水泥混凝土路面质量病害成因及其对策

目录1病害类型及产生原因分析21.1裂缝21.1.1缩裂缝21.1.2由于温度应力而产生的裂缝21.1.3基层原因而产生的反射裂缝31.1.4由于材料不良引起的裂缝31.2断板31.2.1原材料不合格31.2.2混水泥混凝土设计不当31.2.3水泥混凝土路面施工过程不当41.2.4路基、基层施工不当52对混凝土病害的防治措施62.1裂缝产生原因的防治措施62.1.1硬化前62.1.2硬化后62.2水泥混凝土路面断板的处理方法82.2.1断板的分类82.2.1.1轻微断裂处理方法82.2.1.2中等断裂处理方法82.2.1.3严重断裂处理方法92.2.2路面施工方面92.2.3路基施工方面9结束语9参考文献10水泥混凝土路面质量病害成因及其对策内容摘要：村村通工程的实施，刚性路面的使用较多，但是这种类型的公路也面临着不少病害，这些病害产生的原因各不相同，针对水泥混凝土路面的主要病害，即裂缝、断板等病害进行分析。希望能够对预防病害的进一步发生起到一定的作用。关键词：农村公路 水泥混凝土路面 病害 成因分析 对策 Abstract Implementation of the project villages, the use of more rigid pavement, but this type of road is also faced with many diseases, the causes of these diseases vary, the cement concrete pavement for the main diseases that crack type, off board and other diseases were analyzed. Want to be able to prevent the further occurrence of the disease play a role.Keywords Rural Highway Concrete Pavement Analysis Countermeasures随着交通运输的发展，陕西省的公路里程不断发展，特别是近年村村通工程的实施，刚性路面的使用较多，但是这种类型的公路也面临着不少病害，这些病害产生的原因各不相同，针对水泥混凝土路面的主要病害，即裂缝、断板等病害。结合县道312西渠华原三级公路、韦庄寺前公路、朝邑安仁公路等的水泥混凝土路面的连续观测数据和路况调查，发现水泥混凝土路面破坏的发展过程一般是：(1)接缝填缝料脱落；(2)板底脱空和板间错台；(3)板块断裂。水泥混凝土路面通常经过2个夏天后，在第二个冬天将有部分接缝填缝料缺损、填缝料与面板侧壁有微裂缝、填缝料下凹，雨天时下凹处积水时间相对较长，如在2006年通车的朝邑安仁公路；填缝料出现破坏后，经过一个雨季或梅雨，路面开始出现少量错台和板底脱空，同时伴有唧浆现象；通常当板间错台超过5 mm时路面面板开始断裂，裂缝主要集中在车辆前进方向距离横缝001 m005 m的范围内。由上述调查分析可知，水泥混凝土路面通常在通车前两年路况一般较好，第3年时行车舒适性降低(出现板间错台，平整度变差)，第4年路面出现如断板等结构性破坏。为了能更好的控制水泥混凝土路面的质量，文章分析刚性水泥混凝土路面质量病害原因分析以及其防治措施，希望能够对预防病害的进一步发生起到一定的作用。1 病害类型及产生原因分析1.1裂缝11.1缩裂缝在硬化前，水泥混凝土还处于塑性状态，由于组成材料的密度不同而发生沉降，内部自由水析出，引起沉降收缩裂纹，这一般发生在抹面。