經驗交流：混凝土路面早期斷板的成因與防治
發布時間：2010-01-14 共1頁
1 概念引入
由縱向、橫向、斜向裂縫貫通板面全厚和板塊而產生的已完全折斷成兩塊以上的水泥混凝土路面板，稱為斷板。混凝土面板澆筑完成后，未完全硬化和開放交通之前產生的斷板稱早期斷板或施工斷板。開放交通后出現的斷板稱使用期斷板或后期斷板。
2 早期斷板成因
2．1 直接原因
混凝土澆筑完成后混凝土自身收縮（包括干燥和溫度收縮）及其與基層間強的摩阻力（包括靜摩擦力和層間粘結剪應力）產生的拉應力超過混凝土抗拉強度，使混凝土路面產生裂縫。由于混凝土澆筑過程中，板塊縱向施工縫之間尺寸遠遠于橫向尺寸，故而混凝土路面早期斷板裂縫多為橫向裂縫。
2．2 自身收縮
（1）水泥的安定性差，強度不足。水泥中的游離氧化鈣在凝結過程中熟化很慢，水泥凝結硬化后還在繼續起水化作用，從而產生體積膨脹，破壞已硬化的水泥石結構。水泥早期強度不足，影響混凝土的早期強度；水泥的水化熱高，硬化收縮；這些都使斷板產生的機率增。水泥的標號越高，則早期強度可提高，但水化熱將會增，按照規范要求控制水泥的標號，同時限制水泥中游離態氧化鈣含量，并對水泥早期強度作適當考慮，可最限度地預防早期裂縫。
（2）為提高混凝土強度混凝土配合比中單位用水泥量偏。混凝土中引起收縮的主要是水泥結石部分，過多的水泥用量，將會使水泥在水化過程中產生水化的水泥顆粒，必然會導致較的收縮。
（3）水灰比偏。水泥完全水化的水灰比在0．26～0．29，過的水灰比是滿足混凝土具有良好的和易性和提高水泥水化的程度，但同時也增了混凝土骨料初期表面水膜厚度，隨著混凝土養護泌水，降低了混凝土強度。
（4）單位水泥用量偏。混凝土強度不僅與水泥強度標號高低有關，而且水灰比與混凝土強度成正比，當水灰比不變時，企圖用增加水泥用量來提高混凝土強度是錯誤的，這只能增混凝土和易性，增混凝土收縮和變形。
（5）控制外加劑摻入指標。外加劑的摻入可改善混凝土的特性，但過量的摻入或外加劑摻入組合方式不當，是降低混凝土強度產生表面裂縫的原因之一。
2．3 溫度收縮
（1）混凝土拌和時，水泥或集料溫度過高，加之水泥水化產生熱量，會使拌合物溫度很高，在冷卻、硬化過程中，會使溫度收縮加，導致裂縫產生。
（2）養生不及時或養護方法不當。尤其是在溫度高，濕度小，風速的天氣情況下，會使混凝土表面水分蒸發加快，從而形成干縮裂縫。
（3）日溫差較的季節或地區，應防止混凝土板采用流動水進行養護，切縫后保持面板覆蓋草袋具有一定的濕度即可。
2．4 施工工藝
（1）攪拌不足或過分，振搗不密實，形成混凝土強度不足或不均勻，容易導致早期裂縫。
（2）澆筑振搗過分，使混凝土骨料分離嚴重，形成混凝土強度不均勻體，容易產生早期裂縫。
（3）混凝土澆筑間斷，再澆筑時未能按施工縫處理，形成新舊混凝土結合不良，產生不均勻收縮。
（4）傳力桿安裝不當，上下翹曲，則在混凝土伸縮和傳力過程中混凝土就會被破壞，形成裂縫損壞。這也是后期裂縫產生的原因之一。
（5）切縫不及時。由機具故障或操作人員切縫時間掌握不準確或切縫深度不夠，造成混凝土內部應力集中，在混凝土板的薄弱處形成不規則裂縫。
（6）混凝土拌和骨料含泥量或含有機質超量，使水泥石與骨料表面粘結不良，產生初期開裂的薄弱部位。
