防治水泥混凝土路面断裂的施工措施浅析

摘要：高路建设中水泥混凝土，路面以其强度高，稳定性好、耐久胜好、养护堆修费用低、经济效益高，有利于夜间行车的特点越来越受到人们的青睐。水泥混凝土路面损坏后修复困难也是限制水泥混凝土路面进一步推广应用的主要障碍。一旦发生断板，水流渗于基层上，将产生塑性变形和不均匀沉陷，造成很大的危害。拳文针时平时工程实践经验提出了一些有效的防治措施。

关键词：水泥混凝土路面断裂防治措施

水泥混凝土路面抗裂措施的作用，就是消除或者削弱水泥混凝土路面开裂破坏过程中不利因素的影响。在归纳水泥混凝土路面开裂破坏的不利影响因素的基础上，水泥混凝土路面抗裂措施必须具备减少混凝土的缺陷、提高混凝土的韧度，减少路面板的收缩应力、减少路面板的荷载应力的功能，并且阐述了目前工程中应用的抗裂措施的主要功能。一般情况下，水泥混凝土路面的破坏是疲势开裂破坏，其破坏过程分成三个阶段。首先是在浇筑和凝结过程中产生的初期损伤和开裂。由于水泥混凝土的材料和工艺特点，以及在凝结过程中的物理和化学反应，使路面板在凝结过程中形成大量的微小缺陷，构成初始的损伤场。并且由于路面板在凝结过程中的收缩受到基层的限制，板底形成了初始的裂缝。然后是使用期间荷载造成的损伤加剧和裂缝扩展。在荷载作用下，路面板发生了不均匀的损伤，板底裂缝尖端附近区域成为损伤最严重的部位，该区域的开裂韧度下降最快。随着荷载次数的增加，裂缝尖端附近区域的损伤度不断增大，韧度逐渐降低。当荷载在裂缝尖端造成的应力强度因子大于裂缝尖端附近区域的开裂韧度时，裂缝就扩展。裂缝的尖端向前移动到达新的位置后，新的附近区域以较高的韧度阻止裂缝继续扩展，于是开始新一轮的损伤累积。这样，裂缝尖端移动和尖端附近区域损伤累积两个过程交替进行，使裂缝不断扩展。最后是断裂破坏阶段。此时荷载在裂缝尖端造成的应力强度因子大于混凝土的失稳开裂韧度，裂缝的扩展不受限制，迅速贯穿整个路面板的厚度，使板块断裂。水泥混凝土路面就是遵循这样的机理完成它的整个破坏过程的。在这个破坏过程中，使用期间荷载造成的损伤加剧和裂缝扩展过程的时间，构成了水泥混凝土的使用寿命周期，水泥混凝土路面在凝结期间产生裂缝，在荷载的作用下，裂缝端部的损伤累积和开裂的互动作用使裂缝扩展直至贯穿板厚，裂缝的扩展过程可以用混沌方程加以定量描述。

水泥混凝土的抗裂措施，至少在必须下列五方面之一发挥积极作用：

①减少混凝土的缺陷，②提高混凝土的韧度。③减少路面板收缩应力。实际上，很多的工程措施并不是纯粹在某一方面发生作用，而是同时在几个方面发挥作用。有些措施在一些方面发挥了积极的作用，而在另一些却有不利的影响，有些措施则在诸多方面都对混凝土路面抗裂有利。

一、减少混凝土的缺陷

减少缺陷，就是要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。按照规范的规定：选用材料是控制混凝土材料缺陷的根本措施。

要减少气孔，加强震捣是排除空气的途径。要减少孔隙，就要使骨料的级配更加密实，要保证不少于最低的水泥用量。采用添加减水剂等外加剂的办法减少用水量，提高搅拌和震捣质量。

为了减少混凝土中的水分，要尽可能采用真空吸水的施工工艺，减少干缩裂缝。保湿养护水泥混凝土表面。减少温度收缩裂缝的关键在于减少混凝土的内外温差，具体的办法有三个：一是尽量避免在不利的温度环境下施工，二是选用低水化热的水泥，三是及时保温。所以，加强水泥混凝土凝结期间的养护，是减少混凝土中微裂缝的重要措施。提高混凝土的早期抗拉强度，对减少裂缝非常有利。通常的做法是添加早强剂。另外采用真空吸水的施工工艺也有利于早期强度的形成。

