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水泥混凝土路面开裂原因及预防措施论文
水泥混凝土路面开裂原因及预防措施
【中文摘要】
随着道路建设的发展，道路改造修补的问题越来越突出。
水泥混凝土路面在长期运营过程中,不可避免地产生某些损伤,如混凝土开裂、破损等,这将影响到结构的正常使用,严重的甚至引起交通事故及缩短结构的使用年限.因此有必要对水泥混凝土路面进行经常性的维修整治,使其处于良好的工作状态。
与沥青路面相比，水泥混凝土路面的修补较困难。
本文结合宁通一级公路宁扬段水泥混凝土路面的实际情况，本文结合宁通一级公路宁扬段水泥混凝土路面的实际情况，较详细地阐述了沥青加铺施工前旧混凝土路面的修补措施，取得了较好的效果。
【英文摘要】
Alongwiththedevelopmentthatroadconstuct,theroadreformstheproblemoftherepairmoreandmoreoutstanding.Thecementconcreteroadfacesinthelong-termluckcampprocess,producingsomeharmsinevitably,ifconcreteopenings,damagedetc.,thiswillaffectthenormalusageofthestructure,seriousevencausethetrafficaccidentandshortentheusagetimelimitofthestructure.Thereforehavethenecessitytofacetocarryontothecementconcreteroadtousuallymaintainsexuallywholecure,makeitbeplacedinthegoodworkappearance.Comparewiththeasphaltroadfacereading,therepairthatthecementconcreteroadfaceismoredifficult.Thistextcombineratheranatheclasshighwayrathertheactualcircumstancethatacementof扬concreteroadface,thistextcombineratheranatheclasshighwayrathertheactualcircumstancethataningofyangconcreteroadface,comparedtoelaboratethattheasphaltaddstospreadtheconstructiontheex-repairmeasurethatoldconcreteroadfaceindetail,obtainedtocomparegoodofresult.
【中文关键词】：
水泥混凝土；路面修补； 开裂原因；预防措施；裂缝
【英文关键词】：
Cementconcrete;Theroadfacestherepair;
Listthereason;Prevent°fromthemeasure;
【前言】
随着道路建设的发展，道路改造修补的任务将会越来越重。
许多发达国家道路建设的重点都在从新建道路的设计施工逐渐向现有道路的改造修缮转移。
与沥青路面相比，水泥混凝土路面的修复比较困难，可采用的大修措施有三种：
加铺沥青混凝土面层、加铺新水泥混凝土面层和翻修。
国内外研究表明，对于重交通水泥混凝土路面而言，最可行的改造措施是加罩沥青混凝土面层。
加罩沥青层后，原有旧水泥板作为基层或底基层，这种复合结构涉及刚性、柔性两种路面结构形式，不仅材料差异大，而且旧路路面上存在接缝及错台、脱空、裂缝、唧泥等损坏现象，使得复合结构中奇异部位突出，这就会在罩面层对应于旧路路面接、裂缝的位置上出现反射裂缝。
