王 皓

中鐵一局集團(tuán)有限公司

1 引言

在西藏高原地區(qū)目前修建通鄉(xiāng)通村道路的時(shí)候選擇最多的是水泥混凝土路面，因?yàn)檫@種道路有較好的耐久性能、穩(wěn)定性能，較高的強(qiáng)度以及較少的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。但是這種道路也有一些缺點(diǎn)，會(huì)因?yàn)榄h(huán)境變化、負(fù)重超載出現(xiàn)裂縫。高原地區(qū)修建水泥混凝土道路，其出現(xiàn)裂縫的概率遠(yuǎn)大于平原地區(qū)，當(dāng)路面出現(xiàn)裂縫以后，路面的抗震動(dòng)、抗沖擊以及整體性都受到了破壞，混凝土板和基層間會(huì)出現(xiàn)一定程度的位移，對(duì)基層結(jié)構(gòu)造成破壞。當(dāng)基層結(jié)構(gòu)被破壞后，路面上出現(xiàn)的斷裂會(huì)增大，這樣就形成了一個(gè)惡性循環(huán)，水泥混凝土道路就不能被正常使用了，維修道路的難度增大了，費(fèi)用也提高了。所以，高原地區(qū)水泥混凝土道路出現(xiàn)裂縫的原因是急需研究的，還要采取相應(yīng)的解決措施。

2 工程情況

高原地區(qū)地形崎嶇、日照強(qiáng)烈、氣候干燥、多風(fēng)，在如此艱難的氣候環(huán)境中修建水泥混凝土路面，面臨諸多問(wèn)題，原材供應(yīng)、混凝土運(yùn)輸、施工養(yǎng)護(hù)等都是影響水泥混凝土路面質(zhì)量的原因，所以水泥混凝土道路施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格把控，力求工程質(zhì)量。本工程為西藏自治區(qū)日喀則市桑珠孜區(qū)農(nóng)村公路，施工地點(diǎn)海拔3800-4200m之間，工程包含了25條新（改）建公路，標(biāo)段全長(zhǎng)130公里，其中混凝土路面共計(jì)34.6萬(wàn)㎡。日喀則的氣候特征是：（1）空氣稀薄，氣壓低，氧氣少；（2）太陽(yáng)輻射強(qiáng)，日照時(shí)間長(zhǎng)，早晚溫差大；（3）干季和雨季分明。

3 探究高原地區(qū)水泥混凝土路面斷裂的緣由

3.1 水泥混凝土路面裂縫的分類

沉降裂縫：混凝土澆筑以后，水泥與骨料在下沉過(guò)程中，受到預(yù)埋鋼筋的局部阻礙、模板推移和基準(zhǔn)面的不均勻沉降，使該位置處的混凝土產(chǎn)生剪應(yīng)力和拉應(yīng)力，混凝土抗裂能力有限，從而出現(xiàn)裂縫。

干縮裂縫：澆筑完水泥混凝土以后，會(huì)有一個(gè)硬化的過(guò)程，但是固體的體積會(huì)比液體的小，在生成水泥固體的時(shí)候，還會(huì)出現(xiàn)游離水的蒸發(fā)，致使混凝土的體積收縮的更小，進(jìn)而出現(xiàn)拉應(yīng)力，在拉應(yīng)力的作用下，水泥混凝土路面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

溫度裂縫：水泥在水化的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。所以，水泥在硬化的過(guò)程中，就會(huì)有大量的熱量釋放出來(lái)，這種情況下，會(huì)同時(shí)出現(xiàn)外部收縮和內(nèi)部膨脹，由此會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，在拉應(yīng)力的作用下，水泥混凝土路面就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

3.2 水泥混凝土路面產(chǎn)生裂縫的原因

深度剖析高原地區(qū)水泥混凝土路面產(chǎn)生斷裂的具體原因，主要分為原材料不合格因素、混凝土配合比因素、基準(zhǔn)面因素、溫度引起裂縫、濕度變化引起的塑性收縮裂縫、混凝土路面施工工藝因素六種。

