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摘要:裂缝作为混凝土结构常见的病害之一，是影响水泥混凝土路面使用功能及质量安全的重要因素。为此，本文结合工程实例，分析了水泥混凝土路面施工期裂缝产生的原因，并针对性提出了切实有效的裂缝防治措施及早期裂缝的处理方法，以供类似工程借鉴。
关键词:混凝土路面；施工期；裂缝处理；防治措施
中图分类号：U416.216 文献标识码：A 文章编号：
随着我国社会经济建设的快速发展，政府加大了对城乡交通道路设施的投资力度，道路建设工程数量日益增加。水泥混凝土是建筑工程常用的建筑材料，具有原材料丰富、强度大、施工方便和可塑性好等优点，目前在城乡公路建设等土木工程中有所应用及推广。但由于受到施工质量低、管理不善、温度变化等因素的影响，水泥混凝土结构时常会产生温度裂缝，若没有得到有效的预防及处理，不仅会影响到道路建设工程的施工进度，增加工程的建设成本，而且影响到公路投入使用后综合性能的发挥，因此，建设单位必须清晰认识到混凝土裂缝的危害，通过分析混凝土裂缝产生的原因，采取必要的防治措施及养护措施，最大限度避免混凝土裂缝的产生，从而确保混凝土路面的质量安全。
1裂缝产生工程概况
某水泥混凝土一级公路混凝土面板主体于夏季施工，施工后经过一个冬季由面板普查发现部分路段出现网裂及横向贯穿裂缝。网裂路段施工当天风大且温度较高，路面施工后未及时喷洒养护剂且未覆盖塑料薄膜。对路面板进行钻芯，结果显示裂缝多达路面板中心厚度以下或已贯穿至混凝土面板底部。
2施工期裂缝产生原因
混凝土是一种非均质的复杂多相混合材料，其抗拉强度远低于抗压强度。当混凝土内部拉应力超过其抗拉强度时，将有裂缝产生。混凝土发生开裂的条件是:在约束下变形产生的拉应力超过实时的抗拉强度。施工期间，水泥混凝土由于自身化学作用及温度、湿度作用，施工方法不当等将产生体积变形，进而形成裂缝甚至断板。
2.1塑性收缩产生裂缝
塑性收缩一般发生在混凝土凝结硬化之前，此时混凝土几乎没有强度或强度很小，受高温或较大风力影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其自身收缩，即产生塑性收缩裂缝。
研究表明，混凝土中80%的水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所必需的，多余水分的蒸发便引起混凝土体积的收缩。塑性收缩裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一状态。较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽1～5mm，形成初期深度较浅，但受降温收缩影响会逐渐向下延伸。
2.2温度变化产生裂缝
混凝土硬化初期，水泥水化释放出热量，由于混凝土是热的不良导体，散热较慢，使得混凝土内部温度较外部高，有时可达40～60℃。内外形成温度梯度，产生温度变形和温度应力，内部膨胀和外部收缩相互制约，在外表混凝土中将产生很大拉应力导致混凝土出现裂缝。
水泥混凝土受温度影响会产生热胀冷缩变形。网裂路段摊铺结束后施工人员未加塑料薄膜覆盖，由于当时气温高加上水化热作用，(水泥用量在350～550kg/m3时，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量)，混凝土表面的温度高达60～70℃。施工当天最高气温为30℃，取混凝土表面温度为65℃，则温差为－35℃。混凝土路面板温均匀下降时，由温差引起的应力按下式计算:
板中:σx=ErαΔTP/(1－μc)
板边:σx=－ErαΔTP