薄层罩面中反射裂缝的出现是必然现象，关键的问题是一旦出现反射裂缝后，虽对面层使用影响不大，但水份会从裂缝中渗漏下去，加速对基层的破坏，使沥青面层出现唧泥，而且出现湿软地基等，加速裂缝的开裂，大大缩短罩面层的使用寿命。
换句话说，所有防范措施的实施，只是尽量推迟产生早期反射裂缝的时间，以及一旦产生反射裂缝后，如何减缓其向上面层发展的速度，从而达到延长其使用寿命的目的。
国内外大量工程实践表明，无论是采用加筋还是应变消散类的防裂措施，当应用于传荷能力很差的旧路路面时，任何薄层罩面对防治反射裂缝都显得无能为力。
因此，治本重于治表，旧水泥混凝土路面的修补对加铺改造工程成败至关重要。
目录
摘要------------------------------------------------------------
（1）
前言------------------------------------------------------------
（2）
概述-----------------------------------------------------------（3-5）
水泥混凝土路面产生开裂的原因-------------------------------（5-7）
预防水泥混凝土路面开裂的措施-----------------------------（7-9）
水泥混凝土路面开裂修补措施-------------------------------（9-12）
总结-----------------------------------------------------------（13）
致谢-----------------------------------------------------------（13）
参考文献
一、概述
二十世纪初，由于汽车的出现，国外首先在道路上铺设了水泥混凝土路面。
由于它具有强度高，耐久性好、整体性好、水稳性好、养护费用少、利于夜间行车、能适应重载、通行能力大等优点，五十年代以年，在我国大部分城市道路、工矿道路、停车场和机场跑道广泛采用，并且逐年以几千公里的速度增加。
水泥混凝土路面的使用性能在行车和自然因素的不断作用下，可能出现各种类型的损坏，大体上可分为接缝破坏和路面损坏两个方面。
由于水泥混凝土路面的强度高，损坏后修复比较困难，而且影响交通。
因此对预防产生水泥混凝土路面裂缝就显得尤为重要。
为了提供水泥混凝土路段改造设计工作所必需的数据和资料，首先应对现有水泥混凝土路段的路面状况进行调查评定。
根据不同的评价结果，结合当地气候、地理位置、交通量等因素制定正确的养护和改建策略。
宁通一级公路宁扬段公路设计标准为一级汽车专用公路，双向四车道，路基宽23m，中央分隔带1.5m。
该路所处自然区划为Ⅳ1a，路基干湿类型为中湿。
为适应沿线的水文地质情况，对地下水位较高的地段，采用水泥混凝土路面形式。
水泥混凝土路段的分布及结构层情况见表1。
根据《公路水泥混凝土路面养护规范》规定的水泥混凝土路面状况调查与评价方法,依据实测数据和收集的资料，对各段水泥混凝土路段路面状况进行评价,其评价结果见表2。
水泥混凝土路段分布及结构层情况表表1
分 布 桩 号
路面结构层
硬路肩结构层
修建年代
K49+082～K53+083
25cm30#水泥混凝土20cm12%石灰土
20cm8%石灰土
1983年
K59+240～K65+155
24cm30#水泥混凝土
25cm石灰土
5cm沥青砂
4.5cm沥青贯入式
31cm石灰土
1985年
K77+352～K90+880
25cm30#水泥混凝土
35cm12%石灰土
5cm沥青砂
4.5cm贯入沥青
24cm12%石灰土
1986年
调查评价汇总表表2
