水泥混凝土路面的主要病害分析
2015-06-03
1概述
公路具有機(jī)動、靈活、直達(dá)、迅速、適應(yīng)性強(qiáng)、服務(wù)面廣的特點，在社會主義現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著巨大的作用。在所有路面類型中，水泥混凝土路面具有承載能力大，設(shè)計壽命長和使用效果好，且具有強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用小等優(yōu)點。
但由于水泥混凝土自身的低韌性，隨溫度、濕度變化的變形大以及需設(shè)置接縫等缺點，特別是由于受到地區(qū)的地質(zhì)、氣候等自然環(huán)境多變的影響，加上混凝土路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不高和建設(shè)者們對路基、路面修筑技術(shù)的認(rèn)識不足，工程質(zhì)量監(jiān)管機(jī)制不完善，養(yǎng)護(hù)管理不到位等原因，不少路段出現(xiàn)開裂、唧泥、錯臺、拱起等病害。現(xiàn)就水泥混凝土路面病害的產(chǎn)生原因、影響因素進(jìn)行一些探討。
2水泥混凝土路面病害機(jī)理分析
2.1裂縫
水泥混凝土路面裂縫主要表現(xiàn)為表層裂縫和貫通板厚裂縫，其各自產(chǎn)生的原因如下：
2.1.1表層裂縫：在水泥混凝土路面上，表層裂縫的主要表現(xiàn)形式為龜裂。即混凝土路面表面上呈現(xiàn)碎小的六角形花紋狀裂縫，裂縫很淺。其產(chǎn)生的原因既有設(shè)計上的原因，也有施工方面的原因。設(shè)計方面的原因主要是指混凝土配合比設(shè)計不當(dāng)。如水泥用量過大或砂率過大；外加劑使用不當(dāng)或者摻量過大，混凝土在重力作用下產(chǎn)生離析而導(dǎo)致這類裂縫產(chǎn)生。施工方面的原因主要是混凝土澆注后沒有及時覆蓋所造成的?；炷翝沧⒑螅绕涫窃谘谉岬奶鞖饣虼箫L(fēng)天氣里，如果不及時覆蓋，混凝土表面的游離水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生急劇的體積收縮，而此時混凝土早期強(qiáng)度很低，其值不能抵抗這種收縮應(yīng)力而導(dǎo)致開裂。
2.1.2貫穿裂縫：貫穿裂縫是指水泥混凝土路面板產(chǎn)生縱向、橫向貫穿板厚的裂縫，也即斷板現(xiàn)象。
縱向貫穿裂縫成因：縱向貫穿裂縫是指水泥混凝土路面發(fā)生平行于道路縱軸線方向的貫穿板厚的裂縫。其產(chǎn)生的原因是在路面施工后，由于地基沉降不均勻而導(dǎo)致出現(xiàn)不均勻裂縫，產(chǎn)生斷板現(xiàn)象。如基層碾壓不實，未達(dá)到密實標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)生斷板現(xiàn)象。基層材料攪拌不均，導(dǎo)致基層不均勻沉降，也即由于路基發(fā)生局部的不均勻沉陷，如溝槽下沉、路基拓寬部分沉陷、路基未充分壓實等原因?qū)е侣访姘迕摽?，產(chǎn)生裂縫。
橫向貫穿裂縫成因：橫向貫穿裂縫是指水泥混凝土路面發(fā)生垂直于道路縱軸線方向的貫穿板厚的裂縫。其產(chǎn)生的原因一是由混凝土本身的性質(zhì)――混凝土抗拉強(qiáng)度太低造成的，二是由于施工不當(dāng)――切縫不符合要求所造成?；炷量估瓘?qiáng)度很低，一般只有混凝土抗壓強(qiáng)度的1／17～1／18?；炷恋目沽研跃褪侵富炷恋挚垢煽s變形和溫度變形的能力，這些變形所引起的拉應(yīng)力，如超過了混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時，就發(fā)生裂縫。
由于溫度和濕度的變化，混凝土?xí)a(chǎn)生體積膨脹和收縮現(xiàn)象，這種變形如受到限制，將會使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，就有可能產(chǎn)生裂縫。因而水泥混凝土路面上每隔一段距離要設(shè)置脹縫或縮縫，而切縫質(zhì)量的好壞直接影響著水泥混凝土路面的質(zhì)量。如切縫時間掌握不當(dāng)，切割不及時；切縫深度不符合要求，切縫過淺；切縫未切到頭等因素均可引起混凝土路面發(fā)生橫向貫穿裂縫。