3.2.1 原材料不合格因素

為了確保水泥混凝土道路的質(zhì)量，選擇合格的材料是首要任務(wù)。若是選擇安定性、品質(zhì)均比較差的水泥，就會(huì)出現(xiàn)混凝土裂縫。煅燒水泥熟料的時(shí)候一定要確保充分，否則會(huì)有游離氧化鈣產(chǎn)生，這樣就會(huì)降低水化速度，從而會(huì)使水泥在硬化過(guò)程中發(fā)生再水化，出現(xiàn)體積變化不均勻的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致路面出現(xiàn)斷板、龜裂。在水泥混凝土道路中，骨料是比較重要的一部分，它的好壞直接影響水泥混凝土道路的質(zhì)量。選擇骨料時(shí)，要用粒徑較大的，這樣就能減少混凝土的用水量和水泥的使用量，水化熱會(huì)降低，收縮程度會(huì)減小。骨料中有一定含量的二氧化硅，它會(huì)與水泥中存在的堿性氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生堿—硅酸凝膠，這是一種吸水后會(huì)發(fā)生膨脹的膠體，會(huì)讓混凝土開(kāi)裂，破壞混凝土表面，工程中將這一現(xiàn)象叫作堿—骨料反應(yīng)。若是骨料的含泥量比較大，會(huì)使水泥漿的收縮性增大，裂縫也會(huì)增多。

3.2.2 混合料配比因素

混凝土配合比也是重要因素，施工中要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行。骨料的雜質(zhì)和級(jí)配需要經(jīng)常檢查，一旦發(fā)現(xiàn)骨料的級(jí)配不符合原試驗(yàn)級(jí)配時(shí)，要及時(shí)調(diào)整施工配合比。與此同時(shí)，還要對(duì)含泥量進(jìn)行檢查，保證不超標(biāo)。在整個(gè)施工過(guò)程中，控制好水灰比是最關(guān)鍵的，若是水灰比控制不嚴(yán)格，在攤鋪的過(guò)程中工人沒(méi)有將其攤鋪均勻，就會(huì)出現(xiàn)不同水灰比的片塊，在兩種不同配比的交界處，就會(huì)因不同的膨脹率或收縮率，出現(xiàn)斷板和裂縫。若是水灰比較大，在凝固過(guò)程中，收縮率也會(huì)較大，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)在道路表面形成斷板，所以，施工過(guò)程中要認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐瓿苫旌狭系呐浔?，尤其是水灰比，這直接影響水泥混凝土道路的質(zhì)量。

3.2.3 基準(zhǔn)面因素

路面的厚度會(huì)受到基層標(biāo)高的影響，若標(biāo)高失控，會(huì)造成路面厚度不一致，薄厚交接處以及較薄路面都會(huì)變成薄弱斷面，混凝土開(kāi)始收縮時(shí)，這些路面會(huì)因?yàn)槔瓚?yīng)力出現(xiàn)裂縫。不平整的基層與混凝土界面的摩阻力會(huì)增大，也容易開(kāi)裂。當(dāng)基層標(biāo)高出現(xiàn)失控或者不平整時(shí)，使用松散的材料整平處理后，會(huì)導(dǎo)致砂漿或混凝土的水分滲透，使下部混凝土變松，強(qiáng)度降低。基層若是比較干燥，就會(huì)吸收底部的水分，造成底部缺水，降低其強(qiáng)度，出現(xiàn)裂縫。

3.2.4 溫度引起裂縫

混凝土的硬化過(guò)程中，水泥會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)放出大量的熱量，內(nèi)部的溫度就會(huì)升高發(fā)生膨脹，外部會(huì)進(jìn)行收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力。之后會(huì)有一個(gè)降溫環(huán)節(jié)，此時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土的抗裂能力小于拉應(yīng)力時(shí)，會(huì)有裂縫產(chǎn)生。高原地區(qū)的氣溫變化跨度明顯，早晚溫差大，白天高原地區(qū)的溫度較高，使混凝土的板體溫度遠(yuǎn)高于路面溫度，板體中間部位在高溫作用下會(huì)發(fā)生膨脹變形；到了晚上溫度驟然下降，混凝土的板體溫度同樣低于路面溫度，板體兩邊部位會(huì)發(fā)生翹曲現(xiàn)象，如此反復(fù)，混凝土?xí)欢啻卫选?/p>

