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路面裂縫的產(chǎn)生原因及預防措施
1 引言
水泥混凝土路面適應日益發(fā)展的交通運輸所必需的載重量大、速度高、車流量大等要求，同時具有強度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長、維修養(yǎng)護費用少等許多優(yōu)點。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)生的原因既有設計上的原因，也有施工方面的原因。
設計方面的原因主要是指混凝土配合比設計不當。如水泥用量過大或砂率過大；外加劑使用不當或者摻量過大，混凝土在重力作用下產(chǎn)生離析而導致這類裂縫產(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，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覆蓋所造成的。混凝土澆注后，尤其是在炎熱的天氣或大風天氣里，如果不及時覆蓋，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，而此時混凝土早期強度很低，其值不能抵抗這種收縮應力而導致開裂。
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致出現(xiàn)不均勻裂縫，產(chǎn)生斷板現(xiàn)象。如基層碾壓不實，未達到密實標準；產(chǎn)生斷板現(xiàn)象�；鶎硬牧蠑嚢璨痪瑢е禄鶎硬痪鶆虺两�，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)——混凝土抗拉強度太低造成的，二是由于施工不當——切縫不符合要求所造成。
混凝土抗拉強度很低，一般只有混凝土抗壓強度的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力，如超過了混凝土的極限抗拉強度時，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變值時，混凝土就產(chǎn)生裂縫，過大時則引起貫穿裂縫。
由于溫度和濕度的變化，混凝土會產(chǎn)生體積膨脹和收縮現(xiàn)象，這種變形如受到限制，將會使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應力，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。如切縫時間掌握不當，切割不及時；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變值或抗拉強度值，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度的提高而有所提高， 因此提高混凝土的抗壓強度可提高其抗裂性能。目前水泥混凝土路面多采用m2c30、c35較高標號的混凝土。
(2)采用碎石配制混凝土。因為采用碎石配制的混凝土的極限 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 配制混凝土時，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具有較高的強度、較高密實度和較好的水穩(wěn)性。因此，在路基施工中，應嚴格按施工操作規(guī)程進行，做到分層填筑、分層碾壓、分層測試。每層的壓實厚度、壓實度、平整度及路拱都要滿足設計要求和規(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，一是在配制混凝土時嚴格控制水灰比和水泥用量，選擇合適的集料級配和砂率；二要在混凝土路面澆注后及時用潮濕材料覆蓋，防止強風和烈日暴曬。尤其在炎熱季節(jié)施工時，應澆完一段，養(yǎng)護一段。
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(2)及時切縫很重要。實踐證明，適當?shù)那锌p時間對保證混 凝土的整體質(zhì)量有很大關系，切縫遲了，由于大面積混凝土約束會出現(xiàn)裂縫，擴展后形成斷板。一般混凝土的切縫時間是在拆模后12h左右(可以根據(jù)氣溫的高低適當調(diào)整切縫時間)。
(3)加適當?shù)耐饧觿�。一般來說，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，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
由于設計、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。但只要嚴格執(zhí)行施工操作規(guī)程和技術要求，在施工中切實抓好基層強度、混凝土的配和比設計、施工工藝、切縫時間和深度、混凝土的養(yǎng)護等各個環(huán)節(jié)，通過改善混凝土的質(zhì)量和路面結(jié)構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入水分，使基層甚至路基軟化，導致路面承載力下降，產(chǎn)生唧漿、臺階、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)行瀝青路面設計中規(guī)定或推薦瀝青路面采用半剛性基層。所以還存在著因為半剛性基層的溫縮裂縫或干縮裂縫引起瀝青面層產(chǎn)生的反射裂縫或?qū)芽p。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 瀝青路面裂縫應力分析
2.1 結(jié)構性破壞裂縫
(1)瀝青路面的結(jié)構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度時，半剛性基層的底部就會很快開裂。在行車荷載的反復作用下，底部的裂縫會逐漸擴展到上部，并使瀝青面層也產(chǎn)生開裂破壞。影響拉應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，通過試驗得出半剛性基層底部的拉應力與半剛性材料回彈模量間的關系曲線。