式中:α为混凝土的线膨胀系数，一般为1×10－5；P为因温差应力作用时间长，考虑徐变影响的应力松驰系数，一般取2/3；ΔT为温度差；μc为混凝土各龄期的泊松比，设为0.15；Er为混凝土各龄期的弹性模量，MPa。
依据上述公式，当混凝土弹性模量Er=2.5×104MPa，ΔT=－35℃时，板中温度应力计算如下:
σx=2.5×104×1×10－5×(－35)×2/3/(1－0.15)=－6.86MPa
施工结束后混凝土强度未完全形成，取抗压强度为35MPa，抗弯拉强度一般为抗压强度的1/8～1/6，即4.38～5.83MPa。由上述计算可知，在混凝土表面气温骤降35℃时，温度应力已超过其抗弯拉能力，混凝土板块裂缝形成已不可避免。
温度变化产生的裂缝走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。
2.3基层裂缝反射至面层形成断板
基层在施工后由于水分变化易产生不规则干缩裂缝，基层本身具有一定刚度，温度变化时产生收缩应力。基层强度形成的初期阶段(3～20天)，水分蒸发产生的收缩应力达到最大值，其暴露的顶面可达到1.3MPa。若基层施工后有覆盖层，应力可减少约85%，但仍存留0.2MPa。在温度应力的综合作用下，基层顶面产生较大拉应力。
2.4施工工艺不当产生裂缝
搅拌时间不够，振捣不密实，有漏振或过振情况都将导致混凝土整体强度不一致。水泥混凝土振捣不均匀，将造成混凝土的密实度不均匀，在密度小的区域内混凝土面板下部多成蜂窝和空洞状，形成了承受应力的薄弱部位或区域，从而易使混凝土面板产生裂缝以致断板。
3裂缝防治措施
3.1基层质量控制
基层是混凝土面层的底面约束层，其密实度和平整度直接影响混凝土面层的质量。基层成型养生结束后，要及时摊铺混凝土面层，以防基层暴露时间过长而产生干缩裂缝，从而导致路面反射裂缝的产生。若基层产生裂缝，需设置应力吸收层并加铺土工布或油毛毡，以防裂缝反射至面层。
3.2避免高温时段施工
混凝土浇注的温度一般应低于30℃，夏季施工时不宜超过35℃，可在早晨、夜间进行。同时保持基层顶面在浇注前充分湿润，采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇注混凝土的温度。避开高温时段施工是防止裂缝和断板产生的最有效的方法。
3.3保证施工过程质量
在混凝土浇注过程中，始终保持施工作业的连续性，一旦出现间断作业，必须设置一道施工缝，并布置传力杆，以防止因不设施工缝而出现断板的现象。在施工中突然遇到雷阵雨气候的情况，应及时采取措施，对已形成强度的混凝土板应加快切缝进度，减少冷收缩裂缝的产生。
传力杆布置时，必须与路面平行，以保证其伸缩方向。若传力杆安装不当，上下翘曲，则在混凝土收缩时，传力杆对混凝土板产生压应力，引起混凝土板拉裂。且应确保传力杆插入深度位于混凝土面层厚度中心，防止插入过浅产生传力杆位置处纵向裂缝。
在施工中水泥混凝土必须振捣均匀密实，振捣过程应严格控制振捣棒的有效作用距离，振捣时间应以拌和物表面全部液化、表面不再有气泡和泛水泥浆为限，同时不宜过振，以防产生离析。在边角处要振捣充分，不得漏振。
3.4及时切缝，采用正确切缝工艺
高温季节施工，应加强观察提前进行切缝，使混凝土内部的拉应力释放在切缝端。切缝时混凝土需具备一定的强度，一般以混凝土达到设计强度25%～30%进行切割。在施工中，常以“温度、小时”来控制，即水泥混凝土浇注后的时间与温度的乘积作为控制常数，切割时间一般控制在200℃·h左右。过早切割，粗骨料会从砂浆中跳脱，缩缝就残缺不整齐；切缝太晚，内部应力已经产生，如果产生的拉应力大于混凝土容许值，混凝土板就会开裂。以C35路面碎石混凝土不同温度与养护时间测得抗压强度，如表1所示。
表1 C35路面碎石混凝土抗压强度与温度和养护时间关系
