水泥混凝土路面表面构造破坏机理及其影响因素分析

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1、水泥混凝土路面表面构造破坏机理及其影响因素分析　　【摘要】水泥混凝土路面表面功能品质的持久性离不开表面功能构造的耐磨性，分析表面功能构造的破坏机理，研究耐久性改善措施，可为延缓水泥混凝土路面表面构造过早破坏导致的表面功能品质的严重下降，提供必要的技术支持。【关键词】水泥混凝土路面；构造破坏；耐磨性；服务年限；冲击作用；应力重分布0引言水泥混凝土路面承受着包括履带车和防滑带钉轮胎在内轮胎磨耗作用，处于表层的功能构造与轮胎胎面直接接触，首当其冲遭到破坏。1路面混凝土表面构造特点及破坏影响因素1.1气温影响水泥混凝土是体积敏感性材料。水泥混凝土路面直接受环境温度变化的影响而发生

2、温度的日变化和年变化，大气变化的影响程度随距离路表的深度而逐渐减弱。温度状况随时间和深度的变化，在混凝土内部产生温度应力梯度，使得表层混凝土功能构造出现相对于核心处混凝土结构的胀缩变形。这些表面构造的相对变形受到下层混凝土板的整体约束作用，混凝土表面会产生膨胀压应力、收缩拉应力和翘曲应力。由于路表构造载体是组成各种纹理的面层混凝土，具有不均匀的结构，故这种内应力的变化会在表面构造薄弱环节处首先产生裂缝，然后随时间发展造成整个表层剥落。1.2自然环境影响1.2.1冻融循环1.2.2环境水的作用1.2.3风化作用1.2.4碳化作用1.3行车作用影响行车对表面构造的破坏作用包括

3、荷载和轮胎两方面的影响。行车荷载是直接作用在路面上的主要外界因素，也是促使路面结构产生损坏的主要肇因。荷载经由轮胎传给路面，轮胎与路面的接触压应力以及轮胎的变形情况对路面表面纹理构造的受力及变形有直接影响。1.4表面工艺影响为保证水泥混凝土路面满足抗滑、排水性能的要求，表面一般都做功能构造，如拉毛、刻槽、拉槽、露石等形式，不同的表面功能构造在轮胎荷载下有不同的受力形式，耐久性程度也不同。施工成型工艺（如真空脱水、静压抹面）关系到表层混凝土的水灰比、密实程度，从而影响其强度。抹面方式及次数影响到表面混凝土的含水量，二次抹面能够减少空隙微裂缝等原生缺陷，使表层混凝土密实，提高

4、功能持久性。1.5养护影响养护工艺对表面构造的影响主要在于养护期间保证强度增长，覆盖洒水养生保证混凝土早期强度形成，以使得路面在通车后能够有足够的强度承受荷载和抵抗轮胎磨耗。如果养护措施不当，对表层混凝土强度的增长有很大的不利影响，表面往往会出现干缩裂纹甚至塑性收缩裂纹。冬季施工的路面如果保温措施不当，可能出现早期冻害，尤其以表层混凝土最严重。2水泥混凝土路面磨损机理2.1粘着磨损2.1.1机理由于路面表面是粗糙构造，在轮胎与路面相互接触时，并非完全接触而是在一些凸出点上首先接触，在法向载荷作用下，接触点的压力很大，接触点的变形将导致凸出的部分被破坏，于是轮胎与路面直接接

5、触，在接触点上的颗粒被粘附到轮胎上。滑动时，粘着点发生剪切和材料的转移，同时，在临近区域新的粘着点又可能形成。所以，粘着磨损的过程可描述为：路面表面产生相对滑动时发生粘着，粘着点被剪切和转移，然后再粘着、再剪切、转移，最后使得摩擦表面破坏并形成磨屑。因此，粘着磨损的大小与粘着点的剪切位置有关。2.1.2影响因素粘着磨损材料损失量与所加法向荷载和摩擦距离长度成正比，荷载越大，摩擦距离越长，损失越多；另外，损失量还与二者实际接触面积有关。对材料而言，脆性材料比塑性材料更能抵抗粘着磨损的影响，因此，水泥混凝土路面的粘着磨损相对较小。2.2磨粒磨损2.2.1机理通过借鉴其他材料磨

6、粒磨损机理的分析方法，可以将水泥混凝土路面表面功能构造的磨粒磨损机理分为以下部分：第一，微观切削磨损。磨粒在材料表面的作用力分为法向力和切向力两个分力。法向力使磨粒压入表面；切向力使磨粒向前滑动，当磨粒形状与运动方向适当时，磨粒如同刀具一样，在表面进行切削而形成切屑。但这种切屑的宽度和深度都很小，因此切削也很小，所以称之为微观切削。第二，重复塑变磨损。塑性变形降低了材料应力重分配的能力，有些截面由于应力集中而逐渐丧失塑性并转变为脆性状态，在冲击力作用下裂断成磨屑。第三，微观断裂磨损。磨损时由于磨粒压入被磨材料表面而具有静水压的应力状态，所以大多数材料都会发生塑性变形。但是

7、有些材料尤其是脆性材料，可能是断裂机理占主要地位。对水泥混凝土这种脆性材料来说，磨粒对其表面挤压会形成明显的表面裂纹，而且断裂韧性越低，裂纹也就越长。2.2.2影响因素1）硬度：磨粒磨损与水泥混凝土表层的硬度有关，但由于水泥浆的存在，一般条件下混凝土表层的硬度难以超过磨粒硬度；从磨粒导致表层混凝土变形的角度分析，降低弹性模量，增大水泥混凝土表面弹塑性变形能让磨粒从摩擦界面通过，则可避免被磨表面被犁削，从而可提高抗磨损能力。2）磨粒尺寸与几何形状：磨料磨损过程中，磨料尺寸对耐磨，存在一个临界尺寸。当磨粒尺寸在临界尺寸以下时，体积