但在干燥的基层上浇筑混凝土面层时，因基层的水分很快被其面层吸收，会引起大的收缩而产生宽而深的裂缝。因水分蒸发，使干缩产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度，使混凝土产生裂缝。它的特征是表面开裂，走向纵横交错，没有一定的规律，形似龟纹，缝宽和长度都很小，与发丝相似。引起干缩裂缝的因素：（1） 水泥中的硅酸二钙可产生很多肢体，它在干湿作用下，体积变化很大。水泥中的铝酸三钙水化时需要大量的水，养护过程中膨胀值大，干燥时收缩亦大。这两种物质含量大时干缩性亦大。所以前期的水泥混凝土的配合比与后期的养护关系很大，他影响着水泥里面的成分是否有足够的水分来达到要求的强度，同时配合比的水分也不能太大，那样运距一远就容易离析影响水泥混凝土的强度。（2） 混凝土中的用水量对于干缩值有很大的影响，当用水量增加一定百分数时，干缩值成倍增加。（3） 骨料的大小和级配也与干缩值有密切关系。1.1.2.由于温度应力而产生的裂缝这主要是因昼夜温差太大，而产生较大的温度应力，由于没有设置伸缩缝和对混凝土面板进行及时切割，而造成面板拉裂。因为混凝土材料对温度的变化面引起的伸缩量约为每度0.01毫米，当累计长度内温度应为超过抗拉强度时，就会发生裂缝。1.1.3基层原因而产生的反射裂缝由于基层的裂缝没有进行及时处理，而反射到面层，使面层断裂目前，水泥混凝土路面基层采用的结构形式以水泥碎（砂）石稳定基层为主。因温度应力及其它因素的影响，基层浇筑好后，在一定范围内会自然断裂，1.1.4由于材料不良引起的裂缝（1） 水泥安定性不良引起的裂缝（2） 因拌和物温度过高，而出现“假凝”。（3） 水及砂中有害尽可杂质对水泥混凝土有腐蚀作用（4） 砂、石材料中的活性材料与水泥中碱产生化学反应，使混凝土结构遭到破坏。接缝填缝料破坏以缩缝为例，缩缝宽度常为710 mm；填缝槽深度为2530 mm，常在板厚的13以内。灌缝时先挤压嵌入直径为912 mm的多孔泡沫塑料背衬条，然后再灌缝。热天时灌缝顶面与板面齐平，冷天应填为凹液面，中心低于板面12 mm。填缝料按上面的方法施工，在第1年的夏天，部分或局部填缝料较多的位置，由于面板和接缝填缝料体积膨胀，变软的填缝料溢出，溢出的填缝料将受到车辆水平荷载应力的作用。夜间温度下降，面板和填缝料收缩，填缝料恢复到与板面齐平。如此周而复始，经过1个夏季，表面的填缝料较快老化，顶部填缝料与板侧壁的粘接力下降。进入冬季后，面板和填缝料收缩，顶部老化的填缝料变硬，且与侧壁的粘接力显著下降，甚至开裂，雨水的渗透和灰尘的进入将使填缝料与侧壁在第2年夏天粘接力下降。第2年夏天，溢出的填缝料由于与板侧壁的粘接力很小，车辆水平应力就可能导致填缝料外溢或缺损；待冬季时，由于面板和填缝料的收缩，部分填缝料缺损导致填缝下凹，下凹的接缝处将积水，在车辆荷载冲击作用下产生的高压水将沿填缝料与面板之间细微裂缝渗入，同时变硬的外溢填缝料在车辆水平应力作用下可能造成整条或部分填缝料一起脱落。上面的分析表明：接缝填缝料的缺损或脱落通常发生在通车后的第2个冬季。这与被调查的西渠华原三级公路、韦庄寺前公路和朝邑安仁公路的填缝料开始缺损的时间基本一致。1.2断板1.2.1原材料不合格水泥标号不够稳定性差、强度不足、砂石料含水、泥量和有机质含量过高，原材料必须经过实验室严格的质量检查才可以使用。公路路基施工规范规定，在通常情况下，不能被压实到规定的密度和不能形成稳定填方的村翻新不能用于路基填筑。如：沼泽土，泥炭，含有树根、杂草和晚易腐朽物质等材料；液限指数大于50%，塑限指数大于25%的材料；有机质含量大于3%的材料；压实含水量和最佳含水量之差大于2%的材料等等。