路 段
K49+082～K53+083
K59+082～K53+083
K77+352～K90+880
项目内容
调查结果
评价
调查结果
评价
调查结果
评价
路面破损状况
PCI
49.957
次
70.081
良
78.348
良
DBL
13.17
次
9.64
中
9.7
中
结构承载能力
代表弯沉
23
次
19
中
11
良
劈裂强度
5.472
良
5.390
良
5.685
良
传荷能力
/
/
2
良
2
良
平 整 度
6.8
差
5.1
差
5.3
差
注：
1.PCI-为路面状况指数；2.DBL-为开裂率（%）；3.传荷能力为检测相邻两板块的弯沉差；4.平整度通过3m直尺检测；5.路面的代表弯沉值，按公式Lr=L0+λσ计算，其中σ为保证率系数，一级路取2.0，即按97.7%的保证率。
同时还进行了基层承载力、基层及中央分隔带含水量测试，测试结果表明：
基层承载力比较理想；基层含水量较高的原因是灌缝料损坏后没有及时修补，雨水下渗，基层横向排水不畅；中央分隔带含水量正常。
二、水泥混凝土路面产生开裂的原因
水泥混凝土路面的损坏主要表现形式为裂缝，严重的导致断裂。
1．从路面平面缮分为规则裂缝和不规则裂缝：
规则裂缝：
即在设计的纵缝、横缝（缩缝、施工缝）底部产生的裂缝
不规则的裂缝：
即在裂缝以外产生的裂缝，大体可分为：
横向不规则裂缝、纵向不规则裂缝、角隅裂缝。
2、从路面裂缝的横断面上分：
可分为板顶裂缝、底部裂缝和整体断裂。
1.路基、基层的影响：
（1）.基层平整度差，导致混凝土面层厚度不匀，离散性大，在行车荷载及温度翘曲应力作用下，使得路面应力集中。
当应力超过极限强度时，就会在厚度薄弱处产生裂缝。
（2）地基强度不均匀，路基填料混杂或压实不好，产生不均匀沉降，导致混凝土板产生裂缝。
（3）路基软弱，未压实，或路面基层强度不足，沉降量过大，混凝土板受弯产生裂缝。
（4）半填半挖路段，填挖交接处未按要求进行处理或处理不好，或填方部分未压实，导致填方部分沉降或滑移而造成裂缝。
（5）老路拓宽，新填土部分施工方法不当，与劳碌结合不好，导致混凝土板产生裂缝。
2.水泥混凝土质量的影响：
（1）.不同标号及品种的水泥混杂使用，硬化时间及收缩量不一样同样会形成裂缝。
水泥用量过大，单纯用增大水泥用量的方法来达到混凝土设计强度，致使水化热大，易发生收缩裂纹，使混凝土路面形成裂缝。
（2）集料质量的影响。
集料中的杂质含量直接影响混凝土的质量，特别是其中的有害杂质如云母、有机质、轻物质、泥及石料上的包裹层等，将会削弱水泥的胶结力，延缓水泥硬化，降低混凝土的强度。
这些杂质均应清除干净再用，集料级配不良回导致集料间孔隙过大，水泥砂浆集中，局部收缩加大，出现裂缝。
（3）搅拌质量的影响。
搅拌时必须按照施工配合比顺序加料，并保证搅拌时间不低于规范要求，并且最长时间不得超过最短时间的3倍。
搅拌时间过短，则拌合不均匀，造成面层强度相差过大，硬化时间及收缩量不同，从而导致裂缝产生；搅拌时间过长，则容易导致骨料破碎、离析，使和易性发生变化，影响混凝土的强度。
（4）振捣质量的影响。
应保证振捣器在每一位置振捣的持续时间，以拌合物停止下沉，不再冒气泡并泛出水泥砂浆为准，并不宜过振。
振捣不足，易使混凝土中出现气孔、蜂窝，在行车荷载及自然因素作用下产生应力集中而导致裂缝；振捣过量，则粗骨料下沉，混凝土离析，影响其强度。
（5）养护的影响。
混凝土的养护对其早期强度增长和防止收缩裂缝极为重要。
混凝土浇筑成型后，逐渐开始凝结硬化。
当空气中相对湿度较小时，混凝土中水分就会不断地被蒸发掉，造成混凝土由表到里逐渐失水，同时水还会阻滞混凝土的继续硬化甚至停止硬化。
如果养护不及时，就会造成顶面失水快，收缩迅速；板底失水慢，收缩缓慢。
翘曲后则可能是板产生裂缝。
因此一定要加强混凝土的早期养护，在表面手浆后尽快予以覆盖和洒水养护。
