王 皓

中铁一局集团有限公司

1 引言

在西藏高原地区目前修建通乡通村道路的时候选择最多的是水泥混凝土路面，因为这种道路有较好的耐久性能、稳定性能，较高的强度以及较少的养护费用。但是这种道路也有一些缺点，会因为环境变化、负重超载出现裂缝。高原地区修建水泥混凝土道路，其出现裂缝的概率远大于平原地区，当路面出现裂缝以后，路面的抗震动、抗冲击以及整体性都受到了破坏，混凝土板和基层间会出现一定程度的位移，对基层结构造成破坏。当基层结构被破坏后，路面上出现的断裂会增大，这样就形成了一个恶性循环，水泥混凝土道路就不能被正常使用了，维修道路的难度增大了，费用也提高了。所以，高原地区水泥混凝土道路出现裂缝的原因是急需研究的，还要采取相应的解决措施。

2 工程情况

高原地区地形崎岖、日照强烈、气候干燥、多风，在如此艰难的气候环境中修建水泥混凝土路面，面临诸多问题，原材供应、混凝土运输、施工养护等都是影响水泥混凝土路面质量的原因，所以水泥混凝土道路施工的每一个环节都要严格把控，力求工程质量。本工程为西藏自治区日喀则市桑珠孜区农村公路，施工地点海拔3800-4200m之间，工程包含了25条新（改）建公路，标段全长130公里，其中混凝土路面共计34.6万㎡。日喀则的气候特征是：（1）空气稀薄，气压低，氧气少；（2）太阳辐射强，日照时间长，早晚温差大；（3）干季和雨季分明。

3 探究高原地区水泥混凝土路面断裂的缘由

3.1 水泥混凝土路面裂缝的分类

沉降裂缝：混凝土浇筑以后，水泥与骨料在下沉过程中，受到预埋钢筋的局部阻碍、模板推移和基准面的不均匀沉降，使该位置处的混凝土产生剪应力和拉应力，混凝土抗裂能力有限，从而出现裂缝。

干缩裂缝：浇筑完水泥混凝土以后，会有一个硬化的过程，但是固体的体积会比液体的小，在生成水泥固体的时候，还会出现游离水的蒸发，致使混凝土的体积收缩的更小，进而出现拉应力，在拉应力的作用下，水泥混凝土路面就会出现裂缝。

温度裂缝：水泥在水化的过程中，会出现发热现象。所以，水泥在硬化的过程中，就会有大量的热量释放出来，这种情况下，会同时出现外部收缩和内部膨胀，由此会产生较大的拉应力，在拉应力的作用下，水泥混凝土路面就会出现裂缝。

3.2 水泥混凝土路面产生裂缝的原因

深度剖析高原地区水泥混凝土路面产生断裂的具体原因，主要分为原材料不合格因素、混凝土配合比因素、基准面因素、温度引起裂缝、湿度变化引起的塑性收缩裂缝、混凝土路面施工工艺因素六种。

3.2.1 原材料不合格因素

为了确保水泥混凝土道路的质量，选择合格的材料是首要任务。若是选择安定性、品质均比较差的水泥，就会出现混凝土裂缝。煅烧水泥熟料的时候一定要确保充分，否则会有游离氧化钙产生，这样就会降低水化速度，从而会使水泥在硬化过程中发生再水化，出现体积变化不均匀的现象，最终导致路面出现断板、龟裂。在水泥混凝土道路中，骨料是比较重要的一部分，它的好坏直接影响水泥混凝土道路的质量。选择骨料时，要用粒径较大的，这样就能减少混凝土的用水量和水泥的使用量，水化热会降低，收缩程度会减小。骨料中有一定含量的二氧化硅，它会与水泥中存在的碱性氧化物发生化学反应，产生碱—硅酸凝胶，这是一种吸水后会发生膨胀的胶体，会让混凝土开裂，破坏混凝土表面，工程中将这一现象叫作碱—骨料反应。若是骨料的含泥量比较大，会使水泥浆的收缩性增大，裂缝也会增多。