（7）施工中配合比計量不準，影響混凝土早期強度，特別是對拌和用水計量不準導致混凝土坍落度過或過小，從而影響澆筑質量。
（8）基層密實度不夠，混凝土拌和物入倉后水份下滲，使板下部混凝土變得疏松，強度降低，導致開裂。
2．5 摩阻力
（1）水泥穩定基層標高失控，造成路面厚度不一致，薄厚交接處特別是薄厚突變處將成為薄弱斷面，在混凝土收縮時，難以承受拉應力而開裂。
（2）水泥穩定基層不平整，將會地增加其與混凝土界面的摩阻力，易在薄弱斷面開裂。
（3）水泥穩定基層養生不好，已發生裂縫。在氣溫下降時，由于摩阻力作用，裂縫兩側基層收縮也會帶動上面初期混凝土面板沿基層裂縫處開裂。
（4）拆模板后，在氣溫下降較時，同樣也會在模板接頭處產生裂縫。
（5）同樣原因，在雙幅路面施工中，已澆筑一邊的縮縫在另一邊未開始澆筑前已經貫通，當氣溫下降時，就會在先澆筑板縮縫隙對應位置發生不規則裂縫。
3 施工防治措施
《公路工程質量檢驗評定標準》（JTJ071—98）中規定“混凝土面板的斷裂塊數，高速公路和一級公路不得超過評定路段混凝土面板總塊數的2‰。其它公路不得超過4‰。”據國內外資料表明，個別的斷板是難以避免的，但要達到規范要求，必將采取相關的措施。
3．1 配合比及原材料
3．1．1 原材料
3．1．1．1 水泥
在施工配合比設計過程中，宜用早期強度高，水化熱低、干縮性小、抗裂性好的水泥；在滿足強度要求的前提下，降低水泥使用量。盡量采用外加劑（減水劑）等，提高拌和物的和易性。
3．1．1．2 骨料
在施工過程中嚴格控制骨料的含泥量及含有機質量，特別是在施工上料過程中，不能把料底層含泥及含雜量超標的骨料送入料倉，防止在澆筑過程中，澆筑體產生強度薄弱面，從而增加早期裂縫。
采用多棱角人工碎石及人工砂作混凝土骨料與用河卵石骨料相比，可使混凝土的抗裂強度顯著提高。同時如果采用石灰巖人工碎石時可使混凝土的溫度變形系數減小，有利于提高混凝土的抗裂性。
3．1．2 配合比
混凝土施工配合比設計過程中，在滿足相關規范要求和節約原材料的前提下，優化骨料級配，盡量采用多級配混凝土減少混凝土的溫度變形系數，提高混凝土的抗裂性。
在滿足強度、耐久性及和易性的前提下，確定坍落度也是路面混凝土配合比設計的關鍵之一。坍落度過，攤鋪機振搗過后泛漿泌水過多，影響混凝土質量；坍落度過小，澆筑振搗不易密實，增加勞動強度。
在混凝土強度不變的情況下，混凝土中摻入粉煤灰或硅粉，降低水灰比；摻入減水劑和引氣劑減少水泥用量，并改善混凝土體結構，提高混凝土的抗裂極限拉伸值。
在施工過程中，嚴格執行施工配合比，對骨料的超遜徑、含水率等進行檢測，保證施工過程中，嚴格執行施工配合比。在施工過程中最好采用電子配料系統，杜絕采用體積比。
3．2 施工工藝
3．2．1 拌和
嚴格控制拌和物加入料斗量，控制拌和時間。
3．2．2 運輸
保證拌和物和易性，運輸時間不能太長，運輸時間較長時，必須添加緩凝劑；同時，應防止拌和物在運輸過程中離析損失水份，造成強度降低。
3．2．3 澆筑
混凝土入倉澆筑前，應對水泥穩定層及時灑水養護，使其保有一定水份。
混凝土入倉時，防止骨料分離，振搗均勻，不漏振，同一位置振搗的時間不宜超過20 s；澆筑過程防止機械故障或停電事故的發生，以免產生冷縫。