同时必须保证养护的时间，实际养护天数根据混凝土强度增长情况而定，一般宜为14天~21天。
3.养护剂的影响
养护剂在道路施工中的应用越来越多。
养护剂凝固后所形成的薄膜可阻止混凝土中水分的蒸发，起到养护作用。
但实际使用过程中如使用不当，则极易产生混凝土裂缝。
首先，因路面有一定的横波，喷洒中养护剂总是由高处向低处流动。
养护剂喷洒凝固后，一些施工单位不注意在高的一侧补喷，造成高侧部分养护剂偏少，两侧水分蒸发速度不同，混凝土收缩不一致，形成裂缝。
其二，在拆模板后，侧壁应补喷。
部分施工单位拆模时间过晚，过晚再喷养护剂实际上作用已很小。
另外，有的模板是用废机油作为脱模剂，废机油附着在混凝土板侧壁上，养护剂喷到油上，没有附着力，很难起到养护作用。
侧边收缩和强度增长与面层不一致，易在侧壁形成裂缝。
4.横向缩缝质量的影响
设置横向缩缝是为了减小收缩应力和翘曲应力，缩缝主要采用假缝的形式，一般用锯缝机进行切割。
切缝的作用是使内应力在切缝处产生应力集中，从而使裂缝在切缝处产生。
切缝施工是混凝土施工中的一个重要环节，如不加强控制，极易引发裂缝。
（1）切割时间。
当混凝土达到设计强度的25%~30%时，应采用切缝机进行切割。
切缝太早，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。
气温高，混凝土强度增长快，切割时间要提早。
温差大，切割时间也要提早。
一些施工单位不注意随着外界环境的变化调整切缝时间，致使切缝时间过晚，产生裂缝。
切缝时间一般遵循的原则是"能切就切，宁早勿晚"。
切缝机，宜采用机型小、转速快、振动小的，在混凝土浇筑几小时内即可切割。
（2）切割深度。
切缝深度应控制为板厚的1/4~1/5。
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，难以保证断裂在缩缝处产生，面层上会产生不规则裂缝。
因此，应严格控制切缝的深度，既不能过深，亦不能过浅。
（3）接缝料。
接缝料是保证混凝土板正常使用的主要组成部分。
近几年来国内对接缝料的研究较多，但接缝料的检验标准及试验方法在现行规范中较少提到，只是JTJ012-9《公路水泥混凝土路面设计规范》中对接缝料提出了技术要求。
接缝处如处理不好，则极易出现问题。
首先是接缝渗水，由于接缝材料不能与混凝土板壁紧密粘结在一起，或者接缝料施工质量差，灌缝不饱满，导致路面水渗入基层，基层软化，混凝土板在荷载作用下出现裂缝。
其二，如果接缝材料性能差，则杂物极易嵌入缝中，使接缝失去胀缩作用，板产生断裂。
小石子嵌入时，使接缝处板端应力集中，以致接缝附近的混凝土板挤裂。
5.拉杆和传力杆的影响
（1）.胀缝传力杆的质量控制主要有两点，一是传力杆的一端应涂沥青，且加管套，以保证其伸缩距离；二是传力杆必须与路面平行，以保证其伸缩方向。
前者处理不好，缝端混凝土将被挤裂。
后者更易于忽视，传力杆有的安装时即歪歪斜斜。
传力杆与路面不平行，混凝土板伸缩时，传力杆对混凝土板产生压应力，引起混凝土板拉裂。
（2）横向施工缝传力杆。
横向施工缝传力杆应用光圆赶紧，且一半涂沥青，允许滑动。
在实际应用中，许多施工单位为图方便，经常使用螺纹钢，且不涂沥青。
施工缝两边混凝土浇筑时间不同，凝结过程中产生的收缩不同步，传力杆不能伸缩，形成薄弱环节。
当混凝土板在荷载或自然因素作用下产生收缩，则在此薄弱环节处产生裂缝。
（3）纵缝拉杆。
纵缝一般有纵向缩缝和纵向施工缝两种，两种纵缝均应设置拉杆。
拉杆在设计上并不作为一种传荷装置，其主要作用是拉住相邻板块不让它们分离，因而它应能提供足够的拉力以克服面层收缩时基层顶面所给予的摩擦力。
拉杆应用螺纹钢，长度达到设计要求，以保证其与混凝土只的粘接力。
并且拉杆的直径与间距也应得到保证。