3.2.5 濕度變化引起的塑性收縮裂縫

塑性收縮指的是混凝土在塑性階段會(huì)因?yàn)楸砻嫒笔侄M(jìn)行的收縮。新拌的混凝土其顆粒間是有充足水分的，若對(duì)其養(yǎng)護(hù)不到位，就會(huì)使其內(nèi)部的水向表面遷移，從而對(duì)毛細(xì)管產(chǎn)生負(fù)壓，收縮漿體。造成混凝土塑性收縮開(kāi)裂的因素較多，例如混凝土的溫度、凝固時(shí)間、細(xì)摻料、水灰比、相對(duì)濕度、環(huán)境溫度等。

3.2.6 混凝土路面施工工藝因素

施工過(guò)程中，若是對(duì)混凝土攪拌的不充分或者過(guò)于充分，就會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)強(qiáng)度不足或者不均，造成混凝土開(kāi)裂、斷板?；炷恋倪\(yùn)輸方式及時(shí)間控制不嚴(yán)格，會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)離析或者初凝等情況，最終出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂。振搗過(guò)程，要把握好時(shí)間，不能過(guò)久，否則會(huì)出現(xiàn)分層，強(qiáng)度不均勻，會(huì)增加表面的收縮裂縫。若是澆筑混凝土的時(shí)候，施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了氣候突變、機(jī)械故障、停電、停料等情況，再次澆筑時(shí)需要嚴(yán)格按照施工縫處理，這樣才能避免新舊混凝土間出現(xiàn)結(jié)合不良、收縮不同形成的不規(guī)則接縫。若是施工人員對(duì)切縫時(shí)間把握的不到位或機(jī)器出現(xiàn)了故障，就會(huì)使混凝土的內(nèi)應(yīng)力集中在一起，在混凝土最薄弱的區(qū)域產(chǎn)生貫穿裂縫。水泥混凝土道路在后期的養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，若是使用的方法不當(dāng)或者趕上較差天氣時(shí)，就會(huì)加快混凝土表面的水分蒸發(fā)速度，進(jìn)而出現(xiàn)干縮裂縫。傳力桿的不當(dāng)安裝也會(huì)使路面出現(xiàn)裂縫。還有一種常見(jiàn)的原因就是一些道路在養(yǎng)護(hù)期就允許車輛通行，極大程度的傷害了道路，出現(xiàn)裂縫。

4 高原地區(qū)水泥混凝土路面斷裂的控制措施

4.1 原材料的質(zhì)量

施工過(guò)程中，必須要考慮到早期裂縫問(wèn)題，在選擇建筑材料時(shí)要更加嚴(yán)謹(jǐn)。通常情況下，使用的水泥必須有出廠質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告，還要抽檢每一批水泥，若是在抽檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)水泥出現(xiàn)品種不符、安定性不達(dá)標(biāo)等一些質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，要停止使用。對(duì)于混凝土的耐久性和強(qiáng)度影響最大的是泥土的含量，所以細(xì)骨料、粗骨料中的含土量必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，若是條件允許，可對(duì)砂石料進(jìn)行水洗處理。選擇混凝土骨料的時(shí)候優(yōu)先考慮彈性模量較高的石料，在相同的外界條件下，使用低彈性模量骨料拌制的混凝土干縮程度會(huì)遠(yuǎn)大于高彈性模量骨料拌制的混凝土。實(shí)際施工過(guò)程中，經(jīng)常使用的高彈性模量是石英石和石灰石。

4.2 控制混合料的含水量

水泥混凝土道路施工使用的大多是干硬性混凝土。這種混合料中所含的粗集料相對(duì)較多，而水和水泥的含量相對(duì)較少，這種特性對(duì)于減少早期裂縫是有很大的好處的；在混凝土的拌和前要有專人對(duì)粗細(xì)骨料的含水率進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工配合比，在拌和過(guò)程中一定要嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行操作，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比摻加外加劑，而且要嚴(yán)格控制混凝土的運(yùn)輸設(shè)備及時(shí)間，堅(jiān)決杜絕在運(yùn)輸過(guò)程或者是施工現(xiàn)場(chǎng)隨意注水。

