混凝土路面开裂机理分析及控制措施研究.pdf

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1、技术交流TECHNICALEXCHANGE混凝土路面开裂机理分析及控制措施研究李宁(东营市纵横公路设计咨询有限公司，山东东营257100)摘要：随着混凝土路面的广泛应用，道路的裂缝病害问题日益凸显。本文对混凝土路面开裂原因及防治机理进行了详细的分析，并提出了防止开裂和治理裂缝的几点措施，以期为今后类似工程的设计与施工提供参考和借鉴。关键词：水泥混凝土；路面；开裂机理；防治措施中图分类号：u418．6文献标志码：A文章编号：1674—3024(2012)06—079—02随着我国社会经济和交通事业

2、的迅速发展，水泥混凝土路面作为一种高级路面结构形式，以其强度高、稳定性和耐久性好、耐高温、耐磨耗以及养护费用少等优点而得到了广泛的应用⋯。然而随着混凝土路面的广泛应用，道路的病害问题也日益增多起来，尤其是道路裂缝病害情况时有发生，相当多的路面在使用2—5年甚至更短时间后就出现了不同程度的缺陷或开裂，有的甚至完全破坏口1。由于水泥混凝土路面的维修非常不便，路面的开裂破坏常常会带来巨大的维修压力和经济负担。因此如何提高水泥混凝土路面的抗裂性能，认清水泥混凝士路面的开裂机理和破坏过程，是当今工程界迫切

3、需要解决的问题。1混凝土路面开裂的主要形式及其危害1．1混凝土路面开裂的主要形式(1)收缩开裂，包括冷缩和干缩；(2)动荷载作用下的疲劳破坏而开裂。疲劳破坏除车辆荷载作用外，也与板体内收缩拉应力有关，因此防止开裂，关键在于降低混凝土内部拉应力。1．2裂缝形成后对道路的危害道路出现裂缝后，在雨雪水作用下，将会对道路造成严重破坏，路面发生条块形碎裂，对行车的影响非常大，也极大地缩短了道路的服务寿命。路面形成裂缝后，道路裂缝破坏的发展将经历以下三个阶段。第一阶段，表现为裂缝部位鼓胀，材料密度降低，将面

4、层材料拱起；第二阶段，由于行车碾压推挤摩擦作用，将水泥和微粒材料同雨雪水在行车的压力作用下混杂并松散开来，如遇连续阴雨天气水泥碎石层以上灌入的雨雪水使路面出现严重推挤，将水泥碎石粒料磨成浆状物挤出，形成“唧浆病2012年第6期害”。第三阶段，在长期出现唧浆后，路面就会出现坑凹，甚至出现搓板路，随时间的推移，将导致龟裂病害的发生。2混凝土路面裂缝形成原因分析水泥混凝土路面的结构和受力特点，决定了其破坏过程的行为特征。只有深入研究路面板在破坏过程中的行为特征，才能揭示其开裂破坏的机理。路面的破坏，事

5、实上是在荷载的反复作用下，损伤逐渐累计、内部结构不断变化的过程。根据损伤力学的原理，车辆荷载的反复作用，使得水泥混凝土路面的损伤度不断增加，稳定开裂韧度会不断降低。与此同时，由于路面早期裂缝的形成和受力的特点，水泥混凝土路面在荷载作用下，板底早期裂缝尖端附近区域内的损伤最为严重，所以该区域的韧度下降得最快。在荷载的反复作用下，路面中性轴不断上移，路面板的开裂韧度下降的速度会更快，达到断裂临界状态的作用次数会更少。新的裂缝附近的混凝土又以较高的抗裂韧度阻止已有裂缝的继续扩展，于是就开始了新一轮的损

6、伤积累。随着荷载作用次数的增加，上述过程周而复始地发生，路面裂缝逐步扩展，损伤也逐渐积累。随着裂缝深度的逐渐增加，路面板随即发生断裂破坏。3水泥混凝土路面的抗裂措施3．1减少水泥混凝土路面的缺陷减少水泥混凝土路面的缺陷就是要减少混凝土中的杂质、气孔、微孔隙和微裂缝，降低路面板的初始损伤度。因此在混凝土路面施工中应控制好混凝土骨料的级配，使骨料的级配更加密实，尽量减少水泥用量和用水建筑建材装饰79技术交流TECHNICALEXCH^NGE量，适当降低水灰比，增加砂石用量，并提高搅拌和振捣质量，以减

7、少塑性收缩、自收缩和温度收缩。目前，应用膨胀补偿收缩技术来降低混凝土收缩量已经非常普遍，其作用原理形象地说就是用“膨胀”来“补偿或抵消”混凝土的“收缩”。这主要靠通过使用膨胀水泥和掺加膨胀剂来实现。施工中选用的常用膨胀剂有硫铝酸钙类、氧化钙膨胀剂和金属类膨胀剂，其常见品种、掺量见表1。在水泥混凝土路面覆盖湿砂子或湿草袋等，或者喷洒养护剂进行表面保湿可减少混凝土的干缩裂缝。通过减少混凝土的内外温差来减少温度收缩裂缝，尽量避免在不利的温度环境下施工，当日平均气温在30℃～35℃时，要避开正午时间施工

8、加强水泥混凝土凝结期间的养护，减少混凝土中微裂缝的形成。表1常用膨胀剂的类别、品种及掺量表3．2提高水泥混凝土路面的韧度降低初始损伤度，增加有效的受力面积，是提高混凝土韧度的有效措施。除此之外，还可以利用钢筋、纤维等材料，改变混凝土的受力反应模式。钢筋在混凝土中的作用，就是当混凝土开裂后，穿越开裂面的钢筋承受了本来由裂缝处混凝土承受的应力，组织裂缝张开和扩展，从而提高了混凝土的韧度。纤维的主要作用，就是抑制混凝土中裂缝的延伸和扩展。在混凝土未开裂前，纤维与混凝土共同处于弹性状态，对材料的变形性能