二、提高混凝土的韧度降低初始度。增加有效的受力面积，是提高混凝土韧度的有效措拖

除此之外，还可以利用钢筋，纤维或聚合物等材料，改变混凝土的受力反应模式。钢筋混凝土是常用的复合型建筑材料。纤维混凝土是以水泥浆、砂浆或混凝土为基体，以金属材料、无机纤维或有机纤维增强材料组成的一种复合材料。目前用于混凝土的纤维有钢纤维、有机纤维、无机纤维和合成纤维，而应用比较多的钢纤维和合成纤维。路面工程中应用最多的是钢纤维混凝土。从宏观角度考察，与普通混凝土相比，钢纤维混凝土的抗压强度提高了5～20％，弯拉拉强度提高20～500，抗拉强度提高20～40％，收缩裂缝的总量减少了50％左右，在冲击荷载作用下的抗裂性能提高了2～3倍。合成纤维是近年来逐渐被采用的纤维材料。合成纤维对改善混凝土的性能有很大的作用。

三、减小路面板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，二是变形受到限制。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，减少路面板与基层之间的摩擦，二是要阻止过渡层的生成，如在基层上铺设塑料薄膜等。减少路面板的收缩应力另一个重要措施，就是及时将已经产生的释放。所以，把握好水泥混凝土路面的切缝时间非常重要。

四、藏小路面板的荷载拉应力

路面板荷载拉应力的大小，取决于荷载的大小。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，而且车一路的祸合程度有关。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。要削弱车一路的祸合作用，分别从车和路两方面采取措施。对于汽车方面要采取限速措施，降低车辆荷载的震动频率；对于路方面，要提高路面的平整度，降低车辆的震动幅度。温度荷载的大小既与路面板的温度梯度有关，也与基层和路面板之物和水泥和水在一起搅拌时，聚合物和水泥水化物间就要产生离子键型的化学结合。除此之外，聚合物和无机化合物间还可以通过氢键和范得华键相互作用。

水泥混凝土路面抗裂措施的作用，就是消除或者削弱水泥混凝土路面开裂破坏过程中不利因素的影响。在归纳水泥混凝土路面开裂破坏的不利影响因素的基础上，水泥混凝土路面抗裂措施必须具备减少混凝土的缺陷、提高混凝土的韧度、减少路面板的收缩应力、减少路面板的荷载应力的功能，并且阐述了目前工程中应用的抗裂措施的主要功能。一般情况下，水泥混凝土路面的破坏是疲劳开裂破坏，其破坏过程分成三个阶段。首先是在浇筑和凝结过程中产生的初期损伤和开裂。由于水泥混凝土的材料和工艺特点，以及在凝结过程中的物理和化学反应，使路面板在凝结过程中形成大量的微小缺陷，构成初始的损伤场。并且由于路面板在凝结过程中的收缩受到基层的限制，板底形成了初始的裂缝。然后是使用期间荷载造成的损伤加剧和裂缝扩展。在荷载作用下，路面板发生了不均匀的损伤，板底裂缝尖端附近区域成为损伤最严重的部位，该区域的开裂韧度下降最快。随着荷载次数的增加，裂缝尖端附近区域的损伤度不断增大，韧度逐渐降低。当荷载在裂缝尖端造成的应力强度因子大干裂缝尖端附近区域的开裂韧度时，裂缝就扩展。裂缝的尖端向前移动到达新的位置后。新的附近区域以较高的韧度阻止裂缝继续扩展，于是开始新一轮的损伤累积。这样，裂缝尖端移动和尖端附近区域损伤累积两个过程交替进行，使裂缝不断扩展。最后是断裂破坏阶段。此时荷载在裂缝尖端造成的应力强度因子大于混凝土的失稳开裂韧度，裂缝的扩展不受限制，迅速贯穿整个路面板的厚度，使板块断裂。水泥混凝土路面就是遵循这样的机理完成它的整个破坏过程的。在这个破坏过程中，使用期间荷载造成的损伤加剧和裂缝扩展过程的时间，构成了水泥混凝土的使用寿命周期，水泥混凝土路面在凝结期间产生裂缝，在荷载的作用下，裂缝端部的损伤累积和开裂的互动作用使裂缝扩展直至贯穿板厚，裂缝的扩展过程可以用混沌方程加以定量描述。