水泥混凝土路面的缺陷机理和类别

总425期2017年第11期（4月 中）水泥混凝土路面的缺陷机理和类别刘春来（石家庄市公路桥梁建设集团，河北 石家庄 050000）摘要：为应对水泥混凝土路面一旦出现缺陷就难以修理的问题，在分析混凝土出现缺陷的机理的基础上，研究了水泥混凝土路面各种缺陷的成因、危害和预防措施，以期为延长混凝土路面的使用年限提供参考。关键词：混凝土；路面；缺陷中图分类号：U416.2 文献标识码：A0 引言随着水泥混凝土路面施工工艺的改进以及沥青价格的增长，近年来，很多管理部门主张用水泥混凝土路面取代那些国省干线公路上的沥青路面。我国目前这两种路面的价格几乎相等。另外，运营荷载的提高和沥青质量的难以保证也都支持水泥混凝土路面占主导地位。当然，由于车辆对路面不平整度的敏感以及噪声等原因，目前高速公路路面仍以沥青混凝土为主。众所周知，混凝土路面一旦出现缺陷就难以修复。因此，分析研究其缺陷成因、类型，深刻理解它们的危害性及防治对策是保证运营安全的重要课题，能使水泥混凝土路面更耐久、更长寿。[1]何尺寸而变。2 混凝土的非均质性混凝土是多种相位材料的组合体，是一种典型的非均质材料。而且，路面不同部位的混凝土，工作条件有很大差异，如板中心、板端、板边缘、板角隅、车道部位等。它们的受力状态大相径庭。混凝土板在车辆荷载反复作用下会使基层形成残余变形的积累。如果板的边沿地带下沉，靠中间部位的混凝土板会出现负弯矩，就会造成板体破坏。板的边缘、角隅、伸缩缝附近最容易出现这种现象。温度应力、湿度应力与车辆荷载应力叠加会使板体裂缝出现和发展。这些裂缝会在不同时间、不同部位发生，方向和形状杂乱无章，可能是毛细裂缝，也可能是表面裂缝或贯通裂缝。表面裂缝经常会在长度和深度上增长，向不同方向延伸。美国道路工作者研究认为，水泥混凝土板的不均匀性是路面破坏的主要原因之一。按德州大学统计数据，角隅混凝土强度为1.34MPa，而板中心的强度则为1.7MPa。这就是说，不同部位的混凝土，其力学性能存在着极大偏差，表1所列的偏差系数充分说明了混凝土路面强度的不均匀性[3]。表1 混凝土力学性能的偏差系数参数名称抗弯强度 抗压强度 抗拉强度 弹性模量 泊松比坍落度 密度 含气量 裂缝开展 裂缝间距 运营可靠 层厚 最小值0.0440.0350.1900.060-0.2150.0110.1390.1450.2500.0570.006 平均值0.0640.1580.2000.1670.2500.3150.0170.1830.5010.5130.0810.023 最大值0.0180.450 0.2900.281-0.5320.0470.2502.0000.7700.1060.0471 混凝土出现缺陷的机理整体现浇混凝土经常会出现各类缺陷，这是它的自然禀赋，很多缺陷都和它的收缩有关。水泥的硬结需要经过一个水化过程。但在混凝土制备过程中，混合料中实际加入的搅拌水远大于水化作用所需要的水。当这些水从混合料中溢出便会留下很多空隙、气泡和毛细孔，通过冻胀、碳化、碱骨料反应以及携带腐蚀介质等各种途径来伤害混凝土。因此，在工程实践中会借助减少用水量和添加外加剂来获得密实度。另外，如搅拌不匀、振捣不实等施工工艺上的问题都会影响混凝土路面板的整体均匀性[2]。水泥混凝土路面在汽车荷载反复作用和不断变化的温度、湿度联合作用下，是在复杂的应力状态下工作的。当环境温度剧烈变化时，混凝土板体会遵循热胀冷缩的自然规律，极力想改变它原有的形状和尺寸，而周围介质却极力阻止它发生自由位移，于是便在混凝土板内出现了温度应力。无论是昼夜温差还是季节温差，都会引起温度应力和变形。在一日内，混凝土板会随温度变化而翘曲，板块中部白天向上隆起，晚上向下凹曲。当混凝土板不能自由翘曲变形时，同样会出现温度应力，温度应力的大小随温差和混凝土板的自身质量、几收稿日期：2016-12-22作者简介：刘春来（1974—），男，助理工程师，从事道路桥梁相关工作。 22