一些施工单位在施工时采用小直径螺纹钢，长度达不到依靠求，或者由于横板预留孔位置不对而使拉杆间距偏大。
如此，拉杆不能提供足够的拉力，混凝土面板收缩时纵缝被拉开而形成裂缝。
6.过早开放交通
开放交通过早，混凝土的强度尚低，不足以承受行车荷载，在荷载作用下，混凝土路面产生裂缝。
、
三.预防水泥混凝土路面开裂的措施
水泥混凝土路面是一种刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好的路面结构。
由于路面经常受重交通荷载、环境条件等外部作用，致使水泥混凝土路面使用性能下降，引起路面的开裂，影响了公路运输的效益和行车安全，因此，必须采取措施，加强对水泥混凝土路面的设计、施工及养护管理。
严把水泥混凝土路面的设计关：
为了防止水泥混凝土路面的开裂，各有关部门应认真及时地组织设计人员和有关专家，对水泥混凝土路面的设计理论及规范要求，进行深入细致地研究和讨论，根据当地的地理位置，环境、地形、沿线工程地质和水文地质，特别是交通量的组成和车辆的类别以及地方材料的供应情况提出符合实际的轴载设计参数、路面结构、材料组成、路基填料、碾压方案和要求，以设计出适宜的水泥混凝土路面以及完善的排水系统，提出合理经济的水泥混凝土配比设计及要求。
严把工程质量施工关：
水泥混凝土路面的施工，是保证工程质量的关键，要预防混凝土路面开裂，就要切实把好施工质量关。
在施工中预防开裂的措施有以下几个方面：
（1）严格控制混合料组成配合比，使施工配合比与设计配合比相符合。
在施工中要经常检查骨料的级配和杂质，发现所购进的骨料级配与原试验级配不符时，必须及时调整施工配合比，同时还要检查含泥量，使其不能超标。
而在施工中最应注意的是水灰比的控制，如果水灰比忽大忽小，在摊铺时又不注意摊铺的均匀性，就会造成水灰比的不同片块，在其交界结合部，由于凝固收缩率或受热膨胀率不同，在结合部位形成裂缝和开裂的情况；如果水灰比过大，混合料便偏稀，在其凝固成型时，收缩率就大，一旦缩缝设置和施工仍按正常进行，就会造成缩缝间距相对过长，从而易在较大的收缩应变作用下形成裂缝，如果进一步发展，还可以形成贯通的混凝土路面开裂，因此，在施工中要严格把住混合料的配比关，特别是水灰比这一关。
（2）施工中严格把住材料关，是保证混凝土质量的前提。
材料是构成混凝土路面的主体，如果由于施工中管理不严，购进材料质量低劣，那么这样的材料组成的混凝土路路面的弯拉应力就达不到设计要求，很容易在施工期间产生不规则断裂，或在使用过程出现更多的病害。
（3）在施工中水泥混凝土必须振捣均匀密实。
如果水泥混凝土振捣不均匀，将造成水泥混凝土的密实度不均匀。
在密度小的区域内混凝土路面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，从而易使路面产生开裂。
（4）在混凝土浇筑过程中，要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开裂的现象。
（5）施工中及时正确地切缝是预防开裂的有力措施。
当水泥达到终凝后，水泥混凝土即告凝固成型，这时水泥混凝土体收缩变形也在不断进行，并产生了较大的拉应力，当混凝土路路面与基层之间的摩擦力大于这个成型凝固产生的收缩拉应力时，在混凝土路面承受拉应力最薄弱的位置就会被拉断而产生开裂。
而如果能够及时准确地切缝，就能引导混凝土路面凝固收缩力在切缝处规则拉断路面，从而避免在其他位置产生开裂。
根据河北省的具体情况，切缝深度约为板厚的1／4，同时切缝的时间也要及时，一定要在产生最大收缩应力之前切缝，才能有效。
在混凝土抗压强度达到11MPa时，抹面后约3小时左右，就可以进行切缝，它可以比较有效地引导裂缝在预定的切缝位置上断裂，故避免了不规则的开裂。
（6）在基层施工中，使基层表面平整，也是预防混凝土路面开裂的一个措施。
