水泥混凝土路面斷板的分類及原因分析

張志

【摘要】90年代以來，根據(jù)我國的資源條件和公路事業(yè)發(fā)展需要，對發(fā)展水泥路面采取了“因地制宜，積極穩(wěn)妥，確保質量，加快發(fā)展”的16字方針。我縣水泥路主要集中在縣道202鹿梁線6.78km，縣道302師順線12.301km以及豐縣城區(qū)中央大道5.12km，總計24.201km。在水泥混凝土路面修建技術不斷提高的同時，也出現(xiàn)了一些開裂、斷板、沉陷、錯臺等病害，給養(yǎng)護、修復帶來了極大的困難。尤其是斷板病害已經(jīng)成為公路工程的通病之一，必須引起重視。

【關鍵詞】：水泥混凝土路面病害

水泥混凝土路面斷板分類

由縱向、橫向、斜向裂縫發(fā)展而產(chǎn)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。其特征是裂縫貫通全厚和板面。但斜向裂縫雖垂直通底，而其從角隅到斷裂兩端的距離等于或小于板邊長度一半的稱為板角斷裂。

混凝土路面板澆筑完成后，未完全硬化和開放交通就出現(xiàn)的斷板稱為早期斷板或施工斷板。

混凝土路面開放交通后出現(xiàn)的斷板稱為使用期斷板或后期斷板。斷板的計量方法是不論一塊板上有多少處斷裂，均按一塊板計算。水泥混凝土路面的斷板率是已完全折斷成兩塊以上的水泥混凝土路面板的塊數(shù)與路面板的總塊數(shù)的比值，以百分數(shù)表示。

水泥混凝土路面斷板按其損壞程度分為三類：

輕微斷裂：裂縫窄、裂縫處未剝落，縫寬小于3mm，一般為未貫通裂縫。

中等斷裂：邊緣有碎裂，裂縫寬度在3~10mm之間。

嚴重斷裂：縫寬、邊緣有碎裂并伴有錯臺出現(xiàn)，縫寬大于10mm，斷角有松動。

按斷板形式又可分為縱向斷板和橫向斷板兩類。

2004年頒布的《公路工程質量檢驗評定標準》（JTGF80/1-2004）規(guī)定：“混凝土路面混凝土板的斷裂塊數(shù)，高速公路和一級公路不得超過評定路段混凝土板總塊數(shù)的0.2%，其他公路不得超過0.4%。對于斷裂板應采取適當措施予以處理?！?/p>

水泥混凝土路面斷板原因分析

溫度應力與荷載應力超過混凝土的抗拉強度，水泥混凝土路面板就會產(chǎn)生斷裂并發(fā)展為斷板。這些斷裂，有的是施工期間由于混凝土的初期收縮受到阻礙而產(chǎn)生的拉應力超過了混凝土的抗拉強度而引起的橫向裂縫；有的是由于板塊尺寸過大所產(chǎn)生的溫度翹曲應力超過了混凝土的抗彎拉強度而引起的橫向裂縫；有的是由于地基的不均勻沉降或地基受侵蝕而使板底出現(xiàn)脫空后，致使應力增加而引起的縱向、橫向或角隅斷裂；有的是由于車輛荷載的多次重復作用，所產(chǎn)生的重復荷載應力超過了混凝土的疲勞強度而引起的縱向或橫向裂縫。

有的研究認為：水泥混凝土路面開裂的主要原因是混凝土的自身收縮（包括干燥收縮和溫度收縮）及其與基層間的強大的摩阻力（包括靜摩擦力和層間粘結剪應力），因此減少或改善混凝土的自身收縮及其與基層的摩阻力，就能有效地防止開裂。

下面就早期開裂斷板和使用期開裂斷板作一下分析：

㈠早期開裂斷板的原因

原材料不合格

⑴水泥安全性差，強度不足。水泥中的游離氧化鈣（f-CaO）在凝結過程中水化很慢，水泥凝結硬化后還在繼續(xù)起水化作用，當f-CaO超過一定限量時，就會破壞已經(jīng)硬化的水泥石或使抗拉強度下降。水泥強度不足也會影響混凝土的初期強度，使開裂斷板的幾率大大增加。水泥的水化熱高、收縮大，也易導致開裂。

