水泥砼路面早期裂缝危害及潜在问题的探讨

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水泥砼路面的突出优点是：强度高，使用周期长，正常维护费用低；其突出缺点是：一次性投资大，对损坏难以修复。截至2003年底止，汕尾市区现已修建的水泥砼路面达到38万平方米。为加强汕尾市区的基础设施建设，今后汕尾市区在市政道路建设方面将会继续加大资金投入，以进一步改善市区的道路交通状况。因此，如何进一步利用水泥砼路面的优点，克服其缺点，延长使用年限，对今后砼路面的修建是有实际意义的。在砼路面的施工中，无论在技术上，在管理上，仍有不少教训，值得我们去反思研讨。水泥砼路面早期裂缝危害的潜在因素及防治就是其中的重要课题。
    早期裂缝的危害
    早期裂缝是水泥砼路面常见病害之一，由于它是以裂缝形式出现，修补较困难。整块敲掉，又实属可惜，重新浇筑将会影响工期和浪费资金。因此如何消除和防治早裂病害，对道路工作者来说是一项必须努力攻克的课题。
    对早期裂缝的概念，特别是时间段的概念，认识并不统一，这里不作详述。本文所指的早期裂缝是指：凡是在道路开放交通前产生的裂缝，均称作早期裂缝。
    回顾汕尾市近十多年来，随着水泥砼路面的发展，其病害也不断出现，特别是在夏季或冬季施工的路面，早期裂缝的现象更为严重。例如香港大道、香洲路西段、林荫路、海宁路、城南路、吉祥路等均有不同程度的早期裂缝出现。可见，早期裂缝对砼路面的危害十分普遍，对其如何防护和处理显得十分重要。
    早期裂缝的分类及防治
    根据“早裂”的潜在成因及外部条件的影响，初步归纳后，可将早期裂缝分为四种，分别是：沉降裂缝；干缩裂缝；温度裂缝；施工裂缝。
    （一）沉降裂缝
    砼浇筑后，水泥和骨料自然下沉，同时引起泌水，在沉降过程中发生的裂缝。产生沉降裂缝主要原因，是砼浇筑后，水泥和骨料在下沉阶段，如受到钢筋和其它埋件的局部阻碍、模板移动、基础沉降，使该处砼产生拉应力和剪应力时，该处就会产生沉降裂缝。裂缝一般均在浇筑后1~3小时产生，属硬化前裂缝。发现后迅速进行处理，可重新加压抹平，使裂缝闭合，能达到较好效果。
    沉降是砼特性之一，完全避免是不可能的。但沉降有一定限度，随着各粒子间的相互接触，水泥浆的逐步凝结，将导致沉降停止。沉降量与单位用水量成正比。即单位用水量愈大，泌水率愈大，沉降量也愈大。为防止和减少沉降裂缝，应从以下三方面着手：
    （1）在保证砼和易性的条件下，降低砼的单位用水量，使用干硬性砼。
    （2）选择在沉降结束以前快速硬化，而又不失去粘结力的水泥和外加剂。
    （3）施工良好震捣，消除因泌水产生的水膜而减少砼沉降。
    （二）干缩裂缝
    水泥砼浇筑后，在硬化的过程中，由于水泥水化生成物的体积比原来物质的体积小，加上游离水在空气中蒸发及凝胶体失水而紧缩，随着砼何体积收缩产生拉应力，当拉应力大于当时砼的抗拉强度，而产生干缩裂缝。裂缝的主要特征：表面开裂，纵横交错，没有一定规律；缝宽和长度都很小，与发丝相似，不注意时较难发现。
    干缩裂缝是砼路面早期裂缝中最常见危害之一。因内外研究资料表明，砼的干燥收缩也是砼特性之一，正是因为这一特征，能使砼密实，提高砼与钢筋之间的粘结力。但是干缩量超过一定程度就会产生裂缝。