当基层表面凹凸不平，不仅会使路面与基层间的摩擦力增大，而且使路面下面的摩阻力形成不均匀的片状区，这样在不均匀片状区的边缘部位和摩阻力集中的区域就最容易形成开裂；另一方面，当基层标高低时，浇筑的混凝土路面就偏厚，而切缝深度又是按正常板厚实施的，这样在混凝土凝固过程中产生的拉应力的作用下，就会在路面相对比较薄的部分产生不规则裂缝，因此把基层的标高控制准确，表面平整光滑是预防开裂的一个措施。
（7）在施工中尽量避免产生较大的温差效应。
温差效应过大或突变，容易造成混凝土路面强度形成的不同步。
当气温高时，上部强度的形成比下部要慢。
在这样的情况下，路面强度的形成不同步，容易出现翘曲变形，一旦有不规则裂缝发生就会使强度较低部位拉断开裂，形成不规则开裂，所以在施工中要注意尽量避免在温差大天气或大风天气施工，或者当混凝土浇筑完毕后立即采用遮阳、洒水、喷洒养护剂等措施，使混凝土体的表面始终保持潮湿，确保昼夜温差不至太大，以预防路面断裂。
（8）正确地在纵坡变化处、平曲线及构造物结合部设置胀缝，是预防开裂的有力措施。
纵坡变化处、平曲线及构造物结合部都是应力应变集中的位置，在此处设置胀缝，是减少或释放应力应变的最佳方案，它可以大大降低在此处的开裂率。
（9）正确安装传力杆可以防止开裂。
传力杆的安装必须遵照规范要求，按设计进行，使传力杆与道路中心线及路面平行。
如果传力杆安装偏斜，则在传力过程中会将混凝土顶破，从而形成裂缝而开裂。
（10）在混凝土路面底面与基层顶面间设置滑动层，减少路面与基层间的摩阻力，这样可以防止路面被拉断。
当基层表面与混凝土路面底面的摩阻力很大，混凝土路面收缩和膨胀不宜自由滑动时，就使板内的拉应力增加，此时基层的裂缝也极容易反射到混凝土路面上而形成开裂。
滑动层设置形式一般有：
（1）在基层上洒沥青透层油；
（2）设1厘米厚的砂子（或沥青砂）滑动层；（3）用塑料薄膜设置滑动层。
以上方法也可以组合使用。
（11）严格控制开放交通的时间，加强养生和养护。
水泥混凝土路面浇筑完毕后必须达到设计强度后方可开放交通，并对其及时进行养生、洒水，清扫，确保混凝土路面湿润、整洁，防止因缺水养生而产生干缩裂缝或开裂。
（12）混凝土路面要在切缝处埋置接缝板，并在接缝板位置上再行切缝，这是预防混凝土早期开裂的有效措施。
接缝板的高度是混凝土板厚的2／3，并应在基层顶面放置，这样就在此处形成了最薄弱条件，当混凝土路面产生拉应力时，裂缝就在此处产生，从而避免了混凝土路面的早期开裂
四．水泥混凝土路面开裂修补措施
根据本路段的实际情况和《公路水泥混凝土路面养护规范》的要求，及近年来在对旧水泥混凝土路面进行修补改造中出现的新工艺、新材料,提
出适合于本路段修补措施。
4.1 几种常见病害的处理
4.1.1 脱空
4.1.1.1 脱空板块的判定
综合以下四种方法判断脱空板块：
（1）下雨之后唧泥的板块一律视为脱空板块；
（2）测定全线板块的弯沉值，以2km为一段，按97.7%的保证率计算该段的代表弯沉，实测弯沉值大于该段的代表弯沉值的板块很有可能板下脱空。
（3）人站在板边接缝处，当重型车辆驶过时，能感觉到两板之间相对垂直位移；
（4）当重车行过，人站在板边能听到空洞声。
4.1.1.2 脱空板处理方法
将旧板破碎、运走，清扫基层；用15#贫混凝土修复松散基层（如有松软的素淤泥块，还应挖坑切槽，直到坚硬基层），基层表面要平整，并具有一定的横坡坡度，然后重新浇筑30#混凝土板。
处理旧板换新板应注意以下几点：
①破碎机械建议不用冲击锤，因其冲击力对周围板块基层有振动影响，最好用人工配合空压机，小型凿岩机也可；
②新浇的混凝土板块的强度不小于原来板块的设计强度，其材料要求、配合比、施工工艺质量标准等应符合有关设计与施工规范的规定要求；
③行车道与超车道之间纵缝内的
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