水泥混凝土路面断板的分类及原因分析

张志

【摘要】90年代以来，根据我国的资源条件和公路事业发展需要，对发展水泥路面采取了“因地制宜，积极稳妥，确保质量，加快发展”的16字方针。我县水泥路主要集中在县道202鹿梁线6.78km，县道302师顺线12.301km以及丰县城区中央大道5.12km，总计24.201km。在水泥混凝土路面修建技术不断提高的同时，也出现了一些开裂、断板、沉陷、错台等病害，给养护、修复带来了极大的困难。尤其是断板病害已经成为公路工程的通病之一，必须引起重视。

【关键词】：水泥混凝土路面病害

水泥混凝土路面断板分类

由纵向、横向、斜向裂缝发展而产生的已完全折断成两块以上的水泥混凝土路面板称为断板。其特征是裂缝贯通全厚和板面。但斜向裂缝虽垂直通底，而其从角隅到断裂两端的距离等于或小于板边长度一半的称为板角断裂。

混凝土路面板浇筑完成后，未完全硬化和开放交通就出现的断板称为早期断板或施工断板。

混凝土路面开放交通后出现的断板称为使用期断板或后期断板。断板的计量方法是不论一块板上有多少处断裂，均按一块板计算。水泥混凝土路面的断板率是已完全折断成两块以上的水泥混凝土路面板的块数与路面板的总块数的比值，以百分数表示。

水泥混凝土路面断板按其损坏程度分为三类：

轻微断裂：裂缝窄、裂缝处未剥落，缝宽小于3mm，一般为未贯通裂缝。

中等断裂：边缘有碎裂，裂缝宽度在3~10mm之间。

严重断裂：缝宽、边缘有碎裂并伴有错台出现，缝宽大于10mm，断角有松动。

按断板形式又可分为纵向断板和横向断板两类。

2004年颁布的《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）规定：“混凝土路面混凝土板的断裂块数，高速公路和一级公路不得超过评定路段混凝土板总块数的0.2%，其他公路不得超过0.4%。对于断裂板应采取适当措施予以处理。”

水泥混凝土路面断板原因分析

温度应力与荷载应力超过混凝土的抗拉强度，水泥混凝土路面板就会产生断裂并发展为断板。这些断裂，有的是施工期间由于混凝土的初期收缩受到阻碍而产生的拉应力超过了混凝土的抗拉强度而引起的横向裂缝；有的是由于板块尺寸过大所产生的温度翘曲应力超过了混凝土的抗弯拉强度而引起的横向裂缝；有的是由于地基的不均匀沉降或地基受侵蚀而使板底出现脱空后，致使应力增加而引起的纵向、横向或角隅断裂；有的是由于车辆荷载的多次重复作用，所产生的重复荷载应力超过了混凝土的疲劳强度而引起的纵向或横向裂缝。

有的研究认为：水泥混凝土路面开裂的主要原因是混凝土的自身收缩（包括干燥收缩和温度收缩）及其与基层间的强大的摩阻力（包括静摩擦力和层间粘结剪应力），因此减少或改善混凝土的自身收缩及其与基层的摩阻力，就能有效地防止开裂。

下面就早期开裂断板和使用期开裂断板作一下分析：

㈠早期开裂断板的原因

原材料不合格

⑴水泥安全性差，强度不足。水泥中的游离氧化钙（f-CaO）在凝结过程中水化很慢，水泥凝结硬化后还在继续起水化作用，当f-CaO超过一定限量时，就会破坏已经硬化的水泥石或使抗拉强度下降。水泥强度不足也会影响混凝土的初期强度，使开裂断板的几率大大增加。水泥的水化热高、收缩大，也易导致开裂。