3．2．4 攤鋪
用插入式振搗器將混凝土振搗平順后，采用攤鋪機來回振搗2～3次，使表面平整。
3．2．5 抹面
攤鋪機振搗完2～3 h后，待澆筑表面接近初凝時，進行抹面，抹平攤鋪機振搗后的壓跡。
抹面時嚴禁在表面灑干水泥或因抹面太晚，而在澆筑混凝土表面灑水抹面。
3．2．6 切縫
路面混凝土在澆筑的初期為非承重結構體，故在拆模時以不破壞混凝土棱角為度，一般可控制在18 h左右。
拆模后，可及時組織切縫，其切縫的時間可控制在200～300 h溫度（混凝土澆筑入倉時溫度乘以混凝土養護時間）。溫差變化時取小值，否則，取值。
切縫時，可依據“先橫后縱，先縮后明（施工縫），跳倉切割”的原則。一般先切橫縫后切縱縫；先切縮縫，后切施工縫；在氣溫變化較，或澆筑速度較快時，可采用“跳倉”——先把待切縫段切成塊，再逐條切縫。筆者在砂石料公路施工中，采用此法，很好地解決了切割設備不足而影響澆筑進度的矛盾。
切縫的深度必須達到設計要求，同時也不應小于1／4的板厚。
3．2．7 養護
砂石料公路工程施工，正值氣溫溫差變化的5～6月份，即白天氣溫高，晚上較低。為防止混凝土強度不足而無法切縫而產生溫度裂縫，采取切縫前混凝土面板流水養護，切縫后灑水濕潤即可。
4 結 語
結合砂石料公路工程施工的實踐，預防混凝土路面早期施工裂縫的出現：第一，提高混凝土施工工藝，保證混凝土澆筑的穩定性；第二，加強施工管理水平，保證各工序施工的連續性及施工質量；第三，控制切縫時間，加強混凝土初期養護。
只要嚴格控制以上三點，同時也可以預防或防止混凝土面板后期除設計不合理而產生的裂縫。
由縱向、橫向、斜向裂縫貫通板面全厚和板塊而產生的已完全折斷成兩塊以上的水泥混凝土路面板，稱為斷板。混凝土面板澆筑完成后，未完全硬化和開放交通之前產生的斷板稱早期斷板或施工斷板。開放交通后出現的斷板稱使用期斷板或后期斷板。
2 早期斷板成因
2．1 直接原因
混凝土澆筑完成后混凝土自身收縮（包括干燥和溫度收縮）及其與基層間強的摩阻力（包括靜摩擦力和層間粘結剪應力）產生的拉應力超過混凝土抗拉強度，使混凝土路面產生裂縫。由于混凝土澆筑過程中，板塊縱向施工縫之間尺寸遠遠于橫向尺寸，故而混凝土路面早期斷板裂縫多為橫向裂縫。
2．2 自身收縮
（1）水泥的安定性差，強度不足。水泥中的游離氧化鈣在凝結過程中熟化很慢，水泥凝結硬化后還在繼續起水化作用，從而產生體積膨脹，破壞已硬化的水泥石結構。水泥早期強度不足，影響混凝土的早期強度；水泥的水化熱高，硬化收縮；這些都使斷板產生的機率增。水泥的標號越高，則早期強度可提高，但水化熱將會增，按照規范要求控制水泥的標號，同時限制水泥中游離態氧化鈣含量，并對水泥早期強度作適當考慮，可最限度地預防早期裂縫。
（2）為提高混凝土強度混凝土配合比中單位用水泥量偏。混凝土中引起收縮的主要是水泥結石部分，過多的水泥用量，將會使水泥在水化過程中產生水化的水泥顆粒，必然會導致較的收縮。
（3）水灰比偏。水泥完全水化的水灰比在0．26～0．29，過的水灰比是滿足混凝土具有良好的和易性和提高水泥水化的程度，但同時也增了混凝土骨料初期表面水膜厚度，隨著混凝土養護泌水，降低了混凝土強度。
