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路面裂縫的產(chǎn)生原因及預(yù)防措施
1 引言
水泥混凝土路面適應(yīng)日益發(fā)展的交通運(yùn)輸所必需的載重量大、速度高、車流量大等要求，同時(shí)具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等許多優(yōu)點(diǎn)。但混凝土是一種非勻質(zhì)脆性材料，由骨料、水泥、水以及存留在其中的部分氣體組成，在具有一定的溫度和濕度情況下，混凝土硬化并產(chǎn)生體積變形，由于組成混凝土的材料其變形不一致，互相約束產(chǎn)生初始應(yīng)力，造成在骨料與水泥石粘結(jié)面之間或水泥石本身之間產(chǎn)生微細(xì)裂縫，這些裂縫既不規(guī)則，也不連貫，在外界因素影響下，還可能發(fā)展成宏觀裂縫。
2水泥混凝土路面裂縫成因分析
水泥混凝土路面裂縫主要表現(xiàn)為表層裂縫和貫通板厚裂縫(貫 穿裂縫)，其產(chǎn)生的原因是不同的。
2.1表層裂縫成因
在水泥混凝土路面上，表層裂縫的主要表現(xiàn)形式為龜裂。即混凝土路面表面上呈現(xiàn)碎小的六角形花紋狀裂縫，裂縫很淺。其產(chǎn)生的原因既有設(shè)計(jì)上的原因，也有施工方面的原因。
設(shè)計(jì)方面的原因主要是指混凝土配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)。如水泥用量過大或砂率過大；外加劑使用不當(dāng)或者摻量過大，混凝土在重力作用下產(chǎn)生離析而導(dǎo)致這類裂縫產(chǎn)生。就混凝土本身的性質(zhì)而言，在混凝土水灰比不變的情況下，水泥漿和砂漿含量較多時(shí)，其極限拉伸值也較大，因此，如果采用過大的石料粒徑，也容易產(chǎn)生裂縫。
施工方面的原因主要是混凝土澆注后沒有及時(shí)覆蓋所造成的�；炷翝沧⒑螅绕涫窃谘谉岬奶鞖饣虼箫L(fēng)天氣里，如果不及時(shí)覆蓋，混凝土表面的游離水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生急劇的體積收縮，而此時(shí)混凝土早期強(qiáng)度很低，其值不能抵抗這種收縮應(yīng)力而導(dǎo)致開裂。
2.2貫穿裂縫成因
貫穿裂縫是指水泥混凝土路面板產(chǎn)生縱向(順行車方向)、橫向(垂直于行車方向)貫穿板厚的裂縫，也即斷板現(xiàn)象。
(1)縱向貫穿裂縫成因
縱向貫穿裂縫是指水泥混凝土路面發(fā)生平行于道路縱軸線方向的貫穿板厚的裂縫。其產(chǎn)生的原因是在路面施工后，由于地基沉降不均勻而導(dǎo)致出現(xiàn)不均勻裂縫，產(chǎn)生斷板現(xiàn)象。如基層碾壓不實(shí)，未達(dá)到密實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)生斷板現(xiàn)象。基層材料攪拌不均，導(dǎo)致基層不均勻沉降，也即由于路基發(fā)生局部的不均勻沉陷，如溝槽下沉、路基拓寬部分沉陷、路基未充分壓實(shí)等原因?qū)е侣访姘迕摽眨a(chǎn)生裂縫。
(2)橫向貫穿裂縫成因
橫向貫穿裂縫是指水泥混凝土路面發(fā)生垂直于道路縱軸線方向的貫穿板厚的裂縫。其產(chǎn)生的原因一是由混凝土本身的性質(zhì)——混凝土抗拉強(qiáng)度太低造成的，二是由于施工不當(dāng)——切縫不符合要求所造成。
混凝土抗拉強(qiáng)度很低，一般只有混凝土抗壓強(qiáng)度的1/17~1/18�；炷恋目沽研跃褪侵富炷恋挚垢煽s變形和溫度變形的能力，這些變形所引起的拉應(yīng)力，如超過了混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就發(fā)生裂縫。也就是說，這些變形量超過了混凝土的極限拉伸應(yīng)變值時(shí)，混凝土就產(chǎn)生裂縫，過大時(shí)則引起貫穿裂縫。