同时对切缝深度应合理控制。切缝深度应控制为板厚的1/4～1/5，最浅不得小于70mm，以保证裂缝准确地发生在切割处。切得太深，则不规则断裂面积过小，板间的传荷能力难以得到保证；切得太浅，混凝土截面的强度削弱得不够，难以保证断裂在切缝处产生，面层上会产生不规则裂缝。
3.5做好混凝土的养生工作
在夏季施工时，路面浇注待终凝后要立即覆盖或喷洒养护剂，视气温情况均匀洒水，从而保证混凝土强度正常增长，防止因缺水干缩而产生裂缝。养护时间由水泥混凝土强度而定，一般使用425号以上普通水泥养护时间不得少于14天。在施工中还要经常注意天气变化情况，如遇温度急骤变化和大风突然来临应提前养生，高温修整抹面后应早覆盖，避免日照，保持表面湿度，减少表面蒸发。
4早期裂缝的处理
(1)对轻度干缩裂缝或细小裂纹，通常完工后不再发展，轻者可不予处理，重者及时发现后用干水泥密封，保持缝隙饱满且不产生渗水。
(2)对于裂缝宽度大于0.5mm的中裂缝也可以用水泥灌浆法或化学灌浆法处理，将水泥浆用压浆泵压入裂中，把裂缝胶结起来，使其成为整体。
(3)当板块裂缝较大时，应先沿裂缝两侧一定范围划出标线，标线与中线垂直或平行，然后沿线切齐，凿去标线间混凝土，浇注心混凝土。
(4)当路面板断裂、破碎或板角断裂时，若裂缝离接缝较近，可将接缝1.5m范围内混凝土凿除；若断板位于板块中间位置，需将整块板全部凿除，处理好基层后重新浇注混凝土。
(5)对断板的处治也可采用聚合物灌浆法封缝，或沿裂缝全深度开槽嵌入弹性或刚性粘合修补材料，进行封缝防水，使板体恢复使用功能。
5结语
水泥混凝土路面裂缝处理是一项综合性的工作，导致裂缝产生的原因有很多，包括温度收缩、塑性收缩或施工、养护方法不当等。为有效减少施工裂缝的产生，建设单位应做好设计、施工、养护等环节的工作，严重按照相关规范规程进行施工操作，并制定出一系列切实有效的防治措施，以确保水泥混凝土路面使用功能的有效发挥。
参考文献
[1] 李彦勇. 浅谈水泥砼路面裂縫产生的原因及预防措施[J].商品与质量：建筑与发展.2012年第08期
[2] 刘文碧;杨晓亮;典松鹤.水泥混凝土绿裂缝成因及预防措施[J].科技致富向导.2012年第15期
关键词:混凝土路面；施工期；裂缝处理；防治措施
中图分类号：U416.216 文献标识码：A 文章编号：
随着我国社会经济建设的快速发展，政府加大了对城乡交通道路设施的投资力度，道路建设工程数量日益增加。水泥混凝土是建筑工程常用的建筑材料，具有原材料丰富、强度大、施工方便和可塑性好等优点，目前在城乡公路建设等土木工程中有所应用及推广。但由于受到施工质量低、管理不善、温度变化等因素的影响，水泥混凝土结构时常会产生温度裂缝，若没有得到有效的预防及处理，不仅会影响到道路建设工程的施工进度，增加工程的建设成本，而且影响到公路投入使用后综合性能的发挥，因此，建设单位必须清晰认识到混凝土裂缝的危害，通过分析混凝土裂缝产生的原因，采取必要的防治措施及养护措施，最大限度避免混凝土裂缝的产生，从而确保混凝土路面的质量安全。
1裂缝产生工程概况
某水泥混凝土一级公路混凝土面板主体于夏季施工，施工后经过一个冬季由面板普查发现部分路段出现网裂及横向贯穿裂缝。网裂路段施工当天风大且温度较高，路面施工后未及时喷洒养护剂且未覆盖塑料薄膜。对路面板进行钻芯，结果显示裂缝多达路面板中心厚度以下或已贯穿至混凝土面板底部。
2施工期裂缝产生原因
混凝土是一种非均质的复杂多相混合材料，其抗拉强度远低于抗压强度。当混凝土内部拉应力超过其抗拉强度时，将有裂缝产生。混凝土发生开裂的条件是:在约束下变形产生的拉应力超过实时的抗拉强度。施工期间，水泥混凝土由于自身化学作用及温度、湿度作用，施工方法不当等将产生体积变形，进而形成裂缝甚至断板。
2.1塑性收缩产生裂缝