3.2.2 混合料配比因素

混凝土配合比也是重要因素，施工中要严格按照设计配合比进行。骨料的杂质和级配需要经常检查，一旦发现骨料的级配不符合原试验级配时，要及时调整施工配合比。与此同时，还要对含泥量进行检查，保证不超标。在整个施工过程中，控制好水灰比是最关键的，若是水灰比控制不严格，在摊铺的过程中工人没有将其摊铺均匀，就会出现不同水灰比的片块，在两种不同配比的交界处，就会因不同的膨胀率或收缩率，出现断板和裂缝。若是水灰比较大，在凝固过程中，收缩率也会较大，进而会出现裂缝，严重时还会在道路表面形成断板，所以，施工过程中要认真严谨的完成混合料的配比，尤其是水灰比，这直接影响水泥混凝土道路的质量。

3.2.3 基准面因素

路面的厚度会受到基层标高的影响，若标高失控，会造成路面厚度不一致，薄厚交接处以及较薄路面都会变成薄弱断面，混凝土开始收缩时，这些路面会因为拉应力出现裂缝。不平整的基层与混凝土界面的摩阻力会增大，也容易开裂。当基层标高出现失控或者不平整时，使用松散的材料整平处理后，会导致砂浆或混凝土的水分渗透，使下部混凝土变松，强度降低。基层若是比较干燥，就会吸收底部的水分，造成底部缺水，降低其强度，出现裂缝。

3.2.4 温度引起裂缝

混凝土的硬化过程中，水泥会发生水化反应放出大量的热量，内部的温度就会升高发生膨胀，外部会进行收缩，产生拉应力。之后会有一个降温环节，此时也会产生一个拉应力，当混凝土的抗裂能力小于拉应力时，会有裂缝产生。高原地区的气温变化跨度明显，早晚温差大，白天高原地区的温度较高，使混凝土的板体温度远高于路面温度，板体中间部位在高温作用下会发生膨胀变形；到了晚上温度骤然下降，混凝土的板体温度同样低于路面温度，板体两边部位会发生翘曲现象，如此反复，混凝土会被多次拉裂。

3.2.5 湿度变化引起的塑性收缩裂缝

塑性收缩指的是混凝土在塑性阶段会因为表面缺失水分而进行的收缩。新拌的混凝土其颗粒间是有充足水分的，若对其养护不到位，就会使其内部的水向表面迁移，从而对毛细管产生负压，收缩浆体。造成混凝土塑性收缩开裂的因素较多，例如混凝土的温度、凝固时间、细掺料、水灰比、相对湿度、环境温度等。

3.2.6 混凝土路面施工工艺因素

施工过程中，若是对混凝土搅拌的不充分或者过于充分，就会导致混凝土出现强度不足或者不均，造成混凝土开裂、断板。混凝土的运输方式及时间控制不严格，会导致混凝土出现离析或者初凝等情况，最终出现混凝土开裂。振捣过程，要把握好时间，不能过久，否则会出现分层，强度不均匀，会增加表面的收缩裂缝。若是浇筑混凝土的时候，施工现场出现了气候突变、机械故障、停电、停料等情况，再次浇筑时需要严格按照施工缝处理，这样才能避免新旧混凝土间出现结合不良、收缩不同形成的不规则接缝。若是施工人员对切缝时间把握的不到位或机器出现了故障，就会使混凝土的内应力集中在一起，在混凝土最薄弱的区域产生贯穿裂缝。水泥混凝土道路在后期的养护过程中，若是使用的方法不当或者赶上较差天气时，就会加快混凝土表面的水分蒸发速度，进而出现干缩裂缝。传力杆的不当安装也会使路面出现裂缝。还有一种常见的原因就是一些道路在养护期就允许车辆通行，极大程度的伤害了道路，出现裂缝。

4 高原地区水泥混凝土路面断裂的控制措施

4.1 原材料的质量

施工过程中，必须要考虑到早期裂缝问题，在选择建筑材料时要更加严谨。通常情况下，使用的水泥必须有出厂质量检验报告，还要抽检每一批水泥，若是在抽检过程中发现水泥出现品种不符、安定性不达标等一些质量问题时，要停止使用。对于混凝土的耐久性和强度影响最大的是泥土的含量，所以细骨料、粗骨料中的含土量必须控制在规定的范围内，若是条件允许，可对砂石料进行水洗处理。选择混凝土骨料的时候优先考虑弹性模量较高的石料，在相同的外界条件下，使用低弹性模量骨料拌制的混凝土干缩程度会远大于高弹性模量骨料拌制的混凝土。实际施工过程中，经常使用的高弹性模量是石英石和石灰石。

