張釗

摘 要：水泥混凝土是公路路面施工階段的常用物料，多種因素可能會(huì)作用于水泥混凝土路面施工進(jìn)程，增加公路路面投用階段裂斷問(wèn)題發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，降低車(chē)輛行駛過(guò)程安全性、舒適度，減縮公路工程使用壽命，增加運(yùn)維成本。文章首先闡述了公路水泥混凝土路面裂斷原理，其次分析誘發(fā)路面裂斷的主要因素，最后較為詳細(xì)的探究幾種防裂斷措施，闡述了路面裂斷開(kāi)鋸的適宜時(shí)間，以降低裂斷現(xiàn)象發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，從根本上提升我國(guó)公路水泥混凝土路面建設(shè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：公路;水泥混凝土;路面工程;裂斷成因;防裂斷措施

和瀝青混凝土路面相比較，水泥混凝土路面在強(qiáng)度、安穩(wěn)性方面更占據(jù)優(yōu)勢(shì)，且有工程造價(jià)偏低、技術(shù)難度較小等特征，故而在公路項(xiàng)目建設(shè)領(lǐng)域中有較廣泛應(yīng)用。但既往有調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，該類(lèi)路面投用一段時(shí)間后，因車(chē)流量、大型重載車(chē)輛持續(xù)增多，路面會(huì)滋生出多種病害，其中裂斷是最常見(jiàn)、嚴(yán)重的病害類(lèi)型，其一方面會(huì)降低公路整體質(zhì)量，另一方面也會(huì)使車(chē)輛通行過(guò)程遭受諸多阻礙。針對(duì)路面裂斷，力爭(zhēng)做到早期發(fā)現(xiàn)、及時(shí)修復(fù)處理，進(jìn)而保證公路使用過(guò)程的安全性。

1水泥混凝土路面裂斷的原理

在一定條件下，水泥混凝土收縮以后，內(nèi)部會(huì)形成較大的拉應(yīng)力，且其對(duì)應(yīng)數(shù)值變化規(guī)律與混凝土彈性模量及收縮量增減存在正相關(guān)性。若拉應(yīng)力水平明顯高出混凝土自體持有的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則將會(huì)誘導(dǎo)路面裂斷現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展過(guò)程?？梢圆捎脙煞N辦法控制路面裂斷問(wèn)題，即防控水泥混凝土冷縮、干縮過(guò)程。

眾所周知，面層與基層之間存在較大的摩擦阻力，關(guān)于摩擦阻力對(duì)應(yīng)的具體數(shù)值及其對(duì)公路路面使用性能形成的影響程度，當(dāng)下尚未有相關(guān)文獻(xiàn)資料佐證。但針對(duì)層間摩阻力，我們不能單純的將其視為物理學(xué)上的摩阻力，這主要是因面層與基層間形成的束縛力和物理學(xué)上純正的摩擦力存在本質(zhì)上差異，其由兩大部分構(gòu)成，即靜摩擦力、層間粘結(jié)剪應(yīng)力。既往有測(cè)量結(jié)果表明，后者測(cè)得的數(shù)值顯著大于前者，這預(yù)示著路面裂斷階段中粘結(jié)剪應(yīng)力占據(jù)著主導(dǎo)性作用[1]。綜合以上論述的內(nèi)容，我們認(rèn)識(shí)到可以通過(guò)削弱層間粘結(jié)性去降低層間摩阻力，而降低靜摩擦力時(shí)取得的效果并不顯著。

2水泥混凝土路面裂斷的成因分析

2.1路堤不均勻引起的沉降

石土是多數(shù)公路工程路堤施工階段選用的建設(shè)材料，且在專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)備碾壓處理后而形成的，在很長(zhǎng)一段時(shí)間中施工人員會(huì)對(duì)路堤行排水、固結(jié)等多種處置措施，最終形成安穩(wěn)性較高的結(jié)構(gòu)體。

從宏觀(guān)層面上分析，工程建設(shè)階段若能均勻的填筑所有路基土，那么不同位置路基沉降過(guò)程也表現(xiàn)出均勻性特征，在這樣的工況下，路面裂斷概率偏低[2]。但現(xiàn)實(shí)施工作業(yè)階段，路基由路堤、路墊兩大部分構(gòu)成，以上兩個(gè)構(gòu)造在高程指標(biāo)上存在較顯著差異，外加在不同區(qū)段中，地質(zhì)構(gòu)造也有一定差別，建設(shè)路堤過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降問(wèn)題。不同拉應(yīng)力施加在水泥混凝土板上，誘導(dǎo)了路面開(kāi)裂問(wèn)題的形成及發(fā)展過(guò)程。