但是，由于施工单位在路期填筑材料方面控制不严，使用了不适宜材料从而造成路基下沉或塌方，以致影响路面混凝土板破坏。1.2.2混水泥混凝土设计不当早期由于经验不足水泥混凝土面板厚度偏薄，板块尺寸划分不满足规范要求，原材料选择和设计配合比不当。1.2.3水泥混凝土路面施工过程不当施工中计量不精确，水灰比偏大，水泥用量过多，粗集料过多，过少都对混凝土强度有较大的影响，特别是要根据集料中的含水量及时调整，以免影响水灰比。搅拌时间不够，振捣不实，拌和时混凝土组成材料温度过高，在冷即硬化过程中会因温差增大混凝土的收缩，振捣时间过长导致混凝土离板、分层、粗骨料不冷、细料，造成强度不均匀。施工过程中，工序不连接，容易产生断板。（1）路面基层施工质量不合要求路面基层一般有底基层和面基层。底基层为级配砂砾集料，面基层为水泥稳定类集料。路面开始施工前要求路槽应清理干净，标高应严格控制，否则，会影响基层的设计厚度（厚度增加提高成本，厚度减小影响路面基层的稳定）；度基层集料细长及扁平的颗粒不得超过20%，且不得含有粘土块、腐殖质等有害物质；集料必须有良好的级配，级配曲线应接近圆滑并居中。0.5mm以下的集料基塑性指数应小于4%，液限指数应小于25%，松铺好的集料在压实时，其含水量应比最佳含水量稍高。水泥稳定类集料面基层，在铺筑前，应将底基层上的车辙工松软部分和压实不足的地方以及任何不符合要求的表面都重新翻松，清除或用同类材料进行整形，并压实到符合规范要求的密实度和规定的线形、坡度、标高。水泥稳定集料的级配良好，有机质含量不得大于2%，集料中不得含有粘土块、腐殖质等有害物质；水泥质量要求稳定，不得使用过期的水泥，水泥用量应严格按试验配合比加入；拌合要均匀。而施工单位在施工时；往往容易忽视的是使用集料的级配不好，含有粘土块及有害物质的材料来铺筑基层；路基、底基层、面基层的标高控制不严；水泥稳定集料含水量控制不准；水泥用量不足等，这样严重影响了基层的质量，直至路面板遭破坏。（2）路面水泥混凝土板施工方面的问题水泥混凝土面层施工，往往施工的厚度未达到设计要求，主要是基层施工标高控制不严所引起；粗集料不具有良好的级配，细长及扁平的颗粒含量太高；细集料和粗集料中含泥量过高，降低了混合料的结度；所用水泥质量不稳定或已过期；水泥混凝土在浇筑过程中完全振捣密实，蜂窝麻面较严重，这样，势必影响混凝土板本身的质量，而造成损坏。（3）水泥混凝土路面机构层防水或排水未进行有效的处理往往路面板遭到破坏，人们想到的总是路基、路面基层施工质量或台背回填质量或水泥混凝土板本身的侵害。目前，虽说对混凝土板的缩缝、胀缝、施工缝（纵向和横向）采取了特制的材料对水进行封锁，使水从路面排走，但效果仍然不佳。据了解，路面板遭破坏的原因有相当部分是由于路表水渗入路基，从而影响路基的稳定而造成的。板间错台和板底脱空。接缝填缝料缺损或脱落后，若在雨季，车辆荷载冲击下产生的高压水将沿接缝处渗入，渗入的水分将泡湿基层顶面。同时，外界温度变化使水泥混凝土面板发生上翘曲和下翘曲，由此刚性水泥混凝土面板和半刚性基层之间将出现微细的空隙。渗入面板的水分将滞留在基层顶面微细的空隙内，在车辆荷载的冲击应力作用下，水分冲刷基层顶面，被冲刷掉的细颗粒随渗入的水分一起被带出路面，即产生了唧浆破坏。若板底脱空和板间错台没有及时处理，当车辆通过板间错台时，面板受到的应力除了车辆本身的荷载应力，还有车辆通过错台时的冲击应力。现场调查发现：当板间错台量小于5 mm时，面板很少发生断裂；当板间错台超过10 mm时，面板基本都产生断裂。