3 混凝土缺陷的类别[4]3.1 第一类缺陷（1）断板：横向全宽断裂，形成原因：混凝土路面自身或基层强度不足。（2）下沉和隆起：混凝土路面表面轮廓严重变形，附加有纵向、斜向贯通裂缝。形成原因：土路基含水量太大，下卧层有膨胀土，土基深层有冻涨现象。（3）竖向错台：两块板之间竖向相对位移，形成高低台阶。形成原因：路基或路面基层压实不好，冬季土体冻胀，接缝处混凝土板下方材料在冲刷和汽车振动作用下出现松动或掏空。（4）板边破坏：靠近变形缝旁边的混凝土边缘被剪断出现啃边和局部剥离现象。形成原因：涨缝缺失，变形缝内有硬物填塞，相邻板间有活动性错台。（5）变形缝内填料破坏：由于运输车辆的长期碾压，将变形缝内的密封料压碎、带走。形成原因：密封料老化，在低温下劣化变硬，在高温下失去稳定性；变形缝两侧的混凝土板竖向位移或水平位移过大。（6）混凝土路面板块翘曲：板体轮廓稳定性丧失。形成原因：在温度力作用下板体不能自由伸缩，变形受到约束；变形缝维护不好，不能正常工作；年温度变化太大。缺陷（1）和（2）是非常危险的，尤其是当土体含水量很大时。车辆通过这类缺陷时不得不减速或绕行，侵占相邻车道，造成阻塞。当缺陷占到车道宽度的1/4时，就需要进行交通管制。缺陷（3）~（6）在车辆高速行驶时也是非常危险的。3.2 第二类缺陷这类缺陷的特点是路面强度没问题，但混凝土板表面变形和局部破损。（1）路面磨损：在运输车辆碾压下，尤其是在刹车力作用下，路面变薄。这种情况经常发生在下坡、急转弯、平交道口、交通繁忙地段，形成原因是路面混凝土抗磨性能差。（2）混凝土脱皮：混凝土板体出现鱼鳞状剥落，深度有时可达40mm。形成原因：混凝土制作和浇筑时违背施工规范；混凝土硬化期间养护不好；使用了不良的化学外加剂；混凝土路面完成后过早开放了交通；混凝土早期经受了冻融过程或周围腐蚀介质的侵蚀。（3）车辙和坑槽：路面上形成长条形车辙或圆形、长圆形坑槽，平面长度为5~10cm，深度可达10cm。形成原因：路面抵抗车辆切向力作用的能力降低；混凝土制作时集料不干净，与胶结料结合不牢；混凝土内存在着不抗冻集料；路面个别地点混凝土密度较低。（4）麻面：路面局部形成点状凹槽或带状下沉，样交通世界TRANSPOWORLD子像车辙，但尺寸较小。形成原因：混凝土路面振捣不密实；最后收面不仔细；采用了不抗冻的集料。缺陷（1）和（2）降低了路面黏滞系数，存在着交通事故隐患；缺陷（3）和（4）造成行车困难，有时需要交通管制。3.3 第三类缺陷（1）贯通横缝：横向出现贯通裂缝，但未出现错台。形成原因：路面浇筑完成后没有及时切缝或切缝质量不好；路面经受的温度变化太大，伸缩缝间距不合适；运输车辆荷载太大；路面和基层接触不密实。（2）表面裂缝：温度在厚度方向分布不匀，致使板面有翘曲趋势，在车辆荷载作用下出现横向表面裂缝。（3）板边、板侧裂缝：变形缝边沿出现横缝，形成原因：切缝质量不好，传力杆安装不正确。（4）顺路方向出现贯通纵缝：形成原因是纵向变形缝安装质量不好；土路基不均匀下沉。（5）混凝土板角隅斜裂缝：形成原因是板角与基层接触不良；车辆在板角产生的应力超出允许值。（6）收缩微裂缝：混凝土的组分选择不好，钢筋以上保护层太薄。缺陷（1）和（4）存在着潜在危险，它可能导致水渗入混凝土板底以下。当裂缝宽度分别为8mm、15mm、30mm、30mm以上时，如每公里裂缝数量大于40道、30道、20道和10道，应进行处治，小于该值时，普遍认为是允许的。缺陷（2）、（3）、（5）、（6），当每公里少于40道时，是被允许的，否则应进行处理[5]。 参考文献：[1] 交通运输部公路科学研究院. 公路水泥混凝土路面施工技术细则：JTG/T F30—2014[S]. 北京：人民交通出版社，2014.[2] 交通部公路科学研究所. 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程：JTG E30—2005[S]. 北京：中华人民共和国交通部，2005.[3] 张玉富，于天来. 季冻区路基冻胀置换深度的计算方法[J]. 公路工程，2014（2）：111-114.[4] 苏卫国，孙浩. 旧水泥混凝土路面直接加铺薄层沥青罩面方案选择分析[J]. 公路工程，2015，40（2）：169-173.[5] 王龙，范璐璐. 橡胶颗粒水泥混凝土与基质混凝土路用性能对比分析[J]. 哈尔滨工业大学学报，2016，48（3）：77-81.（编辑：唐勍勍）23