2.2水泥混凝土的收縮裂縫

公路建設(shè)階段，導(dǎo)致水泥混凝土路面出現(xiàn)收縮裂縫的成因并不唯一，大體上可以概括為如下三種[3]：

（1）塑性收縮裂縫：該種裂縫通常在路面澆筑施工后2～10h內(nèi)出現(xiàn)，成因主要有：1）路基上粉塵過(guò)厚，造成澆筑混凝土環(huán)節(jié)底部大比例水分被吸走，水泥混凝土內(nèi)外部失水在時(shí)間上存在出入，形成較大內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而引起從內(nèi)朝外拓展的裂縫;2）原材料內(nèi)含泥率過(guò)高，處于飽和狀態(tài)下的泥土、粉塵和水泥混凝土在凝結(jié)時(shí)間上存在較大差異，進(jìn)而誘導(dǎo)內(nèi)應(yīng)力形成過(guò)程，最后造成面層開(kāi)裂;3）施工極端，水膠比控制不嚴(yán)格，造成水泥混凝土出現(xiàn)了嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象，因內(nèi)外凝結(jié)時(shí)間不統(tǒng)一而形成裂縫，泌水階段內(nèi)部顆粒沉降不勻稱(chēng)，進(jìn)一步促進(jìn)了裂斷形成過(guò)程;4）攪拌時(shí)間過(guò)短，造成物料拌和不均，這樣水泥漿就難以均勻、整體覆蓋集料表層，一旦有薄弱環(huán)節(jié)形成就會(huì)增加路面裂斷事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）干燥收縮裂：成因主要是針對(duì)已硬化水泥混凝土未能及時(shí)加以保護(hù)，促進(jìn)水分散失過(guò)程，進(jìn)而誘導(dǎo)了路面裂縫形成過(guò)程，具體成因;1）水泥混凝土終凝以后保濕養(yǎng)護(hù)工作未能及時(shí)推進(jìn)，水泥混凝土內(nèi)部水分提前喪失而出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象;2）水泥投用量過(guò)少，這是導(dǎo)致混凝土構(gòu)件早期強(qiáng)度薄弱化的主要原因，以致難以有效抵制干收縮應(yīng)力，進(jìn)而形成開(kāi)裂現(xiàn)象。

（3）溫度收縮裂縫：該種裂縫通常出現(xiàn)在水泥混凝土的硬化階段，成因有：1）晝夜溫差較大的氣候條件下澆筑混凝土，造成混凝土內(nèi)外形成較大溫差，此時(shí)混凝土板中形成較大的溫度應(yīng)力場(chǎng)，進(jìn)而引起裂縫;2）混凝土構(gòu)件硬化后，未能阻止技術(shù)人員及時(shí)行切縫操作，或切縫間距偏差，不利于內(nèi)部應(yīng)力整體釋放而聚集，當(dāng)聚集大一定程度時(shí)將會(huì)爆發(fā)，進(jìn)而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。

2.3切縫施工時(shí)間延遲

在夏季高溫氣候條件下施工作業(yè)，很容易對(duì)水泥混凝土強(qiáng)度形成不良影響，在對(duì)混凝土外部實(shí)施草氈覆蓋等保溫、升溫措施時(shí)，應(yīng)指派施工人員密切觀(guān)察是否出現(xiàn)了裂縫問(wèn)題。若觀(guān)察有裂縫形成，則應(yīng)快速對(duì)其行切縫處理，借此方式促進(jìn)混凝土內(nèi)部拉應(yīng)力釋放到切縫處的過(guò)程，減少或規(guī)避貫通裂縫。大部分工況中，設(shè)定于水泥混凝土路面施工結(jié)束后16-18h內(nèi)完成切縫施工任務(wù)，若上午完成施工作業(yè)，則當(dāng)天下午就需有人員加強(qiáng)觀(guān)測(cè)，從最基礎(chǔ)環(huán)節(jié)杜絕裂縫、斷板等問(wèn)題。

3公路水泥混凝土路面防裂斷技術(shù)

對(duì)水泥混凝土路面裂斷機(jī)理加以分析后，我們認(rèn)為防控裂斷的重點(diǎn)在于削弱混凝土拉應(yīng)力。可以采用如下兩種方法：（1）減小混凝土的收縮量;（2）減輕層間形成的約束作用，即采用弱限制將強(qiáng)限制取而代之。

3.1彭脹補(bǔ)償收縮技術(shù)

現(xiàn)如今該種防裂斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)諸多工程建設(shè)進(jìn)程中有所應(yīng)用，在強(qiáng)化混凝土抗開(kāi)裂、防水、防滲透等方面表現(xiàn)出良好效能，但用于路面項(xiàng)目施工階段缺乏普遍性，其作用機(jī)制和其他防裂技術(shù)手段基本一致。可以將其理解為使用“膨脹”去“代償或消除”混凝土的“收縮”，在水泥混凝土路面防裂斷施工階段，通常會(huì)把適量外加劑摻和到水泥混凝土內(nèi)，進(jìn)而保證混凝土收縮量符合工程設(shè)計(jì)要求。當(dāng)下，市面上銷(xiāo)售的外加劑類(lèi)型繁多，且性能優(yōu)良，公路路面施工階段參建方要綜合多種因素后加以選擇。