1.2.4路基、基层施工不当路基湿软地期处理不当，填挖交界处压实标准不一致，桥涵和构造物附近压实度不足，路段地质变化处路基处理不当。基层表面不平整，致使路面厚度不一样，有厚有薄，增加了基层与面层之间的磨阻力，导致路面薄弱处难以承受拉应力儿开裂，基层材料过于燥，吸收底部混凝大量水分，从而降低混凝土抗弯拉强度，导致开裂断板。基层施工质量不好，基层表面不平整，强度不均匀，导致面层混凝土板块弯拉应力增大，产生断板；面层接缝处添缝料失效，板块弯沉时缝内积水变为有压水，使接缝处产生唧泥、脱空，从而产生断板。其它情况如路基及基层排水不良，长期受水浸泡，引起路期及基层失稳或强度不足，使路面产生不规则断裂；大吨位车辆逐年增多，超载和超限车辆多使混凝土路面在使用期内菏载超过规范要求，从而导致断板。（1）路基填筑使用了不适宜的材料（2）软基处理不当在软土地段路基填筑前，应该首先探明地基承载力，然后采取合理的软基处理方案和施工工艺。软基处理方案一般有：清淤回填土方、石方、土石混合料或砂砾，袋装砂井，塑料排水板，土工布，土工格栅或以上两种方案的组合等，但是施工时，往往是由于最用软基处理方案或施工工艺不合理或施工时未认真按要求处理不完善等；这样给路基的稳定造成了隐患，使成形的路基沉陷或滑移等，最终影响路面混凝土板。（3）路基土石方填筑方面的问题往往在施工过程中，（1）施工单位未严格按规范要求的每层填料松铺厚度控制，有时填料的松铺厚度达6080cm，这样路基填方的密度很难达到规范要求的低限值；（2）路基填筑的有效宽度和超宽填筑不够，有的部分在路期填筑完成时，才发现填筑宽度不够，为达到路期的有交宽度，施工单位往往没有按规范要求挖台阶发层填筑压实至路期要求的宽度，而是将一些松散的土倾倒在边坡上；用人工摊铺拍实；这样补上来的路基部分远未达到密实度的要求，造成路基滑坡、层层冲涮；（3）路基填筑每层的填料未用平地机或其它平整机械进行整平或整平效果不好，使低凹的地方达不到密实度要求且大量积水；（4）路基施工过程中没有按要求做成一定的横坡度；路基施工临时排水系统未做或不畅通，从而使大量的积水渗入下层路基、严重影响路基质量；（5）路基石方混合料填筑时，石头块径过大，使填石路提或填土石混合料路提密度达不到规范的要求。由于以上施工方面的原因，对路基的稳定性造成一定的影响，知道影响混凝土路面板。（4）填切交界处未按规范要求施工路提在斜坡上或填挖交界处或原有路提上或路提处在垂直路中线测得的坡度大于1：5的坡地时，应把原地面挖成台阶，台阶宽度应不小于1m，用小型机具进行夯实，并向内侧倾斜2%，且台阶上不能有积水，然后再分层填筑压实，这样，才能保证路提的稳定和达到规定的密实度。而施工单位在施工时，遇到以上情况，在路提填筑时，根本未将施工地段挖成台阶后分层填筑压实，以致影响了路提填筑的质量，形成隐患给路面混凝土板造成破坏。（5）构造物台背的回填不符合要求目前，从建成通车的公路来看，构造物台背车是通车，然而最明显的是台背车沉陷或错台，主要原因是台背车回填质量差。台背回填要求每层松铺厚度不得大于20cm，密实度必须达到95%，回填材料最大料径不大于5cm，且应具有良好的级配和透水性。然而，施工单位在进行台背回填时，松铺厚度未严格控制；回填材料没有认真地选取；压实时仅用人工夯实，有时即使用小型机具进行压实，也只不过是形式，敷衍了事；台背回填尺寸按规范要求开挖，使得回填材料无法压实达到规定的密实度；现在台背回填中最易被人忽视的是，开挖出的台背，虽说台背回填时中部填筑合乎要求，但边缘为不透水性填料，没能时行更换，所以路面渗人的水积存在台背，这样时间一长便影响了路基的稳定性，造成台背沉陷，以致路面板遭破坏。