由于溫度和濕度的變化，混凝土?xí)a(chǎn)生體積膨脹和收縮現(xiàn)象，這種變形如受到限制，將會(huì)使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，就有可能產(chǎn)生裂縫。因而水泥混凝土路面上每隔一段距離要設(shè)置脹縫或縮縫，而切縫質(zhì)量的好壞直接影響著水泥混凝土路面的質(zhì)量。如切縫時(shí)間掌握不當(dāng)，切割不及時(shí)；切縫深度不符合要求，切縫過淺；切縫未切到頭等因素均可引起混凝土路面發(fā)生橫向貫穿裂縫。
3 水泥混凝土路面裂縫的預(yù)防措施
3.1提高混凝土本身的性能
水泥混凝土路面產(chǎn)生裂縫的根本原因在于混凝土的極限拉伸應(yīng)變值太小，不足以抵抗干縮變形和溫度變形。為了提高混凝土的極限拉伸應(yīng)變值或抗拉強(qiáng)度值，改善路面的抗拉能力，可采取以下措施：
(1)混凝土的極限拉伸值隨著抗壓強(qiáng)度的提高而有所提高， 因此提高混凝土的抗壓強(qiáng)度可提高其抗裂性能。目前水泥混凝土路面多采用m2c30、c35較高標(biāo)號(hào)的混凝土。
(2)采用碎石配制混凝土。因?yàn)椴捎盟槭渲频幕炷恋臉O限 拉伸值比用一般卵石配制的混凝土提高30%左右。
(3)控制混凝土骨料的最大粒徑。采用最大粒徑較小的骨料 配制混凝土?xí)r，可以提高混凝土的極限拉伸值。因此《規(guī)范》中限制骨料最大粒徑在一般公路中不超過40mm，在高等級(jí)公路中 不超過35mm，甚至限制在25mm以下。
3.2提高基層施工質(zhì)量
水泥混凝土路面基層應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、較高密實(shí)度和較好的水穩(wěn)性。因此，在路基施工中，應(yīng)嚴(yán)格按施工操作規(guī)程進(jìn)行，做到分層填筑、分層碾壓、分層測(cè)試。每層的壓實(shí)厚度、壓實(shí)度、平整度及路拱都要滿足設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求。
3.3提高混凝土施工質(zhì)量
(1)為了防止混凝土路面產(chǎn)生表層裂縫，一是在配制混凝土?xí)r嚴(yán)格控制水灰比和水泥用量，選擇合適的集料級(jí)配和砂率；二要在混凝土路面澆注后及時(shí)用潮濕材料覆蓋，防止強(qiáng)風(fēng)和烈日暴曬。尤其在炎熱季節(jié)施工時(shí)，應(yīng)澆完一段，養(yǎng)護(hù)一段。
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(2)及時(shí)切縫很重要。實(shí)踐證明，適當(dāng)?shù)那锌p時(shí)間對(duì)保證混 凝土的整體質(zhì)量有很大關(guān)系，切縫遲了，由于大面積混凝土約束會(huì)出現(xiàn)裂縫，擴(kuò)展后形成斷板。一般混凝土的切縫時(shí)間是在拆模后12h左右(可以根據(jù)氣溫的高低適當(dāng)調(diào)整切縫時(shí)間)。
(3)加適當(dāng)?shù)耐饧觿Ｒ话銇碚f，加減水劑可以減少混凝土 的用水量，改善混凝土的和易性，降低水分蒸發(fā)速度，減少混凝土的收縮值。
(4)模板需涂脫模劑，使混凝土與模板之間形成一層薄膜， 減少混凝土與模板間的粘結(jié)作用。這樣不易產(chǎn)生裂縫，也便于拆模。另外，在澆注混凝土路面時(shí)，要將基層和模板澆水濕透，避免吸收混凝土中的水分。
4 結(jié)束語
由于設(shè)計(jì)、施工、使用過程中存在的某些不足，也由于混凝土內(nèi)在原因及溫度變形、濕度變化、地基不均勻沉陷變形的影響，在水泥混凝土路面上難免發(fā)生各種類型的裂縫。但只要嚴(yán)格執(zhí)行施工操作規(guī)程和技術(shù)要求，在施工中切實(shí)抓好基層強(qiáng)度、混凝土的配和比設(shè)計(jì)、施工工藝、切縫時(shí)間和深度、混凝土的養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，通過改善混凝土的質(zhì)量和路面結(jié)構(gòu)并采取有效的澆注后的防治措施，水泥混凝土路面的裂縫現(xiàn)象是可以避免的。
路面裂縫的產(chǎn)生原因及預(yù)防措施 [篇2]
