摘要：　阐述了引起道路混凝土路面裂缝的若干问题, 提出提高道路混凝土抗裂性、耐久性和耐磨性的若干措施与方法。
　　耐久性差、易开裂是当今普通混凝土路面存在的主要问题。引起混凝土路面开裂的原因很多, 主要有混凝土在凝结硬化过程中各种收缩引起的开裂, 混凝土面板在使用过程中受外部荷载和环境气候引起的破坏。
1 　混凝土的收缩裂缝
　　混凝土有多种收缩, 在不同时期往往相伴发生或单独发生。混凝土收缩的主要类型有:
　　(1) 塑性收缩。塑性收缩变形是混凝土变形中最常见的一种, 它引起的开裂是工程建设阶段最常见的混凝土裂缝, 一般发生在混凝土浇注后2～10小时。一是混凝土此时出现泌水和水分急剧蒸发, 引起失水收缩; 二是由于泌水和混凝土内不同颗粒的不均匀沉降引起的沉缩。因为这些都发生在混凝土塑性阶段, 故称塑性收缩。
　　(2) 干燥收缩。已硬化的混凝土置于干燥的环境中由于水分散失而引起干燥收缩。影响干燥收缩的因素很多, 如环境、水泥用量、水泥细度、骨料、水灰比、混凝土密实状况、养护方法和时间等。
　　(3) 温度收缩。产生温度收缩的原因是混凝土硬化过程中水泥水化热、气温、生产热和太阳辐射作用使混凝土在高温下硬化, 硬化后降温产生温差收缩所致。
　　(4) 炭化收缩。大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生的炭化反应引起的收缩变形称为炭化收缩,炭化作用只有在适中的温度才发生, 它由混凝土表面向内部深入。
　　(5) 自生收缩。混凝土的自生收缩是硬化中由于化学作用引起的, 也称为硬化收缩。这种收缩与外界温度变化无关, 它发生在整个混凝土结构内, 不同于塑性收缩和干燥收缩发生在混凝土表面。
　　混凝土的收缩如果是不受限制地均匀收缩, 叫自由收缩。自由收缩产生的只是压应力, 其结果只是使混凝土体积缩小而已, 不会引起混凝土的开裂。但是, 实际工程中, 自由收缩的情况是不存在的。上述五种混凝土收缩变形总会受某些方面的限制, 限制性收缩使混凝土受拉, 而混凝土的各种力学性能中, 抗拉强度最低, 当混凝土的收缩值达到混凝土的极限拉伸值时, 混凝土结构便会产生收缩裂缝。
　　2 　混凝土的受荷破坏
　　(1) 在路面混凝土中, 混凝土的破坏一般是因为混凝土受到的弯拉应力超过破坏荷载或疲劳而导致破坏。路面混凝土在行车荷载和温度变化等因素作用下, 将产生反复压应力和弯拉应力, 由于混凝土所受的压应力与混凝土的抗压强度相比很小, 压应力不会引起混凝土的破坏, 而混凝土所受的弯拉应力与混凝土抗弯强度的比值则大得多, 可能会导致混凝土面板的开裂破坏。另外一个导致混凝土破坏的主要原因是弯拉应力所产生的疲劳破坏。因此, 混凝土的抗弯强度和抗裂性是影响路面混凝土的主要技术指标。
根据疲劳方程
       
　　疲劳断裂时的荷载重复作用次数N与混凝土抗弯强度fi呈指数关系, 抗弯强度对混凝土的使用寿命影响特别大, 随着抗弯强度的增加, 其使用寿命将得到提高；提高混凝土的抗弯强度和抗裂性可大大提高路面混凝土的耐久性, 延长其使用寿命。
　　(2) 混凝土的磨损也是混凝土路面破坏的主要原因之一。陈瑜认为提高混凝土的耐磨性, 对于当前解决混凝土路面损坏严重的严峻局面有较大的意义。
此外, 混凝土路面出现的起灰和跑砂现象, 也会对混凝土路面造成破坏。
　　3 　提高道路混凝土抗裂性、耐磨性及耐久性
　　减小混凝土的收缩和提高混凝土的抗弯强度、抗裂性、耐磨性等, 能够提高道路混凝土耐久性, 延长其使用寿命。1998年美国联邦公路局科学研究与技术协调委员会提出长寿命低维护公路路面课题, 强调降低全寿命成本, 最主要的技术手段是使用高性能混凝土。欧洲混凝土配合比一般为: 最大水灰比0.4～0.5, 最小用灰量300～375 kg/m3, 含气量为混凝土体积的3%～7%。粉煤灰和高炉矿渣等工业废渣在混凝土路面中得到普遍应用。改善措施可从以下方面入手。
　　3．1 　原材料
