高速公路水泥探討的論文
摘要：當前水泥混凝土路面在高速公路建設中的應用比較普遍，就其在施工和養護中出現的各種病害、裂縫產生的過程，混凝土原材料、配合比、水灰比、施工操作等對質量的影響，以及產生外觀質量缺陷的原因進行了比較全面的評述。
關鍵詞：路面病害探討
近年來，水泥混凝土路面在高速公路中的建設發展迅猛，但工程質量不盡人意，并導致建設費用大大增加，為了能更好地控制好水泥混凝土路面的質量，下面就針對成渝高速公路上常見的水泥混凝土路面質量問題并結合自己在多年來的施工管理經驗作一廣泛的探討。成渝高速公路中的水泥混凝土路面出現質量問題的原因：除路基本身質量欠缺而影響到路面質量外，主要還有路面施工不規范及組成材料不合格的問題所至。其質量病害的主要問題有：
一、裂縫
產生裂縫的原因很多，從時間上可分硬化前和硬化后兩個過程。
(一)在硬化前，混凝土還處于塑性狀態，由于各種組成材料的密度不同而發生沉降，內部自由水析出，引起沉降收縮裂紋，這一般發生在抹面層的時候。但在干燥的基層上澆筑混凝土面層時，因水份很快被基層吸收，引起混凝土較大地收縮也會產生寬而深的裂縫。
為防止沉降裂縫的發生，可采取以下防治措施：
1、混凝土澆筑后，在尚未出現析水前，應防止強風吹拂和烈日曝曬。
2、同時在澆筑后要及時養護，防止混凝土表面水份蒸發而干燥。
3、在澆筑混凝土前，應將路基基層澆濕。
4、采用二次抹面，以減少表面收縮裂紋。
5、避開高溫氣候施工。在高溫天氣下，水泥水化作用加快，內部水化熱不易及時散開，從而產生溫度裂縫，同時因水份蒸發加快，使混凝土迅速干燥而收縮，易產生收縮裂縫。
(二)硬化后，由于施工不當或材料質量問題而產生裂縫
1、干縮裂縫
因水份蒸發，使干縮產生的拉應力大于混凝土的抗拉強度，使混凝土產生裂縫。它的特征是表面開裂，走向縱橫交錯，沒有一定的規律，形似龜紋，縫寬和長度都很小，與發絲相似。
引起干縮裂縫的因素主要有：
(1)水泥中的硅酸二鈣可產生很多肢體，它在干濕作用下，體積變化很大。水泥中的鋁酸三鈣水化時需大量的水，養護過程中膨脹值大，干燥時收縮亦大。這兩種物質含量大時干縮性亦大。
(2)混凝土中的用水量對干縮值有很大的影響，當用水量增加一定百分數時，干縮值成倍增加。
(3)骨料的大小和級配也對干縮值有密切關系。級配良好時，空隙率小，砂漿含量減少，收縮值相對減少。對使用偏細砂時，會使混凝土收縮值增大。含泥量大的情況與使用偏細砂相類似。
2、由于溫度應力而產生的裂縫這主要是因晝夜溫差太大，而產生較大的溫度應力，由于沒有設置伸縮縫和對混凝土面板進行及時切割，而造成面板拉裂。因為混凝土材料對溫度的變比而引起的伸縮量約為每度0．01毫米，當累計長度內溫度應力超過抗拉強度時，就會發生裂縫。一般在20—40米范圍內應設置伸縮縫，以防斷裂。
3、基層原因而產生的反射裂縫由于基層的裂縫沒有進行及時處理，而反射到面層，使面層斷裂。
目前，水泥混凝土路面基層采用的結構形式以水泥碎(礫)石穩定基層為主。因溫度應力及其它因素的影響，基層澆筑好后，在一定范圍內會自然斷裂，如在基層上人為地設置一些伸縮縫，為使上下縫對齊，會增加不少施工難度。在2003年8月重慶成渝高速公路白市驛混凝土路面改建工程中（328km+000-329km+120右），混凝土水穩基層設置了伸縮縫（一般100米內不超過5條），以二層油毛氈來處理，油毛氈寬度為50厘米，從施工效果來看比土工布處理較為理想。