3.2層間減摩法

當(dāng)下，抵除層間粘結(jié)剪應(yīng)力的常用方法以涂油、墊砂、鋪油氈等較為常見(jiàn)。當(dāng)下，有關(guān)部門(mén)推行的相關(guān)規(guī)范中，規(guī)定嚴(yán)禁使用層間鋪砂法的，這要是因該種方法應(yīng)用階段不僅對(duì)技術(shù)含量提出較嚴(yán)格要求、耗用大量人力物資等，并且澆注緩解中漏漿風(fēng)險(xiǎn)較高，部分情況下砂會(huì)和混凝土整合，難以保證水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的安穩(wěn)性。施工人員在實(shí)踐中持續(xù)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)鋪設(shè)油氈盡管能取得較好的隔離效果，但基于油氈過(guò)厚的屬性，可能會(huì)降低面層與基層兩者的貼合效果，不利于有效傳導(dǎo)荷載及均勻受力，且相比之下鋪油氈階段資金投入過(guò)多，故而該種方法推廣受限[4]。整體分析后，我們認(rèn)為塑料薄膜隔離法有更為寬闊的應(yīng)用空間，有施工流程簡(jiǎn)潔、隔離效果優(yōu)良、不干擾層間傳力過(guò)程及造價(jià)成本偏低等諸多優(yōu)勢(shì)。

3.3合理設(shè)定道面鋸縫時(shí)間

公路路面施工階段，若溫度應(yīng)力明顯高于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，則就很可能促成斷板事件，及時(shí)予以鋸縫處理，則能較有效的釋放混凝土內(nèi)的溫度收縮應(yīng)力，是可行的防控手段之一。在現(xiàn)實(shí)工作中，盡管鋸縫方法可行度較高且過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)易，但我們一定要掌控好開(kāi)鋸時(shí)間，其直接關(guān)系著鋸縫法在防控路面裂斷問(wèn)題方面起到的作用。在設(shè)定鋸縫時(shí)間階段，一定要予以混凝土板溫度、強(qiáng)度指標(biāo)一定重視，特別是要加強(qiáng)混凝土凝固時(shí)的抗拉強(qiáng)度的判讀，簡(jiǎn)單比較其與溫度應(yīng)力，進(jìn)而捕獲混凝土板斷裂時(shí)所對(duì)應(yīng)的各種條件，這樣便能掌握裂縫的最適宜開(kāi)鋸時(shí)間。

既往有資料記載[5]，混凝土強(qiáng)度值在10～12h階段增加最為遲緩，這預(yù)示著其對(duì)應(yīng)的抗裂性能增加也最慢，進(jìn)而初步掌握混凝土抗拉彈性模量增加階段遵照的規(guī)律，同時(shí)將其和全天中混凝土的抗拉彈性模量予以比較分析后，發(fā)現(xiàn)選定澆筑時(shí)間是下午的混凝土恰好處于降溫階段，模量值明顯低于上午，特別是在第10低出2/3以上，在降低混凝土的溫度應(yīng)力水平方面表現(xiàn)出較高效能，這也是混凝土上午澆筑后斷板問(wèn)題發(fā)生率偏高的主要原因。

綜合如上闡述的內(nèi)容，我們可以認(rèn)定混凝土澆筑后第10h是控制斷板問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)，且高溫氣候條件下板中形成較大的溫度梯度，進(jìn)一步增加了斷板情況的發(fā)生率，基于此解讀夏季高溫氣候中每日24h氣溫與板溫間的相關(guān)性，進(jìn)而測(cè)求出氣溫與板溫兩者的差值?；跉夂驕囟茸兓€(xiàn)的走勢(shì)，結(jié)合當(dāng)天預(yù)報(bào)氣溫和與水泥混凝土澆筑時(shí)對(duì)應(yīng)的具體時(shí)間，擬定把第10h對(duì)應(yīng)的板溫設(shè)作為調(diào)控鋸縫溫度的時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)而測(cè)求出最適宜的鋸縫時(shí)機(jī)。具體操作方法如下[6]：

（1）結(jié)合當(dāng)天氣象局預(yù)報(bào)的氣溫，估測(cè)施工階段的溫度值。

（2）預(yù)估混凝土的終凝時(shí)間及對(duì)應(yīng)的板溫。多數(shù)情況下，終凝時(shí)間≤12h。

（3）利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的混凝土澆筑時(shí)初始溫度和第12h時(shí)估計(jì)的板溫，測(cè)求出第10h時(shí)板溫，并將其設(shè)作為鋸縫處理階段的控制溫度，在此基礎(chǔ)上設(shè)定相對(duì)合理的鋸縫時(shí)機(jī)。

4結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)公路工程建設(shè)規(guī)模不斷拓展，工期也相應(yīng)被延長(zhǎng)，建設(shè)實(shí)踐中影響因素偏多，這提示引起水泥混凝土路面裂斷的因素并不唯一。有關(guān)部門(mén)一定要認(rèn)識(shí)到路面裂斷的危害性，結(jié)合工程具體實(shí)況加強(qiáng)路面防裂斷措施的應(yīng)用，抑制裂縫不斷擴(kuò)展的問(wèn)題，從根本上保證路面建設(shè)質(zhì)量，為交通行業(yè)健康、持續(xù)運(yùn)作奠定堅(jiān)穩(wěn)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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