2.2唧泥
水泥混凝土路面在凝結(jié)硬化過程中具有較大的干縮變形和溫縮變形，從而要求混凝土路面設(shè)置間距很密的縮縫，這些按縫無疑是水泥混凝土路面最薄弱、最易損壞的部位，目前我國生產(chǎn)的填縫料使用期都較短，大都有不同程度地出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，特別是南方多雨地區(qū)，雨水通過接縫、裂縫和板邊縫隙滲入到板底，從而形成了產(chǎn)生卿泥的潛在因素。一般卿泥由以下過程形成。
超重車輛的破壞作用，路段上質(zhì)量載重車輛較多，其主要集中與右側(cè)行駛，現(xiàn)交通量大，其以載重車輛為主，對混凝土板破壞大。
路面設(shè)計不合理，非機(jī)動車道基層面高出混凝土路面機(jī)動車道基層面，且路面基層為不透水結(jié)構(gòu)層，使得混凝土路面行車道板出現(xiàn)“擋壩蓄水”，致使混凝土路面板底內(nèi)部排水不暢，非機(jī)動車道基層就如一擋水堤壩“將路面滲水蓄于道槽之中”。由于基層表面長時間處于潮濕狀態(tài)，材料間的膠結(jié)能力由此變?nèi)?，?qiáng)度下降。
板內(nèi)溫度的非線性分布引起板向上或向下翹曲，加速板與基礎(chǔ)之間的分離，再加上車輪荷載的重復(fù)作用，使板底基礎(chǔ)發(fā)生微小的塑性變形，于是水泥混凝土路面板底與基層之間出現(xiàn)微小空隙，即原始脫空區(qū)。
2.3接縫損壞
脹縫處鋼筋翹動作用加劇了脹縫損壞。混凝土路面脹縫處的鋼筋設(shè)置在一塊脹縫板上，要求鋼筋處于平行狀態(tài)，實際上在施工中鋼筋不可以完全處于平行位置，而支撐鋼筋的只有一個活動支點脹縫板，經(jīng)各種振搗器的振動，就會使鋼筋翹起，與路面形成一個角度，翹起一端鋼筋下部將產(chǎn)生微裂縫，形成隱患存在于砼內(nèi)部，當(dāng)路面受載荷的壓力時，內(nèi)部的微裂就隨之?dāng)U大，使路面產(chǎn)生損壞，因此鋼筋在砼內(nèi)部的翹起，是混凝土由微裂到破壞的根源。
脹縫在使用中隨氣溫而變化，氣溫上升時填縫料會被擠出；當(dāng)氣溫下降填縫料不能恢復(fù)使縫中形成空隙，泥、砂、石屑等雜物侵入，成為再次脹伸時的障礙，且雨水亦能沿此空隙滲入，損壞基層和墊層，造成路面板接縫處的變形和破損，縮縫的變化較小，但經(jīng)過若干次收縮，能把假縫折斷成真縫，填縫料自身的老化，也會造成象脹縫一樣的后患。
施工初期養(yǎng)護(hù)不規(guī)范，切縫、清縫不及時或沒有達(dá)到規(guī)定的深度，也是造成接縫破損的原因之一。
2.4變形損壞
2.4.1錯臺
按縫處相鄰兩塊板垂直高差在8mm以上出現(xiàn)的豎向相對位移。按縫處僅有部分傳荷能力時，輪載作用下相鄰板端出現(xiàn)撓度差；沿接縫滲入面空隙內(nèi)的水分沖蝕基層和路肩；車輪駛經(jīng)時，帶有被沖蝕材料的有壓水把這些材料沖積在駛近板板底脫空區(qū)域內(nèi)，使之升高，而駛離板后由于板下基層材料被沖蝕而下沉。因此，錯臺現(xiàn)象取決于接縫的傳荷能力、基層材料的耐沖蝕性和水分三方面因素。錯臺的出現(xiàn)，降低了行車的平穩(wěn)性和舒適性。
2.4.2拱起
拱起是縱向相鄰兩塊板或多塊板相對其鄰近面板向上突起在3cm以上的現(xiàn)象。其成因在春季和炎熱夏季時，混凝土面層板在熱膨脹受到約束時，某一接縫兩側(cè)的數(shù)塊板突然出現(xiàn)的向上拱起的屈曲失穩(wěn)。板收縮時接縫縫隙張開，填封料失效，堅硬的碎屑落入縫內(nèi)，致使板在收熱膨脹時產(chǎn)生較大的熱壓應(yīng)力，板發(fā)生縱向失穩(wěn)而出現(xiàn)拱起。輕度拱起使路面平整度變差，而嚴(yán)重拱起則會導(dǎo)致前后板塊斷裂。
2.5總結(jié)
綜上所述，引起水泥混凝土病害的內(nèi)在原因主要是設(shè)計因素，外部原因主要是水的滲入和車輛的超載。所以混凝土設(shè)計配合比要科學(xué)、合理，拌制混凝土混合物時要嚴(yán)格按照設(shè)計配合比進(jìn)行。在路面施工中和使用中，采取有效措施使降落在路表的水盡量排到路面結(jié)構(gòu)以外。此外，交通管理部門要嚴(yán)格控制超載車輛的運(yùn)行，保證路面所受荷載在設(shè)計荷載范圍之內(nèi)。