4、由于材料不良引起的裂縫
(1)水泥安定性不良引起的裂縫
水泥熟料如鍛燒不充分，會產生較多的游離氧化鈣，因它的水化過程很慢，導致水泥己凝結硬化后仍繼續水化而產生體積膨脹的體積變化不均勻現象，使路面出現龜裂、斷板等。還有氧化鎂及石膏的后果與氧化鈣類似。為防止水泥安定性不良引起的裂縫，應加強檢驗，并選用低堿性水泥。
(2)因拌和物溫度過高，而出現“假凝”現象，并使混凝土板塊斷裂
水泥拌合后不久，便產生變硬，爾后又變軟，逐步正常硬化。這一過程中開始出現的現象即為“假凝”。這是因為拌合物溫度過高，使水泥顆粒表面形成一層薄的硬殼，使混凝土拌合物的和易性變差，且影響后期強度。另外，內部熱量不易散發，使體積膨脹，也易引起混凝土裂開。
因此，為防止混凝土發生假凝現象，要控制混凝土的拌合物溫度。
(3)水及砂中有害雜質對水泥混凝土有腐蝕作用
有害雜質與混凝土產生反應生成易溶于水的物質，使混凝土被腐蝕，強度降低，在車輛荷載的不斷作用下，遭到破壞。
根據規定：對砂、石材料的試驗檢測每料場要做一次，稻田水和水溝水一般情況下不能作拌合用水。
(4)砂、石材料中的活性材料與水泥中堿產生化學反應，使混凝土結構遭到破壞
集料中的活性二氧化硅與水泥中堿性氧化物水解后生成的氫氧化鈉和氫氧化鉀會產生化學反應，并在集料表面生成一種堿——硅酸凝膠體，這種凝膠體吸水后體積產生膨脹，使混凝土結構破壞，出現較深的網裂，這就是“堿——骨料”反應。
1、新出廠的水泥不能立即使用，因新出廠的水泥溫度較高，且游離氧化鈣等還沒有完全消解。
2、采用低堿水泥和非活性集料。
3、嚴格控制混凝土的振搗時間，既要振搗密實又要避免過振，過振導致離析，使表面砂漿過厚，易產生收縮裂縫。
二、影響混凝土強度的一些原因
1、選用材料不當
(1)骨料中針片狀石子含量過高
針片狀石子在混凝土中易出現架空現象，空隙率較大，受壓易折斷，從而影響混凝土強度。
(2)選用較細的砂、且雜質含量過高
根據規范規定：砂的細度模數應在2.5以上，含泥量不超過3%。
(3)水泥隨意摻合使用
因不同水泥中混合物質量及摻量都不同，摻合后將使水泥性能發生變化，標號降低，從而影響混凝土的強度。
(4)粗骨料采用礫石
礫石因表面光滑、無棱角，與水泥砂漿的粘結不夠好，使混凝土強度降低。應采用機軋碎石作骨料。
(5)砂、石材料內含有雜質
根據規范規定：粗骨料含泥量不超過1％，砂含泥量不超過3％。砂、石材料內雜質的含量對路面塑性收縮開裂和干縮變形影響很大。
(6)對粗骨料最大粒徑控制不嚴
根據規范規定：水泥混凝土路面最大集料粒徑為40毫米。但在施工中往往控制不嚴。從1998年第六期《公路》雜志上的一篇文章研究表明，大粒徑集料的混凝土彎拉強度相對偏小。
2、外加劑對混凝土強度的影響
在摻有早強劑或速凝劑的混凝土中，因水泥短期內水化、硬化，使水泥顆粒表面生成一層硬亮，阻礙了水泥進一步水化，導致后期強度偏低。
3、配合比控制不嚴以及計量不準確
(1)水灰比的問題