2 对混凝土病害的防治措施2.1裂缝产生原因的防治措施2.1.1硬化前在硬化前，水泥混凝土还处于塑性状态，由于组成材料的密度不同而发生沉降，内部自由水析出，引起沉降收缩裂纹，这一般发生在抹面。但在干燥的基层上浇筑混凝土面层时，因基层的水分很快被其面层吸收，会引起大的收缩而产生宽而深的裂缝。为防止沉降裂缝的发生，可采取以下措施：（1） 混凝土浇筑后，尚未出现析水前，防强风吹拂和烈日暴晒，可以分段用彩条或麻袋片覆盖在水泥混凝土路面上，起到防风吹和烈日的暴晒。（2） 及时养护，防止混凝土表面水分蒸发而干燥。用彩条布或麻袋片覆盖以后，要根据温度、水泥混凝土路面的湿度变化，采取不定时的时间撒水，保证养护。还可以采用在水泥混凝土路面初凝以后，在路面上覆盖57cm的细砂，每天早晚将细砂浇湿浇透以后达到养护的目的。（4） 在浇筑混凝土前，应将基层浇湿。水泥混凝土路面在施工前一般要在基层上均匀、透彻的撒上水，还要根据浇筑混凝土的速度，来确定每一时段撒水的长度，以保证施工的长度。（5） 采用二次抹面，以减少表面收缩裂纹。二次抹面既可以保证减少收缩裂纹，又可以保证水泥混凝土外表的美观。二次抹面的时间要根据水泥混凝土的水分和当时的气温来决定的，一般是在浇筑完混凝土0.52小时进行二次抹面。（6） 避开高温气候施工。因在高温天气下，水泥水化作用加快，内部水化热不易散开，而产生温度裂缝，同时因水分蒸发加快，使混凝土迅速干燥而收缩，易产生收缩裂缝。2.1.2硬化后（1）干缩裂缝因水分蒸发，使干缩产生的拉应力大于混凝土的抗拉强度，使混凝土产生裂缝。它的特征是表面开裂，走向纵横交错，没有一定的规律，形似龟纹，缝宽和长度都很小，与发丝相似。引起干缩裂缝的因素及措施有：水泥中的硅酸二钙可产生很多肢体，它在干湿作用下，体积变化很大。水泥中的铝酸三钙水化时需要大量的水，养护过程中膨胀值大，干燥时收缩亦大。这两种物质含量大时干缩性亦大。所以前期的水泥混凝土的配合比与后期的养护关系很大，他影响着水泥里面的成分是否有足够的水分来达到要求的强度，同时配合比的水分也不能太大，那样运距一远就容易离析影响水泥混凝土的强度。水泥在进场时要严格检验，达不到检验，达不到高驻地要求的水泥不要进场。 混凝土中的用水量对于干缩值有很大的影响，当用水量增加一定百分数时，干缩值成倍增加。在现场一般要配备称重设备，现在的水泥混凝土拌合机采用的是自吸式的，一般根据施工水泥混凝土的用量尽量一次将材料进齐，将每种材料自身的含水量测出，在根据每种材料的含水，现场调整配合比的水量，自吸式的要测出每秒流量，用来拌和。 骨料的大小和级配也与干缩值有密切关系。级配良好时，空隙率小，砂浆含量减少，收缩值相对关减少。对使用偏细砂时，会使混凝土收缩值增大。含泥量大的情况与使用偏细砂类似。级配最好要采用连续级配，这样骨料的大小引起的裂缝相对就要减少一些了。（2）由于温度应力而产生的裂缝这主要是因昼夜温差太大，而产生较大的温度应力，由于没有设置伸缩缝和对混凝土面板进行及时切割，而造成面板拉裂。因为混凝土材料对温度的变化面引起的伸缩量约为每度0.01毫米，当累计长度内温度应为超过抗拉强度时，就会发生裂缝。一般在2040米范围内应设置伸缩缝，以防断裂。设置伸缩缝时要在伸缩缝中添加沥青麻絮，防止因伸缩缝较大，跑车时引起伸缩缝的破坏。（3）基层原因而产生的反射裂缝由于基层的裂缝没有进行及时处理，而反射到面层，使面层断裂目前，水泥混凝土路面基层采用的结构形式以水泥碎（砂）石稳定基层为主。因温度应力及其它因素的影响，基层浇筑好后，在一定范围内会自然断裂，如在基层上人为地设置一些伸缩为使上下缝对齐，会增加不少施工难度。