范要求搞好基底壓實。（2）軟基處理要慎