混凝土中的拌合水分自由水和化合水兩部分。化合水的作用是使水泥水解和水化，剩余的皆為自由水，它是為了滿足操作的要求。自由水在混凝土硬化過程中逐漸蒸發，使混凝土內部形成空隙。如水灰比偏大，使混凝土密實度降低，強度也就降低；但水灰比偏小時，因和易性差，影響施工操作，也難以振搗密實，使混凝土強度降低。因此要嚴格控制水灰比。
(2)計量不準確
混凝土的配合比是根據混凝土強度、耐久性、耐磨性、和易性來確定的。根據規定計量誤差：水泥1％，粗骨料3％，水1％，外加劑2％。同時計量不準確也影響砂石材料的級配，沒有一個好的級配，混凝土的密實度就難以保證。新規范中作出了明確規定：水泥混凝土路面、大橋特大橋、隧道等有大體積混凝土施工的工程應采用拌和站并必須配置一定數量的自動計量設備，禁止用體積法計量。
4、施工操作不規范
(1)砂石材料含水率的測定
砂石材料的含水量是隨氣候變化而變化的。施工中住往根據設計而不考慮這一因素，從而使水灰比失去控制。事實上，在施工現場要在每班開工前及天氣變化時，對砂石材料進行含水量的測定，及時對水灰比進行調整。
(2)標高控制不嚴，使混凝土板塊厚薄不均，造成混凝土強度不勻，在混凝土板塊厚薄不均界面，在外力作用下及收縮時產生拉應力，易產生裂縫，影響混凝土的使用質量。
(3)振搗不密實
從現場取芯的芯樣上，往往會發現芯樣氣孔較多。這是混凝土振搗不密實的表現，混凝土有足夠的彎拉強度，來自于它的密實度。
(4)隨意向混凝土中加水
這種行為與水灰比過大的情況類似。隨意加水會使混凝土中自由水份增加，隨著水份蒸發，使混凝土內空隙增大。
(5)養護不及時
混凝土的結構和強度的形成及增長有一個過程，并需要有一定的溫度和濕度條件。如不及時養護，會影響混凝土水化作用的正常進行和水化物的生成，從而影響混凝土的強度。
(6)一盤中多余的混凝土在澆筑間歇攤在基層上面
對于在工作間歇遇到一盤多余的混凝土攤鋪在基層上的做法，這是不允許的。但在工作中確實也碰到過，特別是在低等級公路的混凝土澆筑中較為多。
很顯然，加了這一薄層使面層厚度減少，且薄層未經振搗結構強度低，由于這一薄層的存在勢必影響面層的強度。
三、從外觀看混凝土存在的一些質量問題
1、路面外觀顏色差異
根據《公路》雜志1998年第六期中文章介紹：當用肉眼能看出混凝土路面存在顏色差異時，配料中誤差水泥>7％、用水量>10％、集料>10％，由于計量不準造成色澤差異，且對混凝土強度有嚴重影響。
2、路面起砂磨損和露骨
(1)路面磨損甚至露骨除了與砂石材料中的含泥量及砂偏細等有關外，還與水泥有關。在成渝高速公路白市驛混凝土改造過程中，1#隧道與2#隧道之間的水泥混凝土澆筑，由于水泥稠度指標達不到，保水性較差，泌水較為嚴重，最后路面起砂磨損現象很嚴重。在1#隧道內的混凝土采用不同的水泥澆筑，且通車時間更早卻沒有起砂磨損現象。
(2)在舊路改造時，由于路面接坡沒有處理好造成磨損露骨
因接坡沒有處理好，在車輛運行過程中，將舊路上的泥土、砂、石子等帶到澆筑好的路面上，在車輪的不斷作用下，便路面造成磨損最后露骨。
一般規定：混凝土路面澆筑單向長度不得小于1公里。
根據經驗：接坡用混凝土進行處理(長度約15米)，可減緩上面這種情況的產生。
(3)路面澆筑中，提漿機如使用過多，由于提漿機振動頻率大，使面層砂漿過厚，也易造成起砂和露骨。
3、面層出現小坑洞
這是因為砂石材料中混進小泥塊或雜質而引起的。為了避免以上這種情況的產生，具體操作時因注意：