    干缩裂缝的产生与使用材料、配合比、板块尺寸、养护条件、外加剂等有密切关系，根据对干缩裂缝的认识，对其成因分述如下：
    （1）在冬季或夏季施工，往往由于养护不及时，让砼风吹日晒，造成砼表面水分蒸发速度过快，超过了泌水速度，因而产生干缩裂缝。
    （2）对于塑性砼来说，从凝结到硬化结束，就是早期收缩期间，也是砼快速失去塑性的过程。此时，如果砂率过大，石料含泥量过多，或是采用干缩量较大的水泥，都会造成砼过量收缩而产生裂缝。
    多年实践证明：水泥标号越高，收缩越大；矿渣水泥比普通水泥收缩大；级配骨料粒径越小，收缩愈大；生产干缩裂缝危害的机会就越大。为防止干缩裂缝产生，首要任务是消除一切可能诱导“干裂”产生的因素。主要应从以下三方面入手；
    （1）根据不同气候条件，选用合理级配。正确选用水泥、石料、砂率、用水量、外掺剂等，从减少干缩率，来防止干缩裂缝。
    （2）严格施工管理，防止水分过量蒸发，捣筑后，及时采用凉棚或其它遮盖物，将砼覆盖起来，避免风吹干燥，日光直接照射，进入养护期后，注意养生。
    （3）不同外加剂及剂量，对砼干缩率有一定影响。因此，掺配外加剂前应对干缩率作试验后，再确定是否掺配和掺配量。
    （三）温度裂缝
    水泥砼具有热胀冷缩的性质。由于水泥水化作用，是伴随发热的化学反应，所以，在硬化的过程中释放大量热能，使温度上升。经参考有关实测资料，在通常温度范围内，砼温度上升1℃，每米膨胀0.01毫米。这种温度变形，对大面积砼板块，极为不利。砼路面板的内部温度增高有时可达到40~60℃，使内部砼产生显著的体积膨胀，而板面砼随着晚上气温降低，湿水养护而冷却收缩。内部膨胀与外部收缩，互相制约，产生很大拉应力，而外部砼所受拉应力一旦超过砼当时的极限抗拉强度时，板块就会产生裂缝。
    经几年来现场观察温度裂缝的结果是：横向裂缝多于纵向裂缝，板中裂缝多于板边裂缝，缝宽大小不一，受温度影响大。另外，在某些路段，因踞缝不及时，而在靠近设计伸缩缝处，发生了走向较规则的温度裂缝，这种情况在香港大道施工时曾多次出现。
    对温度裂缝的处理，尚未较成熟的办法。按常规整块打掉，返工重浇，浪费较大。我市常用办法是用切割机垂直切除损坏部分，破除运走，重新浇筑单层钢筋砼，以保证损坏块的强度及稳定性。
    对于温度裂缝，应该树立以防为主的思想。在施工管理的过程中，我们积累了不少的好经验和预防措施。综合起来，主要有下面三条：
    （1）砼单位骨料用量愈大，其热膨胀系数愈小。水泥浆含量愈多，则砼膨胀系数愈大。因此，合理选择级配，采用水化热较低水泥，减少水泥及用水量，降低砼膨胀值，是防止温度裂缝的主要途径。
    （2）施工管理中，应注意人工降温措施，对表层砼采取保温保湿防护措施，减少温度变形。
    （3）对于大面积砼路面施工，应该做到及时锯缝，这是防止温度裂缝的有效措施。
    （四）施工裂缝
    在砼早期裂缝中，可以说没一种裂缝不与施工因素有关。施工裂缝主要是指由施工因素产生的裂缝。
    从我市市政道路施工中比较常见的施工裂缝，追踪其成因主要有两方面：
    （1）震捣不够，拆摸过早，因而引起砼表面和边部开裂。