瀝青路面在使用期開裂是世界各國普遍存在的問題，且不論其基層是柔性的還是半剛性的。路面裂縫的危害在于從裂縫中不斷進(jìn)入水分，使基層甚至路基軟化，導(dǎo)致路面承載力下降，產(chǎn)生唧漿、臺(tái)階、網(wǎng)裂等病害，從而加速路面破壞。
1 瀝青路面開裂原因
(1)瀝青路面開裂的主要原因可分為兩大類：一種是由于行車荷載的作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫，一般稱之為荷載型裂縫。另一種主要是由于瀝青面層溫度變化而產(chǎn)生的溫度裂縫，包括低溫收縮裂縫和疲勞裂縫，一般稱之為非荷載型裂縫�！ �(2)由于我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)中規(guī)定或推薦瀝青路面采用半剛性基層。所以還存在著因?yàn)榘雱傂曰鶎拥臏乜s裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產(chǎn)生的反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫。此類裂縫主要是非荷載型的，在某些情況下也可能是由溫度和荷載共同完成的。
2 瀝青路面裂縫應(yīng)力分析
2.1 結(jié)構(gòu)性破壞裂縫
(1)瀝青路面的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫主要是由于行車荷載引起的。在車輪荷載作用下，大于半剛性基層材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，半剛性基層的底部就會(huì)很快開裂。在行車荷載的反復(fù)作用下，底部的裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)展到上部，并使瀝青面層也產(chǎn)生開裂破壞。影響拉應(yīng)力主要因素有面層的厚度、基層本身的厚度、基層的回彈模量和下承層的回彈模量。選取不同的瀝青面層厚度和半剛性基層厚度，通過試驗(yàn)得出半剛性基層底部的拉應(yīng)力與半剛性材料回彈模量間的關(guān)系曲線。
(2)在半剛性基層下采用半剛性材料做底基層，可使基層底面由行車荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力明顯減小，甚至還小于半剛性底基層底面產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這對(duì)半剛性基層承受行車荷載的反復(fù)作用是十分有利的。
2.2 溫度裂縫
瀝青面層上的非荷載型裂縫主要是溫度裂縫。溫度裂縫有兩種，一種是低溫收縮裂縫或簡(jiǎn)稱低溫裂縫，另一種是溫度疲勞裂縫。
2.2.1 低溫裂縫
瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松馳性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，但當(dāng)氣溫大幅度下降時(shí)，瀝青材料逐漸發(fā)硬并開始收縮。此時(shí)半剛性基層的底部將產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力瀝青混合料的應(yīng)力松馳趕不上溫度應(yīng)力增長(zhǎng)，混合料勁度急劇增大。由于瀝青面層在路面中是受到約束的，面層中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力或拉應(yīng)變一旦超過瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，瀝青面層就會(huì)開裂。這種情況在瀝青面層與基層的附著力不夠好、允許有一定的自由收縮時(shí)，裂縫就更容易發(fā)生。由于瀝青路面寬度有限，收縮受路面結(jié)構(gòu)的相互約束小，所以低溫裂縫主要是橫向的。
2.2.2 溫度疲勞裂縫
這種裂縫主要發(fā)生在日溫差大的地區(qū)。由于溫度反復(fù)升降導(dǎo)致瀝青面層溫度應(yīng)力疲勞，使瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變(或勁度模量)變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應(yīng)力松馳性能降低，最終達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度使路面產(chǎn)生裂縫。