⑵集料（砂、碎石等）含泥量及有機質含量超標。水泥混凝土中水泥石與骨料的界面粘結不良，往往是產(chǎn)生初期開裂的薄弱部位。集料的含泥量和有機質含量超過規(guī)范要求，必然會造成界面缺陷，容易開裂。另外，有資料表明，在同樣的水灰比條件下，石灰?guī)r、石英巖等親水性骨料與水泥石界面粘結力大，花崗巖等親水性差的骨料則反之。

基層標高失控和不平整

⑴基層標高失控，造成路面厚度不一致，過薄或厚薄交界處將成為薄弱斷面，在混凝土收縮時，難以承受拉應力而開裂。

⑵基層不平整會大大增加其與混凝土界面的摩阻力，易在較薄弱路面開裂。

⑶用松散材料處理基層標高失控或不平整時，上層混凝土拌合物的水分或砂漿會下滲或被基層吸收，使下部混凝土變得疏松，強度下降。

⑷基層干燥會吸收混凝土拌合物中的水分，使底部混凝土失水，強度降低，導致開裂。

混凝土配合比不當

⑴單位水泥用量偏大?；炷林幸鹗湛s的主要是水泥石部分，過多的水泥用量，必然會導致較大的收縮。

⑵水灰比偏大。水泥完全水化的最低水灰比約為0.26~0.29，施工中采用較高的水灰比是為了滿足和易性需要。但偏大的水灰比，增大了水泥水化初期骨料表面的水膜厚度，影響了混凝土強度。

⑶施工中計量不準，尤其是未根據(jù)集料中的含水量及時調整用水量，會影響混凝土的配合比的準確性，從而影響其初期強度。

⑷一般情況下，混凝土配合比按“飽和面干”狀態(tài)設計，如使用長期在日光暴曬下的過干骨料，會大量吸收拌合用水而影響水灰比的準確性，影響混凝土強度。

施工工藝不當

⑴攪拌不足或過分，振搗不密實，形成的混凝土強度不足或不均勻，易導致早期開裂斷板。振搗時間不易過長，否則會造成分層，骨料沉入底層，細骨料留在上層，強度不均勻，表面收縮裂縫增加。

⑵混凝土拌合時，如果水泥或集料溫度過高，再加上水泥的水化熱，會使混凝土拌合物的溫度很高，在冷卻、硬化過程中會使溫差收縮加大，導致開裂。

⑶混凝土澆筑間斷。因停電、機械故障、運輸不暢、氣候突變、停料等原因使混凝土澆筑作業(yè)中斷，再澆筑時未按施工縫處理，新舊混凝土由于結合不良和收縮不一致會形成一條不規(guī)則的接縫。

⑷養(yǎng)生不及時或養(yǎng)護方法不當。尤其是氣溫高、濕度小、風速大的不利條件下，就會使混凝土表面水分蒸發(fā)太快，從而形成干縮裂縫。

⑸切縫不及時。由于機具故障或操作人員切縫時間掌握不準確或切縫深度不足，造成混凝土內應力集中，在混凝土板的薄弱處形成不規(guī)則的貫通裂縫。

⑹施工車輛過早通行。某些施工作業(yè)面，由于受到地理條件的限制或因混凝土養(yǎng)護作業(yè)需要在混凝土強度不足的條件下過早地通車，產(chǎn)生荷載應力，這是產(chǎn)生裂縫的又一個原因。

⑺采用真空吸水工藝時，如果因兩吸墊之間未重疊而導致漏吸，則漏吸處水灰比較兩側大，混凝土強度較低，收縮也大，會形成薄弱環(huán)節(jié)而開裂。

⑻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破壞，形成裂縫損壞。

⑼在日溫差較大的季節(jié)和地區(qū)，混凝土表面修整過程中，要避免陽光直射，整修后要及時覆蓋養(yǎng)生，防止混凝土白天過多的升溫，造成夜間降溫時收縮過大。

邊界原因

⑴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(jīng)裂通，氣溫下降一定幅度時，斷裂的縮縫兩邊混凝土板收縮，這樣后澆筑還未切割的混凝土板受到較大的拉應力，而這時其混凝土強度還較低，當拉應力大于混凝土初期抗拉強度時，就會在先澆筑板縫對應位置發(fā)生不規(guī)則裂縫。

⑵有中央分隔帶路緣石等高速公路和街道施工中，路緣石常設有混凝土平基背座，由于路緣帶先于路面施工，當溫度下降時路緣帶本身會收縮，路緣帶下半部具有粗糙面會帶動初期強度很低的混凝土面板在路緣帶裂縫處產(chǎn)生邊界裂縫。