4.3 基層施工要求

水泥混凝土面板的質(zhì)量和基層施工的質(zhì)量有著緊密的聯(lián)系，施工過(guò)程中路面基層必須符合相關(guān)的剛度、強(qiáng)度、平整度以及水穩(wěn)性的要求。水穩(wěn)性能符合要求時(shí)，就能有效避免出現(xiàn)唧泥，底板脫空現(xiàn)象；平整度符合要求時(shí)，就能均勻分散應(yīng)力，不會(huì)使應(yīng)力集中在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，進(jìn)而造成斷板。澆筑混凝土面板前要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)基層表面采取灑水措施，做到表面潮濕而無(wú)積水現(xiàn)象發(fā)生。

4.4 混凝土混合料的振搗

需要使用大功率的平板振動(dòng)器或者排式振搗器組充分振搗混凝土，然后完成澆筑。振搗混凝土?xí)r，首先要觀察水泥漿，當(dāng)其提出時(shí)說(shuō)明振搗充分，還要注意振搗的均勻性，一般振搗不充分、不均勻的部位，是最早出現(xiàn)裂縫的。

4.5 混凝土的養(yǎng)生

完成混凝土的澆注工作后，就要對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)生，好的養(yǎng)生工作能夠有效避免早期裂縫。對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)生，其實(shí)就是為了創(chuàng)造一個(gè)良好的溫濕條件，進(jìn)而起到以下兩個(gè)作用，首先是避免混凝土受到濕度、溫度的不利影響，杜絕干縮、冷縮現(xiàn)象的發(fā)生。其次是確保水泥水化過(guò)程的順利進(jìn)行，提高水泥的抗裂能力和強(qiáng)度。水泥混凝土道路中，不同深度的表面裂縫是最常見(jiàn)的，其主要形成原因是溫度梯度。因此，對(duì)混凝土進(jìn)行保溫可以有效減少裂縫的產(chǎn)生?；炷羷倽仓辏鋬?nèi)部的所含的水分是非常充足的，但是由于蒸發(fā)等一些原因會(huì)消耗水分，造成水分缺失，從而影響水泥的水化，表面的混凝土?xí)恢苯佑绊憽Ｋ?，?dāng)完成混凝土的澆注后，最初的幾天是養(yǎng)生的關(guān)鍵時(shí)期。高原地區(qū)，由于受高原氣候影響，在路面混凝土施工過(guò)程中選擇合適的澆筑時(shí)間段，抹平收面后及時(shí)采用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，待到晚間時(shí)段再利用棉毯覆蓋，加強(qiáng)保濕保溫養(yǎng)生措施。

4.6 混凝土板的切縫

防止水泥混凝土路面出現(xiàn)早期裂縫的另一有效措施是及時(shí)切縫。切縫的時(shí)間需要根據(jù)環(huán)境的變化而變化，并不是一成不變的。最好的切縫時(shí)間應(yīng)該根據(jù)水泥品種的試驗(yàn)結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)的氣溫確定，通常情況下，為了確保切縫及時(shí)，會(huì)同時(shí)使用多臺(tái)切縫機(jī)，切縫深度是混凝土板厚度的三分之一。在高原地區(qū)我們采用的是如圖1所示的軟切縫，采用此工藝可提前切縫時(shí)間，大大減少了斷板現(xiàn)象的發(fā)生。

圖1 軟切縫圖

注：

橫向縮縫構(gòu)造圖（尺寸單位：mm）；

a）假縫形式；b)設(shè)傳力桿假縫形式；

橫向縮縫優(yōu)先采用軟切縫，深度不足部分應(yīng)用硬切縫補(bǔ)足。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合西藏日喀則高原地區(qū)水泥混凝土路面施工研究了水泥混凝土路面產(chǎn)生裂縫的原因，并提出了相關(guān)的解決措施。水泥混凝土道路是我國(guó)最常見(jiàn)的，也是使用最廣泛的，尤其是目前在西藏等高原地區(qū)通鄉(xiāng)通村道路施工中，提高這種道路的性能對(duì)于高原地區(qū)是非常有利的。實(shí)際施工過(guò)程中，不免會(huì)受到溫度、濕度等一些不可控的環(huán)境影響，但是只要施工人員時(shí)刻秉著認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，規(guī)范操作就能有效降低早期裂縫的出現(xiàn)。施工過(guò)程中，既要保證水泥混凝土道路的修建質(zhì)量，又要做好后期的養(yǎng)生工作，只要這樣才能減少裂縫的產(chǎn)生，有效延長(zhǎng)道路的使用壽命。