2.2.3 光彈試驗(yàn)
在面層和基層均無裂縫的情況下，表面降溫30℃，在瀝青面層中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力分布。在面層已有裂縫時(shí)，光彈試驗(yàn)得到的溫度應(yīng)力分布狀況。
一方面溫度向?yàn)r青面層底部傳遞需要一定的時(shí)間，不是瞬時(shí)完成的，而且瀝青面層內(nèi)部和底部的溫度不可能與其暴露表面的溫度相同，始終有溫度差，即瀝青面層中會(huì)產(chǎn)生較大的溫度梯度。瀝青面層愈厚，表面溫度與底部溫度差愈大，層間溫度梯度也愈大。
另一方面瀝青面層表面的溫度應(yīng)力隨著面層的增厚而增加，面層內(nèi)的應(yīng)力隨深度而很快減小，同時(shí)面層表面的溫度應(yīng)力隨降溫幅度變小而減小。瀝青面層的表面一旦開裂，隨著持續(xù)低溫或另一次降溫，在裂縫尖端會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，使裂縫向下延伸并逐漸穿透整個(gè)瀝青面層；由于面層底部與基層表面的粘結(jié)作用，裂縫呈現(xiàn)上寬下窄現(xiàn)象。
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2.3 半剛性路面的反射裂縫和對(duì)應(yīng)裂縫
2.3.1 由半剛性基層溫縮開裂引起的反射裂縫
通常假設(shè)導(dǎo)致反射裂縫的機(jī)理是處于瀝青面層下的半剛性基層已經(jīng)開裂，并且允許有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行車荷載引起的下臥路面結(jié)構(gòu)在裂縫處的差動(dòng)位移，水平位移是由溫度變化或水分變化引起的膨脹和收縮。
冬季或在寒冷地區(qū)，在結(jié)合得好的瀝青面層下，開裂的半剛性基層的水平位移使得直接在裂縫上的面層內(nèi)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，由于在較低溫度下瀝青面層通常較硬，它只能承受小的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，因此容易被拉裂，并且裂縫的擴(kuò)展途徑是由下至上的。瀝青面層的厚度愈薄，反射裂縫形成的愈早和愈多。
2.3.2 由半剛性基層干縮開裂引起的反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫
對(duì)于新鋪的半剛性基層，隨著混合料中水分的減少，要產(chǎn)生干縮和干縮應(yīng)力；水分減少得愈多愈快，產(chǎn)生的干縮應(yīng)力和干縮應(yīng)變就愈大。 在已經(jīng)產(chǎn)生干縮裂縫的半剛性基層上鋪筑瀝青面層，在較薄瀝青面層的情況下，半剛性基層的裂縫會(huì)由于溫度應(yīng)力而使面層底部先開裂，并較快形成反射裂縫。一旦行車產(chǎn)生的拉應(yīng)力與溫度應(yīng)力相結(jié)合，反射裂縫會(huì)形成得更快。在較厚瀝青面層的情況下，由于溫度應(yīng)力在表面最大，基層的裂縫將促使面層先從表面開裂，然后逐漸向下傳播形成對(duì)應(yīng)裂縫。以上結(jié)論已被長(zhǎng)沙交通學(xué)院光彈模型試驗(yàn)所證實(shí)，表面降溫30℃時(shí)，不同厚度瀝青面層內(nèi)下層裂縫上方的溫度應(yīng)力分布規(guī)律。
不同的應(yīng)力分布規(guī)律不難推斷，通過進(jìn)一步的試驗(yàn)或計(jì)算，將會(huì)得到一個(gè)臨界面層厚度。面層厚于此臨界厚度時(shí)，裂縫將主要從表面開始；薄于此臨界厚度時(shí)，裂縫可能主要從底部開始。此臨界厚度與氣候條件、面層混合料的勁度模量、溫縮性以及基層混合料的溫縮性有關(guān)。
3 影響裂縫產(chǎn)生的主要因素