塑性收缩一般发生在混凝土凝结硬化之前，此时混凝土几乎没有强度或强度很小，受高温或较大风力影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其自身收缩，即产生塑性收缩裂缝。
研究表明，混凝土中80%的水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所必需的，多余水分的蒸发便引起混凝土体积的收缩。塑性收缩裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一状态。较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽1～5mm，形成初期深度较浅，但受降温收缩影响会逐渐向下延伸。
2.2温度变化产生裂缝
混凝土硬化初期，水泥水化释放出热量，由于混凝土是热的不良导体，散热较慢，使得混凝土内部温度较外部高，有时可达40～60℃。内外形成温度梯度，产生温度变形和温度应力，内部膨胀和外部收缩相互制约，在外表混凝土中将产生很大拉应力导致混凝土出现裂缝。
水泥混凝土受温度影响会产生热胀冷缩变形。网裂路段摊铺结束后施工人员未加塑料薄膜覆盖，由于当时气温高加上水化热作用，(水泥用量在350～550kg/m3时，每立方米混凝土将释放出17500～27500kJ的热量)，混凝土表面的温度高达60～70℃。施工当天最高气温为30℃，取混凝土表面温度为65℃，则温差为－35℃。混凝土路面板温均匀下降时，由温差引起的应力按下式计算:
板中:σx=ErαΔTP/(1－μc)
板边:σx=－ErαΔTP
式中:α为混凝土的线膨胀系数，一般为1×10－5；P为因温差应力作用时间长，考虑徐变影响的应力松驰系数，一般取2/3；ΔT为温度差；μc为混凝土各龄期的泊松比，设为0.15；Er为混凝土各龄期的弹性模量，MPa。
依据上述公式，当混凝土弹性模量Er=2.5×104MPa，ΔT=－35℃时，板中温度应力计算如下:
σx=2.5×104×1×10－5×(－35)×2/3/(1－0.15)=－6.86MPa
施工结束后混凝土强度未完全形成，取抗压强度为35MPa，抗弯拉强度一般为抗压强度的1/8～1/6，即4.38～5.83MPa。由上述计算可知，在混凝土表面气温骤降35℃时，温度应力已超过其抗弯拉能力，混凝土板块裂缝形成已不可避免。
温度变化产生的裂缝走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。
2.3基层裂缝反射至面层形成断板
基层在施工后由于水分变化易产生不规则干缩裂缝，基层本身具有一定刚度，温度变化时产生收缩应力。基层强度形成的初期阶段(3～20天)，水分蒸发产生的收缩应力达到最大值，其暴露的顶面可达到1.3MPa。若基层施工后有覆盖层，应力可减少约85%，但仍存留0.2MPa。在温度应力的综合作用下，基层顶面产生较大拉应力。
2.4施工工艺不当产生裂缝
搅拌时间不够，振捣不密实，有漏振或过振情况都将导致混凝土整体强度不一致。水泥混凝土振捣不均匀，将造成混凝土的密实度不均匀，在密度小的区域内混凝土面板下部多成蜂窝和空洞状，形成了承受应力的薄弱部位或区域，从而易使混凝土面板产生裂缝以致断板。
3裂缝防治措施
3.1基层质量控制
基层是混凝土面层的底面约束层，其密实度和平整度直接影响混凝土面层的质量。基层成型养生结束后，要及时摊铺混凝土面层，以防基层暴露时间过长而产生干缩裂缝，从而导致路面反射裂缝的产生。若基层产生裂缝，需设置应力吸收层并加铺土工布或油毛毡，以防裂缝反射至面层。
3.2避免高温时段施工
混凝土浇注的温度一般应低于30℃，夏季施工时不宜超过35℃，可在早晨、夜间进行。同时保持基层顶面在浇注前充分湿润，采用搭设遮阳板等辅助措施控制混凝土的温升，降低浇注混凝土的温度。避开高温时段施工是防止裂缝和断板产生的最有效的方法。