    （2）在不中断交通的情况下，分边施工，先期施工的砼板块通车后，影响新浇筑的板块，产生震动裂缝。
    对防止施工裂缝的产生，并非一个纯技术问题，在很大程度上是施工管理问题。只要严格加强施工质量，正确执行施工技术操作规程，因施工因素产生的裂缝是可以防止和避免的。
    早期裂缝的潜在因素
    除了上述肉眼可见的裂缝外，许多学者对砼变形与破坏的内在原因进行了研究。认为砼在外力作用下的变形裂缝是内部裂缝的发展，是量变到质变的具体现。这一新的启迪，导致对砼变形破坏原因的研究向前迈进了一大步，为砼开创了新的研究领域即对砼内部的研究。
    所谓微裂缝，是每一种肉眼无法看到，只有用显微镜或超声波探测器才能发现的裂缝。这种由于沉陷、水化、干燥、碳化等因素产生的微裂缝，在未受外力作用之前，就存在于砼内部。
    对于微裂缝，就其存在来说，它是诱发早期裂缝的潜在因素。就其发展来看，它是路面在通车受力后，大开裂或变形破坏的祸根之一。所以我们在研究早期裂缝病害中，应该首先认识和掌握微裂缝的产生和发展基因，才能从根本上防止和消除微裂缝。随着对微裂缝研究的发展，目前已观测到对水泥砼力学性质具有很大影响的微裂缝主要有三种：
    （1）界面裂缝
    界面裂缝存在于砂浆和粗骨料粘结面上。由于砼硬化过程中，砂浆的水化作用和收缩引起砂浆体积变化而产生的应力，破坏了砂浆和粗骨料界面间的粘结力，而形成杂乱无章分布的微细裂缝。
    另一原因，是砼成型后的泌水作用，某些上升的水分为骨料所阻，因而聚集于粗骨料的下缘，妨碍粘结而成为界面裂缝，这种裂缝对砼的变形性质起着重要的作用。
    （2）砂浆裂缝
    砂浆本身产生的裂缝。主要由水泥含碱量和温度变化引起砂浆膨胀而生产。这种裂缝在受力或其它因素的作用下，将会连接邻近的界面裂缝而形成连续裂缝，此时砼将会遭到严重破坏。
    （3）骨料裂缝
    骨料粒子内部产生裂缝。这种裂缝在骨料（石料）中因石质和成岩纹理的原因，使其在开采和扎碎过程中形成微裂缝。
    以上三种裂缝常常形成两条粘结裂缝，并且以砂浆裂缝为联结而形成连续裂缝。微裂缝在外力和温度、干湿变化、化学作用等因素的影响下，常常引起早期和后期的砼破坏。
    微裂缝对路面砼有着极大地破坏作用，甚至比已发现的早期裂缝还具有破坏性。因为它是埋藏的“地下炸弹”。所以我们应该尽量消除和防止微裂缝的产生。防止和减少微裂缝，可从三方面着手：
    （1）严格选择骨料。选择石质均匀一致，不易风化，无裂纹，无剥落的坚硬岩石作为粗骨料，并且严格控制针片状；细骨料含泥量不得超过规范标准。消除和减少骨料裂缝的产生。
    （2）控制水灰比。特别是水泥用量，应严格按级配计算配比，严禁使用高碱量水泥。尽量降低用水量，减少泌水沉降而造成砂浆裂缝条件。
    （3）注意砼施工操作方法，减少从搅拌到成型之间的时间和运输路程，避免砼过早凝聚及泌水现象而致微裂。必须坚持做到砼搅拌均匀，震捣密实。使砼相互粘结密实稳定，有效消除界面裂缝和砂浆裂缝。
    结束语
    水泥砼路面早期裂缝的产生，其内因与外部条件，非常复杂。既有单一因素，也有综合因素。因此我们对某一种裂缝的产生，也不应看到孤立，应综合进行分析研究，以确保水泥砼路面的工程质量，减少早期裂缝所造成的损失。