⑵集料（砂、碎石等）含泥量及有机质含量超标。水泥混凝土中水泥石与骨料的界面粘结不良，往往是产生初期开裂的薄弱部位。集料的含泥量和有机质含量超过规范要求，必然会造成界面缺陷，容易开裂。另外，有资料表明，在同样的水灰比条件下，石灰岩、石英岩等亲水性骨料与水泥石界面粘结力大，花岗岩等亲水性差的骨料则反之。

基层标高失控和不平整

⑴基层标高失控，造成路面厚度不一致，过薄或厚薄交界处将成为薄弱断面，在混凝土收缩时，难以承受拉应力而开裂。

⑵基层不平整会大大增加其与混凝土界面的摩阻力，易在较薄弱路面开裂。

⑶用松散材料处理基层标高失控或不平整时，上层混凝土拌合物的水分或砂浆会下渗或被基层吸收，使下部混凝土变得疏松，强度下降。

⑷基层干燥会吸收混凝土拌合物中的水分，使底部混凝土失水，强度降低，导致开裂。

混凝土配合比不当

⑴单位水泥用量偏大。混凝土中引起收缩的主要是水泥石部分，过多的水泥用量，必然会导致较大的收缩。

⑵水灰比偏大。水泥完全水化的最低水灰比约为0.26~0.29，施工中采用较高的水灰比是为了满足和易性需要。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，影响了混凝土强度。

⑶施工中计量不准，尤其是未根据集料中的含水量及时调整用水量，会影响混凝土的配合比的准确性，从而影响其初期强度。

⑷一般情况下，混凝土配合比按“饱和面干”状态设计，如使用长期在日光暴晒下的过干骨料，会大量吸收拌合用水而影响水灰比的准确性，影响混凝土强度。

施工工艺不当

⑴搅拌不足或过分，振捣不密实，形成的混凝土强度不足或不均匀，易导致早期开裂断板。振捣时间不易过长，否则会造成分层，骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，表面收缩裂缝增加。

⑵混凝土拌合时，如果水泥或集料温度过高，再加上水泥的水化热，会使混凝土拌合物的温度很高，在冷却、硬化过程中会使温差收缩加大，导致开裂。

⑶混凝土浇筑间断。因停电、机械故障、运输不畅、气候突变、停料等原因使混凝土浇筑作业中断，再浇筑时未按施工缝处理，新旧混凝土由于结合不良和收缩不一致会形成一条不规则的接缝。

⑷养生不及时或养护方法不当。尤其是气温高、湿度小、风速大的不利条件下，就会使混凝土表面水分蒸发太快，从而形成干缩裂缝。

⑸切缝不及时。由于机具故障或操作人员切缝时间掌握不准确或切缝深度不足，造成混凝土内应力集中，在混凝土板的薄弱处形成不规则的贯通裂缝。

⑹施工车辆过早通行。某些施工作业面，由于受到地理条件的限制或因混凝土养护作业需要在混凝土强度不足的条件下过早地通车，产生荷载应力，这是产生裂缝的又一个原因。

⑺采用真空吸水工艺时，如果因两吸垫之间未重叠而导致漏吸，则漏吸处水灰比较两侧大，混凝土强度较低，收缩也大，会形成薄弱环节而开裂。

⑻传力杆安装不当，上下翘曲，则在混凝土伸缩和传力过程中混凝土就会破坏，形成裂缝损坏。

⑼在日温差较大的季节和地区，混凝土表面修整过程中，要避免阳光直射，整修后要及时覆盖养生，防止混凝土白天过多的升温，造成夜间降温时收缩过大。

边界原因

⑴在双幅路面施工中，已浇筑一边的缩缝在另一边未开始浇筑前已经裂通，气温下降一定幅度时，断裂的缩缝两边混凝土板收缩，这样后浇筑还未切割的混凝土板受到较大的拉应力，而这时其混凝土强度还较低，当拉应力大于混凝土初期抗拉强度时，就会在先浇筑板缝对应位置发生不规则裂缝。