3.3保证施工过程质量
在混凝土浇注过程中，始终保持施工作业的连续性，一旦出现间断作业，必须设置一道施工缝，并布置传力杆，以防止因不设施工缝而出现断板的现象。在施工中突然遇到雷阵雨气候的情况，应及时采取措施，对已形成强度的混凝土板应加快切缝进度，减少冷收缩裂缝的产生。
传力杆布置时，必须与路面平行，以保证其伸缩方向。若传力杆安装不当，上下翘曲，则在混凝土收缩时，传力杆对混凝土板产生压应力，引起混凝土板拉裂。且应确保传力杆插入深度位于混凝土面层厚度中心，防止插入过浅产生传力杆位置处纵向裂缝。
在施工中水泥混凝土必须振捣均匀密实，振捣过程应严格控制振捣棒的有效作用距离，振捣时间应以拌和物表面全部液化、表面不再有气泡和泛水泥浆为限，同时不宜过振，以防产生离析。在边角处要振捣充分，不得漏振。
3.4及时切缝，采用正确切缝工艺
高温季节施工，应加强观察提前进行切缝，使混凝土内部的拉应力释放在切缝端。切缝时混凝土需具备一定的强度，一般以混凝土达到设计强度25%～30%进行切割。在施工中，常以“温度、小时”来控制，即水泥混凝土浇注后的时间与温度的乘积作为控制常数，切割时间一般控制在200℃·h左右。过早切割，粗骨料会从砂浆中跳脱，缩缝就残缺不整齐；切缝太晚，内部应力已经产生，如果产生的拉应力大于混凝土容许值，混凝土板就会开裂。以C35路面碎石混凝土不同温度与养护时间测得抗压强度，如表1所示。
表1 C35路面碎石混凝土抗压强度与温度和养护时间关系
同时对切缝深度应合理控制。切缝深度应控制为板厚的1/4～1/5，最浅不得小于70mm，以保证裂缝准确地发生在切割处。切得太深，则不规则断裂面积过小，板间的传荷能力难以得到保证；切得太浅，混凝土截面的强度削弱得不够，难以保证断裂在切缝处产生，面层上会产生不规则裂缝。
3.5做好混凝土的养生工作
在夏季施工时，路面浇注待终凝后要立即覆盖或喷洒养护剂，视气温情况均匀洒水，从而保证混凝土强度正常增长，防止因缺水干缩而产生裂缝。养护时间由水泥混凝土强度而定，一般使用425号以上普通水泥养护时间不得少于14天。在施工中还要经常注意天气变化情况，如遇温度急骤变化和大风突然来临应提前养生，高温修整抹面后应早覆盖，避免日照，保持表面湿度，减少表面蒸发。
4早期裂缝的处理
(1)对轻度干缩裂缝或细小裂纹，通常完工后不再发展，轻者可不予处理，重者及时发现后用干水泥密封，保持缝隙饱满且不产生渗水。
(2)对于裂缝宽度大于0.5mm的中裂缝也可以用水泥灌浆法或化学灌浆法处理，将水泥浆用压浆泵压入裂中，把裂缝胶结起来，使其成为整体。
(3)当板块裂缝较大时，应先沿裂缝两侧一定范围划出标线，标线与中线垂直或平行，然后沿线切齐，凿去标线间混凝土，浇注心混凝土。
(4)当路面板断裂、破碎或板角断裂时，若裂缝离接缝较近，可将接缝1.5m范围内混凝土凿除；若断板位于板块中间位置，需将整块板全部凿除，处理好基层后重新浇注混凝土。
(5)对断板的处治也可采用聚合物灌浆法封缝，或沿裂缝全深度开槽嵌入弹性或刚性粘合修补材料，进行封缝防水，使板体恢复使用功能。
5结语
水泥混凝土路面裂缝处理是一项综合性的工作，导致裂缝产生的原因有很多，包括温度收缩、塑性收缩或施工、养护方法不当等。为有效减少施工裂缝的产生，建设单位应做好设计、施工、养护等环节的工作，严重按照相关规范规程进行施工操作，并制定出一系列切实有效的防治措施，以确保水泥混凝土路面使用功能的有效发挥。
参考文献
[1] 李彦勇. 浅谈水泥砼路面裂縫产生的原因及预防措施[J].商品与质量：建筑与发展.2012年第08期
[2] 刘文碧;杨晓亮;典松鹤.水泥混凝土绿裂缝成因及预防措施[J].科技致富向导.2012年第15期