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1、水泥混凝土路面破坏的研究及处理措施1 引言 水泥混凝土路面通常称为混凝土路面,属于刚性路面。其断面一般由混凝土面板、基层或垫层组成,路面板具有较高的承载力和扩散荷载的能力。水泥混凝土是以水泥为胶结材料,以普通砂石为集料并以一定的比例加水搅拌成型的复合材料,其主要的技术性质包括新拌混合料的工作性、硬化混凝土的强度、变形及耐久性[1]。 对于水泥混凝土路面,因为其在长期的交通荷载及温度的反复作用,和施工工艺的控制及路面本身设计等因素影响下,道路在开放交通后三年左右,路面病害将会相继出现。作者选取的几处调查路段均为特殊路段,因为长期受重型车辆的荷载等作用,路
2、面破损较为严重,具有一定的代表性。2 路面破坏类型及原因[2]～[5] (1)接缝破碎。水泥混凝土路面板接缝两侧倾斜的剪切挤碎即接缝碎裂。接缝碎裂主要表现于横向接缝(主要是胀缝)两侧数十厘米宽度内。这是由于胀缝的宽度随温度而变化,温度升高时填缝料被挤出;而气温下降时因缝料的性能较差又不能恢复,缝中形成空隙,泥沙、石屑等杂物容易侵入,成为板块伸张时的障碍,阻碍了板的伸长,使混凝土在膨胀时受到较高的挤压应力,当其超过混凝土的抗剪强度时,板即发生剪切挤碎,呈接缝碎裂。再经长期的车辆荷载作用和填缝料老化、脆裂造成接缝料脱落。 (2)唧泥。当汽车行经水泥混凝土路
3、面接缝时,由缝内喷溅出泥浆的现象称为唧泥。在车辆的重复频繁作用下,面板底下的细粒基层或基础材料由于塑性变形累积而同面层板脱空,地面水沿接缝或裂缝渗入板下积聚在脱空的空隙内;在轮载作用下,板向下移动抽吸相邻板间的水及细小颗粒混合喷溅出来,使面板边缘失去支承,在板边、板角以及横缝处产生大量的空隙,导致面板开裂。因而往往在距离接缝1.5～1.8m以内产生横向裂缝。 (3)错台。路面横向接缝两侧路面板出现的竖向相对位移,是由板下细粒基层或基础材料的唧泥引起的。当胀缝下部嵌缝板与上部缝隙未能对齐,或胀缝两侧混凝土壁面不垂直,使缝旁两板在伸胀挤压过程中,抽吸的材料在
4、接缝或裂缝附近的前方板下堆积起来时就会产生错台。空隙主要产生于后方板的下面。当地面水通过接缝渗入基础使其软化,或者接缝传荷能力不足,或传力效果降低时,也会导致错台的产生。同样由于交通量或基础承载力在横向各幅板上分布不均匀,导致其沉陷不一致时,纵缝也会产生错台现象。 (4)表面裂缝。混凝土面板的表面裂缝主要是由混凝土早期过快失水干缩和碳化收缩引起的。①在路面水泥混凝土施工中,发生的颗粒不均匀分层离析,大多是粗骨料从混合料中分出,水分向上迁移,形成表面泌水,使水泥混凝土路面表面含水量增加,由水的蒸发而导致形成凹面。由于表面凹面较凸面所受压力大,固体颗粒间产生
5、毛细管张力,促使颗粒凝聚。当混凝土表面尚未充分硬化,不能抵抗这一张力,则混凝土表面发生裂缝。②混凝土的收缩也会引起混凝土表面龟裂。混凝土的收缩分为塑性收缩、化学收缩、物理收缩和碳化收缩四种形式。混凝土的收缩使混凝土产生内应力,并在其内部产生微裂缝,破坏混凝土的结构,降低混凝土的耐久性。③严重的表面裂缝,会使混凝土路面较快出现裸露砂石现象,如不及时处理,将会降低水泥混凝土路面的表面抗滑能力与行车舒适性。 (5)横向裂缝。垂直于行车方向的有规则的贯穿混凝土板全厚度的裂缝即横向裂缝。造成横向裂缝的原因很多,大致分为:干缩裂缝、冷缩裂缝和切缝不及时引起的裂缝等。
6、①水泥混凝土的自由收缩不会导致裂缝产生。而处于限制状态下的混凝土结构,由于其本身的抗拉弹性应变以及徐变应变两者与混凝土硬化干燥过程中的自由收缩不相适应时,混凝土就会发生裂缝。有资料表明,水泥混凝土20年收缩量的14%～34%发生在14天龄期内,40%～80%发生在3个月龄期内,所以干缩裂缝引发的路面横向裂缝往往是在混凝土水化硬化早期。②水泥混凝土同样具有热胀冷缩性能。冷缩属于拉缩变形,容易引起开裂。当外部混凝土所受拉应力一旦超过混凝土当时的极限强度时,板块就会产生横向裂缝,这种裂缝大多贯穿整个路面。③混凝土抗拉强度一般仅为抗压强度的1/8～1/7,约4.3
7、～5.0MPa。有资料表明,温度下降30°时应力将超过抗拉强度,必然产生横向裂缝。所以,切缝不及时将会导致水泥混凝土路面横向裂缝的产生。 (6)纵向裂缝。平行于道路行车方向产生的贯穿混凝土板全厚度的裂缝即纵向裂缝。其产生的主要原因是由于地基的不均匀沉降或路基未达设计强度或基层稳定性不够造成的。填料的质量、湿度、膨胀性、冻胀、压实度等性能未达到要求,可能导致路基支承不均匀,产生垂直沉降及侧向滑移。最终导致因路基沉陷受板块自重和行车压力作用而产生纵向裂缝。 (7)交叉裂缝。水泥混凝土路面板上出现两条或两条以上相互交错的裂缝即为交叉裂缝。在调查路段中尤其严重
8、。交叉裂缝产生的主要原因是:①在长期车辆荷载以及温度变化的作用下,
