浅谈水泥混凝土路面断板的原因及预防
摘要：水泥混凝土路面具有刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好的特点，在高等级公路应用越来越广泛。由于路面经常受重交通荷载、环境条件等外部作用，致使水泥混凝土路面使用性能下降，引起路面的断板，影响了公路运输的效益和行车安全。本文对水泥混凝土路面断板产生的原因进行分析，并提出相应的预防措施。
关键词：水泥混凝土路面,断板,原因,预防
近年来，随着国民经济的高速发展，交通运输事业也遇到了最好的时机，高等级道路的建设在社会主义现代化建设中发挥着巨大的作用，并且具有良好的发展前景。目前，我国高等级道路的发展比较迅猛，高等级路面的舒适、平坦已日益为专家所注重。对于高等级道路水泥混凝土路面板，根据已建成通车的高等级道路的使用情况，有相当部分已破坏，如开裂、断板、沉陷、错台等病害，给养护、修复带来极大的困难，而且断板病害尤为突出，已经成为水泥混凝土路面的通病。本文通过对水泥混凝土路面断板的原因加以分析，浅谈一些防治方法。
一、路面断板的原因
1、设计不当
（1）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。
（2）板块平面尺寸不当。
（3）混凝土原材料配合比不当，混凝土产生碱—集料反应或抗冻融差等耐久性问题。
2、路基不均匀沉降
路基不均匀沉降主要发生在：
（1）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。
（2）软弱地基，湿陷性黄土以及采空区，陷穴等特殊路段。
（3）桥涵构造物的台背等机械难以应实的部位。
（4）路基不同填料的界面或层面。
（5）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，面板由于荷载作用导致断裂。
3、基层失稳
（1）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，材料被吸往一边，面层脱空，当受到弯拉力大于混凝土板强度时，面板即发生断裂。
（2）面层接缝填料失效，板的弯沉使空隙内的积水，侵蚀冲刷基层，并沿接缝缝隙喷出，即产生唧泥。如果唧泥现象不断产生，面板边缘部分将失去支承，在荷载下产生断裂。
4、原材料不合格
（1）水泥的安定性差，强度不足。水泥中的游离氧化钙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，当游离的氧化钙超过一定限量时，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，使开裂断板的机率大大增加。水泥的水化热高，收缩大也易导致开裂。
（2）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，石灰石，石英岩等亲水性骨料与水泥石界面粘合力大，花岗岩等亲水性差的骨料则反之。
5、混凝土配合比不当
（1）单位水泥用量偏大。混凝土中引起收缩的主要水泥石部分，过多的水泥用量必然会导致较大的收缩
（2）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为了满足和易性的需要以利于施工。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。
6、施工工艺不当
（1）搅拌不足或过分，振捣不密实，形成混凝土强度不足，或不均匀，易导致早期开裂或断板。振捣时间不易过长，否则会造成分层，粗骨料沉入底层，细骨料留在上层，强度不均匀，表面收缩裂缝增加。
（2）养生不及时或养护不当。尤其是气温高，湿度小，风速大，就会使混凝土表面水分蒸发太快，从而形成干缩裂缝。
（3）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穿裂缝。
二、预防断板的措施
在水泥混凝土路面施工中预防断板的措施有以下几个方面：
1、设计阶段预防裂缝和断板的产生
为了防止水泥混凝土路面的裂缝和断板，各有关部门应认真及时地组织设计人员和有关专家，根据水泥混凝土路面的设计理论及规范要求，结合当地的地理位置，环境、地形、沿线工程地质和水文条件，特别是交通量的组成和车辆的类别以及地方材料的供应情况，进行深入细致地研究和讨论，提出符合实际的轴载设计参数、路面结构、材料组成、路基填料、碾压方案和要求，以设计出适宜的水泥混凝土面板以及完善的排水系统，提出合理经济的水泥混凝土配比设计及施工要求。
2、做好路基质量控制
（1）路基压实质量要求达到规定的压实值和弯沉值，特别是桥涵等构造物的台背必须保证压实度，保证路基有足够的均匀的强度。