⑵有中央分隔带路缘石等高速公路和街道施工中，路缘石常设有混凝土平基背座，由于路缘带先于路面施工，当温度下降时路缘带本身会收缩，路缘带下半部具有粗糙面会带动初期强度很低的混凝土面板在路缘带裂缝处产生边界裂缝。

⑶同样原因，如果基层稳定层已经发生裂缝，裂缝两边基层在气温下降时收缩，由于摩擦力作用，同样也会带动上面初期混凝土面板开裂。

㈡使用期开裂断板原因

设计不当

⑴路面厚度偏薄。根据美国的研究资料，路面的使用寿命与路面厚度成5次方关系，如果设计时交通量调查不准，路基、基层、底基层的模量和材料参数选用不当等原因而使路面厚度偏薄，就会使路面寿命缩短，过早地出现开裂、断板。

⑵板块平面尺寸不当。

⑶混凝土原材料的配合比不当，混凝土产生碱集料反应或抗冻融差等耐久性问题。

⑷排水设计不当。

水泥混凝土路面直接暴露在大氣之中，一年四季大气温度、湿度周期性的变化，以及每一昼夜气温的变化，都会使得混凝土路面板在不断的伸缩和翘曲中处于拉应力和压应力的反复交替作用状态，此拉、压应力称为温度应力。混凝土板越长，温度应力就越大。若设计时板块过长或长宽比例不当，温度应力超出容许范围，路面板即产生开裂断板。

超重车的影响

由于交通运输业的迅速发展，大吨位车辆逐年增多，单轴轴载比原设计计算轴载增加几倍，由于轴载等效换算系数f=（Pi/Po）16，即超重轴载与标准轴载换算成16次方关系，所以超重车的增加是水泥混凝土路面使用期开裂断板的重要原因。

路基不均匀沉降

路基不均匀沉降主要发生在：

⑴填挖相交断面处，半填半挖结合处，新老路基交接处，土基密度不同部位；

⑵软弱地基、湿陷性黄土以及采空区、陷穴等特殊路段；

⑶桥涵、构造物附近压实机械难以施工的部位；

⑷路基不同填料的界面或层面；

⑸压实度不足。

压实不均匀路段，在路面长期使用过程中，由于水温条件的变化和行车荷载作用，路基产生不均匀沉降，致使沉降量不同的结合面产生错台，面板由于荷载作用而导致断裂。

基层失稳

⑴基层施工质量不好，强度不均匀或较低，使用中基层松散或在渗水作用下材料吸往一边，面层脱空，当受到的弯拉应力大于混凝土板强度时面板即发生断裂。

⑵面层接缝填缝料失效，板的弯沉使空隙内的积水变成有压水，侵蚀冲刷基层，并沿接缝缝隙喷出，即产生唧泥。面板边缘部分将失去支承，在荷载作用下产生断裂。

初期微裂缝的扩展

初期混凝土收缩形成未反映到表面的微小裂缝，使用一段时间后，受行车荷载及温度应力的双重作用，部分裂缝将逐渐增长、变深，以至造成面板断裂。

排水不良

⑴路基及基层排水不良，长期受水浸泡，引起路基失稳或强度不足，使路面产生不规则断裂。

⑵裂隙水或边沟水等渗入路基、基层和底基层，冬季冻胀时使路面产生纵向开裂。

7、桥（涵）面铺装损坏

钢筋混凝土明盖板桥涵上的水泥混凝土路面铺装层，由于厚度不足或与盖板、涵台结合部处理不当，在行车作用和盖板胀缩下，产生层间搓动和面板断裂。

某些产生初期断板的原因也会在使用期继续强化，导致路面开裂、断板或使病害程度更趋恶化。

【参考文献】

中华人民共和国交通部颁布《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ073.1-2001）。北京：人民交通出版社，2001

李华、缪昌文、金志强编著《水泥混凝土路面修补技术》。北京：人民交通出版社，2000

中华人民共和国交通部发布《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）。北京：人民交通出版社，2004