在一部分道路建设中，基层裂缝一般100米内不超过5条，以二层油毛毡来处理，以毛毡宽度为50厘米，人施工效果来看比士工布处理理想。（4）由于材料不良引起的裂缝水泥安定性不良引起的裂缝水泥熟料如煅烧不充分，会产生较多的游离氧化钙，因它的水过程很慢，导致水泥已凝结硬化后继续水化而产生体积膨胀的体积变化不均匀现象，使路面出现龟裂、断板等。还有氧化镁及石膏的后果与氧化钙类似。为防止水泥安定性不良引起的裂缝，应加强检验，并选用低、碱性水泥。最好是根据施工的用量分批进如水泥，每批水泥都要进行实验，检验是否符合施工条件。因拌和物温度过高，而出现“假凝”这是因为拌合物温度过高，使水泥颗粒表面形成一层薄的硬壳，使混凝土拌合物的和易性变差，且影响后期强度。另外，内部热量不易散发，使体积膨胀，也易引起混凝土裂开。因此，为防止混凝土发生假凝现象，要控制混凝土的混合物的温度。水及砂中有害尽可杂质对水泥混凝土有腐蚀作用有害杂质与混凝土产生反应生成易溶于水的物质，使混凝土被腐蚀强度降低，在车辆荷载的不断作用下，遭到破坏。根据规定：对、石材料的试验检测每料场要做一次，海水一般情况下不能拌合用水。砂、石材料中的活性材料与水泥中碱产生化学反应，使混凝土结构遭到破坏集料中的活性二氧化硅与水泥中碱性氧化物水解后生成的氢氧化钾会产生化学反应，并在集料表面表面生成一种碱一硅酸凝胶体，这种凝胶体吸水后体积产生膨胀，使混凝土结构破坏，出现较深的网裂，这就是“碱骨料”反应。2.2水泥混凝土路面断板的处理方法2.2.1断板的处理，根据其损坏等级不同分别对待。断板按其裂缝宽度分为三类：轻微断裂：裂缝无剥落或轻微剥勤务，未封缝的宽度不大于2.5mm。中等断裂：裂缝处有一定程度剥落，未封缝的宽度为2.515mm。严重断裂：裂缝处有严重的剥落，未封缝的宽度大于15mm。2.2.1.1轻微断裂处理方法裂缝无剥落或轻微剥落，未封缝的宽度不大于3mm的断板，根据缝宽的不同采用不同的粘结剂材料有聚胺脂、聚硫环氧树树脂等延伸好，耐老化高分子树脂材料。根据裂缝种类（宽度、清洁程度）、产生的是时间、通车的要求不同采用直接灌入法、钻孔灌入法、注射灌入法不同的处理方法。2.2.1.2中等断裂处理方法板面局部断裂损坏，进行小范围修复时，视板面断裂损坏程度不同分四种方式修补：对于裂缝有轻微剥落的，裂缝窄而浅，先画线放样，按画线范围开凿成深约57cm的长方形凹槽，刷洗干净后，用快凝小石子混凝土填补。（1）较窄浅裂缝的处理方法对于裂缝有轻微剥落的，但裂缝较宽，应按裂缝两侧至少20cm的宽度放样，按画线范围开凿成深至板厚的一半的凹槽，此凹槽应与中线垂直，刷洗干净凹槽，在凹槽底部裂缝两侧用冲击钻沿与中心线平行方向，间距3040cm，打眼贯通至板厚达基层表面，然后再清干净凹槽和孔眼，在孔眼安II级22号螺纹钢筋，钢筋安设完成后，用高强水泥砂浆添塞孔眼至密实，最后用与原路面相同强度等级的快凝混凝土浇筑与路面平齐。（2）较宽裂缝和处理方法较为彻底的方法是将凹槽至贯通板厚，在凹槽边缘两侧中央打眼，深10cm，直径4cm，水平间距3040cm。每个眼应先将其周围湿润，插入根直径1820mm、长约20cm的钢筋，然后用快凝水泥砂浆填塞捣实，等砂浆干硬后浇筑混凝土浇筑捣实与路面平齐，同时在凹槽过缘基层内先浇25cm厚的水泥混凝土块，防止凹槽处出现不均匀沉降。（3）彻底的处理方法裂缝距板边缘50150cm时，将断裂板块凿除，在新浇筑的混凝土中靠近底边缘加设8 20钢筋网防止新板断裂。2.2.1.3严重断裂处理方法严重断裂，裂缝处严重剥落，有错台或裂块，应采用整块板更换的措施。产生路面板块严重断裂多是