（2）对于路基不稳定特殊软弱土基，湿陷性黄土，采空区，陷穴，滑坡等路段，应避免采用水泥混凝土路面，其它特殊路基应经过特殊处理后方可进行水泥混凝土路面施工。
3、做好路面基层质量控制
基层应该有很大的稳定性和均匀性：
（1）基层应尽可能采用水泥稳定基层，严格控制细料，以增加基层的水稳性，防止唧泥。
（2）严格控制基层的厚度，保证强度的均匀。
（3）采用厂拌法拌基层料，确保拌和均匀和配料准确。
（4）按照设计要求，保证基层的密实度。
4、严格控制混合料组成配合比
在施工中要经常检查骨料的级配和杂质，发现所购进的骨料级配与原试验级配不符时，必须及时调整施工配合比，同时还要检查含泥量，使其不能超标。而在施工中最应注意的是水灰比的控制，如果水灰比忽大忽小，在摊铺时又不注意摊铺的均匀性，就会造成水灰比的不同片块，在其交界结合部，由于凝固收缩率或受热膨胀率不同，在结合部位形成裂缝和断板的情况；如果水灰比过大，混合料便偏稀，在其凝固成型时，收缩率就大，一旦缩缝设置和施工仍按正常进行，就会造成缩缝间距相对过长，从而易在较大的收缩应变作用下形成裂缝，如果进一步发展，还可以形成贯通的混凝土路面断板，因此，在施工中要严格把住混合料的配比关，特别是水灰比这一关。
5、施工中严格把住材料关
材料是构成混凝土路面的主体，如果由于施工中管理不严，购进材料质量低劣，那么这样的材料组成的混凝土路面面板的弯拉应力就达不到设计要求，很容易在施工期间产生不规则断裂，或在使用过程出现更多的病害。
6、做好施工工艺控制
（1）在施工中水泥混凝土必须振捣均匀密实。如果水泥混凝土振捣不均匀，将造成水泥混凝土的密实度不均匀。在密度小的区域内混凝土面板下部多成蜂窝和空洞状，形成了承受应力的薄弱部位或区域，从而易使面板产生断板。
（2）在混凝土浇筑过程中，要始终保持施工作业的连续性，一旦出现间断作业，必须设置一道施工缝，并布置传力杆，以防止因不设施工缝而出现断板的现象。
（3）施工中及时正确地切缝。当水泥达到终凝后，水泥混凝土即告凝固成型，这时水泥混凝土体收缩变形也在不断进行，并产生了较大的拉应力，当混凝土路面面板与基层之间的摩擦力大于这个成型凝固产生的收缩拉应力时，在混凝土面板承受拉应力最薄弱的位置就会被拉断而产生断板。而如果能够及时准确地切缝，就能引导混凝土面板凝固收缩力在切缝处规则拉断面板，从而避免在其他位置产生断板。根据河北省的具体情况，切缝深度约为板厚的1／4，同时切缝的时间也要及时，一定要在产生最大收缩应力之前切缝，才能有效。在混凝土抗压强度达到1?1MPa时，抹面后约3小时左右，就可以进行切缝，它可以比较有效地引导裂缝在预定的切缝位置上断裂，故避免了不规则的断板。
（4）在施工中尽量避免产生较大的温差效应。温差效应过大或突变，容易造成混凝土面板强度形成的不同步。当气温高时，上部强度的形成比下部要慢。在这样的情况下，面板强度的形成不同步，容易出现翘曲变形，一旦有不规则裂缝发生就会使强度较低部位拉断开裂，形成不规则断板，所以在施工中要注意尽量避免在温差大天气或大风天气施工，或者当混凝土浇筑完毕后立即采用遮阳、洒水、喷洒养护剂等措施，使混凝土体的表面始终保持潮湿，确保昼夜温差不至太大，以预防面板断裂。
（5）正确地在纵坡变化处、平曲线及构造物结合部设置胀缝。纵坡变化处、平曲线及构造物结合部都是应力应变集中的位置，在此处设置胀缝，是减少或释放应力应变的最佳方案，它可以大大降低在此处的断板率。
（6）正确安装传力杆可以防止断板。传力杆的安装必须遵照规范要求，按设计进行，使传力杆与道路中心线及路面平行。如果传力杆安装偏斜，则在传力过程中会将混凝土顶破，从而形成裂缝而断板。
（7）在混凝土面板底面与基层顶面间设置滑动层，减少面板与基层间的摩阻力，这样可以防止面板被拉断。当基层表面与混凝土面板底面的摩阻力很大，混凝土面板收缩和膨胀不宜自由滑动时，就使板内的拉应力增加，此时基层的裂缝也极容易反射到混凝土面板上而形成断板。
（8）严格控制开放交通的时间，加强养生和养护。水泥混凝土路面浇筑完毕后必须达到设计强度后方可开放交通，并对其及时进行养生、洒水，清扫，确保混凝土路面湿润、整洁，防止因缺水养生而产生干缩裂缝或断板。
（9）混凝土面板要在切缝处埋置接缝板，并在接缝板位置上再行切缝，这是预防混凝土早期断板的有效措施。接缝板的高度是混凝土板厚的2／3，并应在基层顶面放置，这样就在此处形成了最薄弱条件，当混凝土面板产生拉应力时，裂缝就在此处产生，从而避免了混凝土面板的早期断板。
三、结束语
工程实践表明，只要采取正确的预防措施，混凝土路面的断板就会大大减少。这对保证混凝土路面施工质量，延长混凝土路面的使用寿命将是十分有利的。
参考文献：
1、GBJ97-87《水泥混凝土路面施工及验收规范》
2、李华缪昌文金志强编著王秉纲主审《水泥混凝土路面修补技术》(修订版)人民交通出版社