(1)對加工好的碎石進行過篩，防石粉結塊及增加含泥量。
(2)對堆料場進行硬化處理，防止直接堆在耕地上，以免裝料時底層泥土混入。
4、斷邊、缺角現象
混凝土路面板角、板邊部分應力易于集中，因振搗不良等原因，容易發生裂縫：在外力作用下也易發生斷邊、缺角現象；如接坡太低，在車輪作用下，易使混凝土板角斷裂或使板邊啃掉。
5、表面壓紋不均勻
由于路面施工平整度差、壓紋時間掌握不好等原因，導致壓紋深度不均勻。目前，采用先拉毛后割縫的施工工藝，對行車安全較好。
6、側面蜂窩、麻面
振搗不實、振搗不夠使混凝土內氣泡未能上浮而粘著模板，或模板上粘著水泥砂漿末刷洗干凈使板面粗糙，在漏振及漏漿的情況下出現蜂窩和麻面。
7、脫皮
在施工中，因混凝土面板受雨水侵襲導致水泥漿流失，然后采用水泥漿粉刷補救，或是混凝土坍落度大及水泥保水性差使面板泌水嚴重，或用干水泥補撒吸水等都會產生脫皮。
8、灌縫問題
(1)灌縫材料質量欠佳及漏灌
灌縫材料質量欠佳造成溫度高時被車輪撕裂，溫度低時自行脆裂；漏灌及灌縫不良會造成雨水下滲，影響路面的使用質量。
(2)灌縫不及時、切縫深度不足及灌縫時縫內濕度太大
灌縫不及時會使泥砂等雜質進入縫內，切縫深度不足及灌縫時縫內濕度太大，都會影響灌縫質量，灌縫必須在縫槽干燥的狀態下進行。目前，灌縫料質量較好的有改性瀝青、聚氨脂等
9、車輪、腳印及刮刀印痕
這些人為因素造成混凝土外觀出現的質量問題，只有通過加強施工現場的管理，才能使其得到有效控制。
10、縱縫拉開
縱縫拉開的原因主要是中央拉桿沒有按規范設置，這在低等級公路建設中容易出現；在高等級公路建設中，雙車道混凝土一次性澆筑的路面中縫拉桿設置較易疏忽，操作人員比較隨意，既不拉線，也不對布設距離進行丈量，這都會給以后路面的使用質量留下隱患。
11、拼板時混凝土跑到鄰板上
拼板時，由于操作不當，會使混凝土跑到鄰板上，影響中縫的美觀，并使面板平整度受到影響，實際施工中，可用寬約5厘米、長3．5米的鋼板條靠在板邊，以防砂漿跑到澆好的面板上。
12、線型不順
立模不到位、放樣不準確或者模板變型造成中縫、邊線不順。
13、喞泥、錯臺現象
喞泥現象的產生是基層中有可懸浮的細粒松散土，在路面上雨水滲入及車輛荷載的重復作用下，使基層破壞甚至脫空，使面板出現喞泥、錯臺甚至斷裂。對基層的施工及適用范圍，已在《公路路基施工技術規范》（JTJ033-95交通版）中作了明確規定。
14、平整度欠佳
平整度不佳的主要原因是抹面操作人員掌握不好形成的，另外平板振搗梁也有一定的關系。一般采用鋁合金大尺，橫跨模板上來回抹平幾次，然后轉90度再抹平，使平整度得到有效控制。
四、結束語
總之，要抓好高速公路混凝土路面的質量，除路基質量要保證外，必須嚴格控制材料質量，加強試驗檢測，做到準確計量，及時對配合比作出合理的設計，嚴格控制水灰比；同時，必須規范操作行為，按規范施工，加強養護工作；另外，積極探索和改進施工工藝，以提高混凝土路面的整體質量。
參考資料
1.《水泥混凝土路面施工及驗收規范》（GBG97—87交通版）；
2.《公路》雜志1998年第六期；
3.《公路路基施工技術規范》（JTJ033—95交通版）。
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