⑶同樣原因，如果基層穩(wěn)定層已經(jīng)發(fā)生裂縫，裂縫兩邊基層在氣溫下降時收縮，由于摩擦力作用，同樣也會帶動上面初期混凝土面板開裂。

㈡使用期開裂斷板原因

設計不當

⑴路面厚度偏薄。根據(jù)美國的研究資料，路面的使用壽命與路面厚度成5次方關系，如果設計時交通量調查不準，路基、基層、底基層的模量和材料參數(shù)選用不當?shù)仍蚨孤访婧穸绕。蜁孤访鎵勖s短，過早地出現(xiàn)開裂、斷板。

⑵板塊平面尺寸不當。

⑶混凝土原材料的配合比不當，混凝土產(chǎn)生堿集料反應或抗凍融差等耐久性問題。

⑷排水設計不當。

水泥混凝土路面直接暴露在大氣之中，一年四季大氣溫度、濕度周期性的變化，以及每一晝夜氣溫的變化，都會使得混凝土路面板在不斷的伸縮和翹曲中處于拉應力和壓應力的反復交替作用狀態(tài)，此拉、壓應力稱為溫度應力?；炷涟逶介L，溫度應力就越大。若設計時板塊過長或長寬比例不當，溫度應力超出容許范圍，路面板即產(chǎn)生開裂斷板。

超重車的影響

由于交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展，大噸位車輛逐年增多，單軸軸載比原設計計算軸載增加幾倍，由于軸載等效換算系數(shù)f=（Pi/Po）16，即超重軸載與標準軸載換算成16次方關系，所以超重車的增加是水泥混凝土路面使用期開裂斷板的重要原因。

路基不均勻沉降

路基不均勻沉降主要發(fā)生在：

⑴填挖相交斷面處，半填半挖結合處，新老路基交接處，土基密度不同部位；

⑵軟弱地基、濕陷性黃土以及采空區(qū)、陷穴等特殊路段；

⑶橋涵、構造物附近壓實機械難以施工的部位；

⑷路基不同填料的界面或層面；

⑸壓實度不足。

壓實不均勻路段，在路面長期使用過程中，由于水溫條件的變化和行車荷載作用，路基產(chǎn)生不均勻沉降，致使沉降量不同的結合面產(chǎn)生錯臺，面板由于荷載作用而導致斷裂。

基層失穩(wěn)

⑴基層施工質量不好，強度不均勻或較低，使用中基層松散或在滲水作用下材料吸往一邊，面層脫空，當受到的彎拉應力大于混凝土板強度時面板即發(fā)生斷裂。

⑵面層接縫填縫料失效，板的彎沉使空隙內的積水變成有壓水，侵蝕沖刷基層，并沿接縫縫隙噴出，即產(chǎn)生唧泥。面板邊緣部分將失去支承，在荷載作用下產(chǎn)生斷裂。

初期微裂縫的擴展

初期混凝土收縮形成未反映到表面的微小裂縫，使用一段時間后，受行車荷載及溫度應力的雙重作用，部分裂縫將逐漸增長、變深，以至造成面板斷裂。

排水不良

⑴路基及基層排水不良，長期受水浸泡，引起路基失穩(wěn)或強度不足，使路面產(chǎn)生不規(guī)則斷裂。

⑵裂隙水或邊溝水等滲入路基、基層和底基層，冬季凍脹時使路面產(chǎn)生縱向開裂。

7、橋（涵）面鋪裝損壞

鋼筋混凝土明蓋板橋涵上的水泥混凝土路面鋪裝層，由于厚度不足或與蓋板、涵臺結合部處理不當，在行車作用和蓋板脹縮下，產(chǎn)生層間搓動和面板斷裂。

某些產(chǎn)生初期斷板的原因也會在使用期繼續(xù)強化，導致路面開裂、斷板或使病害程度更趨惡化。

【參考文獻】

中華人民共和國交通部頒布《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術規(guī)范》（JTJ073.1-2001）。北京：人民交通出版社，2001

李華、繆昌文、金志強編著《水泥混凝土路面修補技術》。北京：人民交通出版社，2000

中華人民共和國交通部發(fā)布《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2004）。北京：人民交通出版社，2004