4.2 控制混合料的含水量

水泥混凝土道路施工使用的大多是干硬性混凝土。这种混合料中所含的粗集料相对较多，而水和水泥的含量相对较少，这种特性对于减少早期裂缝是有很大的好处的；在混凝土的拌和前要有专人对粗细骨料的含水率进行检测，并根据检测结果及时调整施工配合比，在拌和过程中一定要严格按照配合比进行操作，严格按照设计配合比掺加外加剂，而且要严格控制混凝土的运输设备及时间，坚决杜绝在运输过程或者是施工现场随意注水。

4.3 基层施工要求

水泥混凝土面板的质量和基层施工的质量有着紧密的联系，施工过程中路面基层必须符合相关的刚度、强度、平整度以及水稳性的要求。水稳性能符合要求时，就能有效避免出现唧泥，底板脱空现象；平整度符合要求时，就能均匀分散应力，不会使应力集中在一个区域内，进而造成断板。浇筑混凝土面板前要根据现场情况对基层表面采取洒水措施，做到表面潮湿而无积水现象发生。

4.4 混凝土混合料的振捣

需要使用大功率的平板振动器或者排式振捣器组充分振捣混凝土，然后完成浇筑。振捣混凝土时，首先要观察水泥浆，当其提出时说明振捣充分，还要注意振捣的均匀性，一般振捣不充分、不均匀的部位，是最早出现裂缝的。

4.5 混凝土的养生

完成混凝土的浇注工作后，就要对其进行养生，好的养生工作能够有效避免早期裂缝。对混凝土进行养生，其实就是为了创造一个良好的温湿条件，进而起到以下两个作用，首先是避免混凝土受到湿度、温度的不利影响，杜绝干缩、冷缩现象的发生。其次是确保水泥水化过程的顺利进行，提高水泥的抗裂能力和强度。水泥混凝土道路中，不同深度的表面裂缝是最常见的，其主要形成原因是温度梯度。因此，对混凝土进行保温可以有效减少裂缝的产生。混凝土刚浇筑完，其内部的所含的水分是非常充足的，但是由于蒸发等一些原因会消耗水分，造成水分缺失，从而影响水泥的水化，表面的混凝土会被直接影响。所以，当完成混凝土的浇注后，最初的几天是养生的关键时期。高原地区，由于受高原气候影响，在路面混凝土施工过程中选择合适的浇筑时间段，抹平收面后及时采用塑料薄膜进行覆盖养护，待到晚间时段再利用棉毯覆盖，加强保湿保温养生措施。

4.6 混凝土板的切缝

防止水泥混凝土路面出现早期裂缝的另一有效措施是及时切缝。切缝的时间需要根据环境的变化而变化，并不是一成不变的。最好的切缝时间应该根据水泥品种的试验结果以及现场的气温确定，通常情况下，为了确保切缝及时，会同时使用多台切缝机，切缝深度是混凝土板厚度的三分之一。在高原地区我们采用的是如图1所示的软切缝，采用此工艺可提前切缝时间，大大减少了断板现象的发生。

图1 软切缝图

注：

横向缩缝构造图（尺寸单位：mm）；

a）假缝形式；b)设传力杆假缝形式；

横向缩缝优先采用软切缝，深度不足部分应用硬切缝补足。

5 结束语

本文结合西藏日喀则高原地区水泥混凝土路面施工研究了水泥混凝土路面产生裂缝的原因，并提出了相关的解决措施。水泥混凝土道路是我国最常见的，也是使用最广泛的，尤其是目前在西藏等高原地区通乡通村道路施工中，提高这种道路的性能对于高原地区是非常有利的。实际施工过程中，不免会受到温度、湿度等一些不可控的环境影响，但是只要施工人员时刻秉着认真严谨的态度，规范操作就能有效降低早期裂缝的出现。施工过程中，既要保证水泥混凝土道路的修建质量，又要做好后期的养生工作，只要这样才能减少裂缝的产生，有效延长道路的使用寿命。