（4）單位水泥用量偏。混凝土強度不僅與水泥強度標號高低有關，而且水灰比與混凝土強度成正比，當水灰比不變時，企圖用增加水泥用量來提高混凝土強度是錯誤的，這只能增混凝土和易性，增混凝土收縮和變形。
（5）控制外加劑摻入指標。外加劑的摻入可改善混凝土的特性，但過量的摻入或外加劑摻入組合方式不當，是降低混凝土強度產生表面裂縫的原因之一。
2．3 溫度收縮
（1）混凝土拌和時，水泥或集料溫度過高，加之水泥水化產生熱量，會使拌合物溫度很高，在冷卻、硬化過程中，會使溫度收縮加，導致裂縫產生。
（2）養生不及時或養護方法不當。尤其是在溫度高，濕度小，風速的天氣情況下，會使混凝土表面水分蒸發加快，從而形成干縮裂縫。
（3）日溫差較的季節或地區，應防止混凝土板采用流動水進行養護，切縫后保持面板覆蓋草袋具有一定的濕度即可。
2．4 施工工藝
（1）攪拌不足或過分，振搗不密實，形成混凝土強度不足或不均勻，容易導致早期裂縫。
（2）澆筑振搗過分，使混凝土骨料分離嚴重，形成混凝土強度不均勻體，容易產生早期裂縫。
（3）混凝土澆筑間斷，再澆筑時未能按施工縫處理，形成新舊混凝土結合不良，產生不均勻收縮。
（4）傳力桿安裝不當，上下翹曲，則在混凝土伸縮和傳力過程中混凝土就會被破壞，形成裂縫損壞。這也是后期裂縫產生的原因之一。
（5）切縫不及時。由機具故障或操作人員切縫時間掌握不準確或切縫深度不夠，造成混凝土內部應力集中，在混凝土板的薄弱處形成不規則裂縫。
（6）混凝土拌和骨料含泥量或含有機質超量，使水泥石與骨料表面粘結不良，產生初期開裂的薄弱部位。
（7）施工中配合比計量不準，影響混凝土早期強度，特別是對拌和用水計量不準導致混凝土坍落度過或過小，從而影響澆筑質量。
（8）基層密實度不夠，混凝土拌和物入倉后水份下滲，使板下部混凝土變得疏松，強度降低，導致開裂。
2．5 摩阻力
（1）水泥穩定基層標高失控，造成路面厚度不一致，薄厚交接處特別是薄厚突變處將成為薄弱斷面，在混凝土收縮時，難以承受拉應力而開裂。
（2）水泥穩定基層不平整，將會地增加其與混凝土界面的摩阻力，易在薄弱斷面開裂。
（3）水泥穩定基層養生不好，已發生裂縫。在氣溫下降時，由于摩阻力作用，裂縫兩側基層收縮也會帶動上面初期混凝土面板沿基層裂縫處開裂。
（4）拆模板后，在氣溫下降較時，同樣也會在模板接頭處產生裂縫。
（5）同樣原因，在雙幅路面施工中，已澆筑一邊的縮縫在另一邊未開始澆筑前已經貫通，當氣溫下降時，就會在先澆筑板縮縫隙對應位置發生不規則裂縫。
3 施工防治措施
《公路工程質量檢驗評定標準》（JTJ071—98）中規定“混凝土面板的斷裂塊數，高速公路和一級公路不得超過評定路段混凝土面板總塊數的2‰。其它公路不得超過4‰。”據國內外資料表明，個別的斷板是難以避免的，但要達到規范要求，必將采取相關的措施。
3．1 配合比及原材料
3．1．1 原材料
3．1．1．1 水泥
在施工配合比設計過程中，宜用早期強度高，水化熱低、干縮性小、抗裂性好的水泥；在滿足強度要求的前提下，降低水泥使用量。盡量采用外加劑（減水劑）等，提高拌和物的和易性。
3．1．1．2 骨料