(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)生的拉應力明顯減小，甚至還小于半剛性底基層底面產(chǎn)生的拉應力，這對半剛性基層承受行車荷載的反復作用是十分有利的。
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)生過大的溫度應力，但當氣溫大幅度下降時，瀝青材料逐漸發(fā)硬并開始收縮。此時半剛性基層的底部將產(chǎn)生拉應力，當拉應力瀝青混合料的應力松馳趕不上溫度應力增長，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)生的收縮拉應力或拉應變一旦超過瀝青混合料的抗拉強度，瀝青面層就會開裂。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，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)。由于溫度反復升降導致瀝青面層溫度應力疲勞，使瀝青混合料的極限拉伸應變(或勁度模量)變小，加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應力松馳性能降低，最終達到極限抗拉強度使路面產(chǎn)生裂縫。
2.2.3 光彈試驗
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)生的溫度應力分布。在面層已有裂縫時，光彈試驗得到的溫度應力分布狀況。
一方面溫度向瀝青面層底部傳遞需要一定的時間，不是瞬時完成的，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力隨著面層的增厚而增加，面層內(nèi)的應力隨深度而很快減小，同時面層表面的溫度應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，在裂縫尖端會產(chǎn)生較大的應力集中，使裂縫向下延伸并逐漸穿透整個瀝青面層；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應裂縫
2.3.1 由半剛性基層溫縮開裂引起的反射裂縫
通常假設導致反射裂縫的機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)構在裂縫處的差動位移，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)生大的拉應力或拉應變，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力或拉應變，因此容易被拉裂，并且裂縫的擴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)芽p
對于新鋪的半剛性基層，隨著混合料中水分的減少，要產(chǎn)生干縮和干縮應力；水分減少得愈多愈快，產(chǎn)生的干縮應力和干縮應變就愈大。 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由于溫度應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)生的拉應力與溫度應力相結(jié)合，反射裂縫會形成得更快。在較厚瀝青面層的情況下，由于溫度應力在表面最大，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應裂縫。以上結(jié)論已被長沙交通學院光彈模型試驗所證實，表面降溫30℃時，不同厚度瀝青面層內(nèi)下層裂縫上方的溫度應力分布規(guī)律。
不同的應力分布規(guī)律不難推斷，通過進一步的試驗或計算，將會得到一個臨界面層厚度。面層厚于此臨界厚度時，裂縫將主要從表面開始；薄于此臨界厚度時，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。
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鍵。在瀝青性能指標中，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。基層上有透層油以加強與面層的粘結(jié)對抗開裂是有好處的，基層材料種類對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力，通常是由最重的車輪荷載產(chǎn)生的；并且對于半剛性路面，不同軸載對路面的破壞作用遠不是4次方的關系，而11～13次方的關系，即使是通過次數(shù)較少的重荷載也對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)構設計和厚度計算可以滿足瀝青路面強度和承載能力要求，基本解決荷載型裂縫產(chǎn)生的問題。對于如何避免或減輕非荷載型裂縫的產(chǎn)生，應從設計與施工兩個方面來進行考慮。
4.1 設計方面
(1)在進行半剛性路面設計時，首先應選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小、抗拉強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產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫。
(6)為進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)設置應力消減(應力吸收)中間層。
4.2 施工方面
(1)嚴格控制半剛性基層施工碾壓時的含水量，混合料的含水量不能超過壓實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)束后應立即用乳化瀝青做透層或封層。
(4)透層或粘層完成后，應盡快鋪筑瀝青面層。
5 結(jié)束語
實際上按照現(xiàn)行瀝青路面設計要求，瀝青路面厚度設計相對偏厚，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)應是我們今后研究的主要方向。
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