　　(1) 水泥的选用。宜选用强度高、脆性小、干缩小、抗磨性和抗冻性较好的普通硅酸盐水泥和硅酸盐道路水泥, 不宜用硅酸盐水泥(脆性大)。降低水泥矿物中铝酸三钙的含量, 提高铁铝酸四钙和硅酸二钙的含量。铁铝酸四钙有利于提高混凝土路面的抗磨性。铝酸三钙含量宜小于5%、铁铝酸四钙宜大于18%。为了防止碱—骨料反应的发生, 总碱当量应小于0.6%。
(2) 砂的选用: 当砂中石英含量大于三分之一时, 路面的耐磨性明显增强。
3．2 　骨料
(1) 16.0～31.5mm碎石远远优于31.5～63.0mm碎石, 最大粒径在20～30mm的混凝土抗折强度最高, 这与抗压强度不同。粗骨料的形状、规格、最大粒径、级配等对混凝土的抗折强度均有不同程度的影响, 主次排序为: 水灰比、石子规格、砂子规格、砂率、坍落度。
(2) 粗骨料级配的好坏不仅直接影响混凝土的密度, 而且影响混凝土的收缩率, 尤其是摊铺早期。
粗骨料的体积填充率应不小于70% , 最大粒径一般控制在31.5mm, 砂率一般控制在34%～37%。
(3) 粗集料级配对道路混凝土抗折强度影响很大, 合理级配可大大提高抗折强度。影响次序为: 合理的混合级配碎石混凝土、连续粒级混凝土、单粒级混凝土。配制道路混凝土时, 应杜绝某一单粒级碎石。
3.3 　矿物掺合料
(1) 高抗折、低脆性和耐磨是道路水泥混凝土的主要技术指标。粉煤灰有利于降低道路混凝土的脆性系数, 改善混凝土的脆性。加入适量减水剂能提高混凝土抗压、抗折强度, 对后期脆性的改善尤其明显, 水灰比是影响早期抗压强度的主要因素。
(2) 高英力等将比表面积为605m2/kg的超细粉煤灰以适当的掺量等量取代水泥, 成功配制出质量优良、性能稳定的道路高性能混凝土。通过抗压、抗折、劈拉强度测试表明: 掺超细粉煤灰配制的道路混凝土力学性能优良, 抗裂性能大大提高。
3.4 　纤维
(1) 李宝权认为: 钢纤维混凝土的强度和比重增大, 具有较高的抗拉、抗压、抗弯极限强度, 良好的抗冲击性能, 优越的抗剪性能, 良好的阻止和抑制因温度应力引起裂缝产生和扩展的能力, 良好的抗冻性和耐磨性。变形性能明显改善, 抗裂和抗疲劳性能明显提高。
(2) 提高混凝土的抗弯强度和抗裂性的方法较多, 但是比较常用的是纤维混凝土。它是以水泥混凝土为基体, 掺入纤维而成的复合材料。由于掺入非连续的短纤维随机地分布于混凝土中, 从而起到配筋和约束裂缝发展的作用, 达到增强的目的。
(3) 与普通混凝土相比, 掺0.9kg/m3 聚丙烯纤维混凝土不但具有较高的抗压强度, 而且能较大幅度地提高弯曲韧性, 降低混凝土脆性, 提高混凝土的耐磨性及抗渗性, 从而提高耐久性。温度系数略小于普通混凝土, 弹性模量相近, 而极限拉伸值大幅度增长, 表现出良好的抵抗变形能力。
3.5 　有机高分子聚合物
在混凝土中加入少量有机高分子聚合物, 成为对混凝土性能改善的一个新方向。孙增智等掺入聚丙烯酰胺, 使混凝土抗压强度有所降低, 但抗折强度比基准混凝土有很大增强, 脆性系数大幅度降低, 抗弯曲疲劳性能和抗冲击能力大幅度增长。
3.6 　多元素复合使用
(1) 孙道胜认为: 针对路面混凝土的使用性能要求, 应采用适宜的高效减水剂降低水胶比, 同时掺加适量的活性掺合料和聚丙烯纤维与减水剂协同作用, 可在保证流动性的同时提高粘聚性, 全面提高混凝土的使用性能, 尤其是综合耐久性。
(2) 矿物掺合料与纤维复掺时, 能同时发挥粉煤灰的三大效应、硅粉对界面过渡区的改善作用及纤维对混凝土裂缝发生和发展的抑制作用。此外, 李晓民在试验中发现, 掺30%以上粉煤灰或10%硅粉都能有效改善水泥浆体对耐碱玻璃纤维的腐蚀, 具有耐磨性好、收缩小等优点。
3.7 　混凝土的养护
养护对混凝土裂缝的预防甚为重要。例如混凝土路面龟裂, 也称为塑性收缩裂缝, 是指混凝土浇筑后仍处于塑性状态时, 由于表面水分蒸发过快而产生的裂缝。预防这样的裂缝, 需要浇筑后进行及时养护,并在初凝前进行二次抹面。
3.8 　其它
引起混凝土的起灰和跑砂现象主要是因为混凝土的强度等级过低、水灰比过大、用水量过大及使用细砂等。改善这种现象可采取以下措施: 严格控制水灰比, 使其不大于0.5；控制用水量在150～170kg/m3；由于细砂具有强度低、需水量大、干缩大、保水性差的特点, 在使用细砂问题上应慎重考虑。刘数华　张忠伟