3.1 瀝青及瀝青混合料的性質(zhì)
瀝青和瀝青結(jié)合料的性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開裂的最主要原因，瀝青混合料的低溫勁度是決定瀝青路面是否開裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關(guān)鍵。在瀝青性能指標(biāo)中，影響更大的是溫度敏感性，溫度敏感性大的瀝青更容易開裂。
3.2 基層材料的性質(zhì)
基層材料的收縮性愈小，面層裂縫愈少�；鶎由嫌型笇佑鸵约訌�(qiáng)與面層的粘結(jié)對(duì)抗開裂是有好處的，基層材料種類對(duì)瀝青面層的裂縫率有明顯影響。
3.3 氣候條件
極端最低溫度、降溫速率、低溫持續(xù)時(shí)間、升降溫循環(huán)數(shù)次數(shù)是氣候條件影響瀝青路面溫縮裂縫的四大要素。
3.4 交通量和車輛類型
半剛性基層中的最大拉應(yīng)力，通常是由最重的車輪荷載產(chǎn)生的；并且對(duì)于半剛性路面，不同軸載對(duì)路面的破壞作用遠(yuǎn)不是4次方的關(guān)系，而11～13次方的關(guān)系，即使是通過次數(shù)較少的重荷載也對(duì)路面破壞起著決定性的作用。
3.5施工因素
主要指半剛性基層材料的碾壓含水量，半剛性基層完成后的暴曬時(shí)間等因素。
4 減輕瀝青路面裂縫的措施
根據(jù)，通過路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和厚度計(jì)算可以滿足瀝青路面強(qiáng)度和承載能力要求，基本解決荷載型裂縫產(chǎn)生的問題。對(duì)于如何避免或減輕非荷載型裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)從設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)方面來進(jìn)行考慮。
4.1 設(shè)計(jì)方面
(1)在進(jìn)行半剛性路面設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小、抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料做基層。
(2)選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青面層。在缺少優(yōu)質(zhì)瀝青的情況下，應(yīng)采取改善瀝青性質(zhì)的措施。
(3)在穩(wěn)定度滿足要求的前提下，優(yōu)先選用針入度較大的瀝青做瀝青面層。
(4)瀝青面層采用密實(shí)型瀝青混凝土。
(5)采用合適的瀝青面層厚度，確保半剛性基層在使用期間一般不會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫。
(6)為進(jìn)一步提高表面層抗溫度裂縫性能，可采用橡膠瀝青或聚合物瀝青在瀝青混凝土表面做一封層。
(7)設(shè)置應(yīng)力消減(應(yīng)力吸收)中間層。
4.2 施工方面
(1)嚴(yán)格控制半剛性基層施工碾壓時(shí)的含水量，混合料的含水量不能超過壓實(shí)需要的最佳含水量或控制在施工容許的范圍內(nèi)。
(2)半剛性基層碾壓完成后，要及時(shí)養(yǎng)生。
(3)半剛性基層碾壓完成后或最遲在養(yǎng)生結(jié)束后應(yīng)立即用乳化瀝青做透層或封層。
(4)透層或粘層完成后，應(yīng)盡快鋪筑瀝青面層。
5 結(jié)束語
實(shí)際上按照現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)要求，瀝青路面厚度設(shè)計(jì)相對(duì)偏厚，目前采用的半剛性基層收縮性都比較小，施工工藝水平有很大提高，所以新建半剛性瀝青路面上出現(xiàn)的裂縫絕大多數(shù)是瀝青路面本身產(chǎn)生的溫度裂縫。如何提高瀝青面層的防裂性能、改善瀝青及瀝青混合料的使用品質(zhì)應(yīng)是我們今后研究的主要方向。
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