在施工過程中嚴格控制骨料的含泥量及含有機質量，特別是在施工上料過程中，不能把料底層含泥及含雜量超標的骨料送入料倉，防止在澆筑過程中，澆筑體產生強度薄弱面，從而增加早期裂縫。
采用多棱角人工碎石及人工砂作混凝土骨料與用河卵石骨料相比，可使混凝土的抗裂強度顯著提高。同時如果采用石灰巖人工碎石時可使混凝土的溫度變形系數減小，有利于提高混凝土的抗裂性。
3．1．2 配合比
混凝土施工配合比設計過程中，在滿足相關規范要求和節約原材料的前提下，優化骨料級配，盡量采用多級配混凝土減少混凝土的溫度變形系數，提高混凝土的抗裂性。
在滿足強度、耐久性及和易性的前提下，確定坍落度也是路面混凝土配合比設計的關鍵之一。坍落度過，攤鋪機振搗過后泛漿泌水過多，影響混凝土質量；坍落度過小，澆筑振搗不易密實，增加勞動強度。
在混凝土強度不變的情況下，混凝土中摻入粉煤灰或硅粉，降低水灰比；摻入減水劑和引氣劑減少水泥用量，并改善混凝土體結構，提高混凝土的抗裂極限拉伸值。
在施工過程中，嚴格執行施工配合比，對骨料的超遜徑、含水率等進行檢測，保證施工過程中，嚴格執行施工配合比。在施工過程中最好采用電子配料系統，杜絕采用體積比。
3．2 施工工藝
3．2．1 拌和
嚴格控制拌和物加入料斗量，控制拌和時間。
3．2．2 運輸
保證拌和物和易性，運輸時間不能太長，運輸時間較長時，必須添加緩凝劑；同時，應防止拌和物在運輸過程中離析損失水份，造成強度降低。
3．2．3 澆筑
混凝土入倉澆筑前，應對水泥穩定層及時灑水養護，使其保有一定水份。
混凝土入倉時，防止骨料分離，振搗均勻，不漏振，同一位置振搗的時間不宜超過20 s；澆筑過程防止機械故障或停電事故的發生，以免產生冷縫。
3．2．4 攤鋪
用插入式振搗器將混凝土振搗平順后，采用攤鋪機來回振搗2～3次，使表面平整。
3．2．5 抹面
攤鋪機振搗完2～3 h后，待澆筑表面接近初凝時，進行抹面，抹平攤鋪機振搗后的壓跡。
抹面時嚴禁在表面灑干水泥或因抹面太晚，而在澆筑混凝土表面灑水抹面。
3．2．6 切縫
路面混凝土在澆筑的初期為非承重結構體，故在拆模時以不破壞混凝土棱角為度，一般可控制在18 h左右。
拆模后，可及時組織切縫，其切縫的時間可控制在200～300 h溫度（混凝土澆筑入倉時溫度乘以混凝土養護時間）。溫差變化時取小值，否則，取值。
切縫時，可依據“先橫后縱，先縮后明（施工縫），跳倉切割”的原則。一般先切橫縫后切縱縫；先切縮縫，后切施工縫；在氣溫變化較，或澆筑速度較快時，可采用“跳倉”——先把待切縫段切成塊，再逐條切縫。筆者在砂石料公路施工中，采用此法，很好地解決了切割設備不足而影響澆筑進度的矛盾。
切縫的深度必須達到設計要求，同時也不應小于1／4的板厚。
3．2．7 養護
砂石料公路工程施工，正值氣溫溫差變化的5～6月份，即白天氣溫高，晚上較低。為防止混凝土強度不足而無法切縫而產生溫度裂縫，采取切縫前混凝土面板流水養護，切縫后灑水濕潤即可。
4 結 語
結合砂石料公路工程施工的實踐，預防混凝土路面早期施工裂縫的出現：第一，提高混凝土施工工藝，保證混凝土澆筑的穩定性；第二，加強施工管理水平，保證各工序施工的連續性及施工質量；第三，控制切縫時間，加強混凝土初期養護。
只要嚴格控制以上三點，同時也可以預防或防止混凝土面板后期除設計不合理而產生的裂縫。
