水泥混凝土路面板后期加速斷裂影響因素分析

1、<p>　　水泥混凝土路面板后期加速斷裂影響因素分析</p><p>　　摘要：水泥混凝土路面是路面結(jié)構(gòu)的重要組成部分，但在服役年限內(nèi)大面積斷裂破壞現(xiàn)象非常突出。通過(guò)闡述層間粘接破壞、支承條件改變、水的侵蝕和接縫損壞下的水泥混凝土路面板破壞過(guò)程，揭示了影響水泥混凝土路面板加速斷裂的影響因素。 </p><p>　　關(guān)鍵字：水泥混凝土路面，后期破壞，開(kāi)裂過(guò)程，影響因素 </p

2、><p>　　中圖分類號(hào)：414 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　一、水泥路面板早期破壞過(guò)程 </p><p>　　在攤鋪新拌混凝土的過(guò)程中，混凝土直接澆筑在路面基層上?；鶎颖砻娴陌纪共黄胶涂紫兜拇嬖?，使得水泥砂漿部分滲入基層，形成了彈性模量，泊松比和強(qiáng)度介于面層和基層的過(guò)渡層。過(guò)渡層的頂面和底面分別與面層底面和基層頂面粘接，約束了路面板的收縮變形，從

3、而在過(guò)渡層界面產(chǎn)生剪應(yīng)力，形成水平的裂縫，在面層底部產(chǎn)生拉應(yīng)力，形成與拉應(yīng)力垂直的裂縫[1]。路面板在行車(chē)荷載和溫度應(yīng)力的反復(fù)作用，路面損傷達(dá)到一定程度時(shí)，裂縫將進(jìn)一步擴(kuò)展，直至出現(xiàn)第一條裂縫貫穿整個(gè)路面板。 </p><p>　　二、層間粘接的破壞 </p><p>　　水泥砼面層和基層是實(shí)現(xiàn)路面功能的重要結(jié)構(gòu)組成部分，兩者在行車(chē)荷載作用下協(xié)同工作。對(duì)已出現(xiàn)裂縫的水泥路面板，面層和基層的

4、粘接程度對(duì)板的后期破壞有很大影響。據(jù)研究表明，隨著接觸面的粘聚力增加，即基層和面層粘結(jié)層度增加，行車(chē)荷載作用下的水泥路面板層底拉應(yīng)力逐漸減小，基層底拉應(yīng)力逐漸增加。標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，基層底拉應(yīng)力通常遠(yuǎn)小于基層抗拉強(qiáng)度，即使將軸載增至兩倍標(biāo)準(zhǔn)軸載和三倍標(biāo)準(zhǔn)軸載，基層拉應(yīng)力仍然很小，不會(huì)引起基層開(kāi)裂破壞。 </p><p>　　相比于層間粘接良好的水泥路面，已開(kāi)裂的水泥路面在過(guò)渡區(qū)形成的水平裂縫削弱了面層和基層的粘接，

5、面層底部拉應(yīng)力大，基層受到的拉應(yīng)力小，行車(chē)荷載沖擊力不能有效的傳遞，面層所受拉應(yīng)力大于路面板抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致路面板在荷載反復(fù)作用下斷裂。 </p><p>　　其中，路面板處于最不利的情況是面板與基層之間的接觸表面粗造、不平滑,且兩者之間由于路基沉陷或面板收縮或受到溫度應(yīng)力的影響而導(dǎo)致板與基層之間形成透空狀態(tài)[2]。此時(shí),路面板底的拉應(yīng)力、最大撓度、最大主應(yīng)變都是最大的,設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免這種狀況發(fā)生,施工時(shí)注意保證

6、路基的壓實(shí)質(zhì)量和路面混凝土的養(yǎng)生質(zhì)量。 </p><p>　　三、支承條件的改變 </p><p>　　和其他混凝土結(jié)構(gòu)工程相比，路面工程要承受繁重的交通荷載、沖擊及磨損破壞、重在車(chē)輪的作用、動(dòng)載疲勞損壞，還要承受溫度，濕度和腐蝕等外界因素的破壞作用。為保證道路在服役周期內(nèi)的結(jié)構(gòu)性能和使用性能，水泥混凝土路面設(shè)計(jì)時(shí)，需確保良好的支承條件。 </p><p>　　由于

7、混凝土面層的剛度大，路面結(jié)構(gòu)的承載能力主要由面層提供，對(duì)基層的強(qiáng)度要求不高計(jì)算表明,車(chē)輛荷載在均勻支承的水泥混凝土路面板內(nèi)產(chǎn)生的彎拉應(yīng)力不大。隨著車(chē)輛荷載的反復(fù)作用，路面基層將產(chǎn)生彎沉變形，也會(huì)使路基產(chǎn)生塑性形變，特別是以石灰，水泥等無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土為基層的道路[3]。路面板在荷載駛離后恢復(fù)原狀而路基則殘留了部分塑性變形不能恢復(fù)。荷載每次作用后的微小變形累積量形成了脫空且荷載在路面板不同部位產(chǎn)生的彎沉量不同，板中部彎沉量最小，板角隅

8、處大于板邊緣處。這樣，在板中形成了不同程度沉降的脫空。 </p><p>　　此外，由于溫度，濕度的影響，混凝土板將產(chǎn)生撓曲變形，致使混凝土板不再與路基保持連續(xù)緊密接觸。自然環(huán)境下，裸露的水泥混凝土路面板，需要承受溫度應(yīng)力的作用，路面板早期產(chǎn)生的收縮導(dǎo)致其水平抗剪能力下降。在正溫度低度下，板中心向上凸起，四周凹陷。負(fù)溫度梯度下，板角和板邊緣向上翹曲，板中下凹,加速了路面板與板下基層的分離。 </p>

9、<p>　　施工過(guò)程中，土基壓實(shí)不均勻也將導(dǎo)致水泥路面板在使用后期出現(xiàn)大量脫空。 </p><p>　　脫空出現(xiàn)后，板失去基層的均勻支撐，產(chǎn)生不均勻沉降，其受力狀態(tài)類似于懸臂梁,將產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力、應(yīng)變和豎向變形,極易導(dǎo)致水泥混凝土路面板在荷載作用下極易在這些薄弱部位產(chǎn)生縱橫向的斷裂或角隅的損壞，是加速水泥路面板斷裂破壞的重要原因，將嚴(yán)重影響水泥混凝土路面板的使用性能和疲勞壽命。 </p>

10、<p><b>　　四、水的侵蝕 </b></p><p>　　研究表明,就現(xiàn)行設(shè)計(jì)理論而言,如果路面各層性能正常,層間界面理想接觸,設(shè)計(jì)和施工良好的水泥混凝土路面,一般要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用且達(dá)到其設(shè)計(jì)使用年限后,才會(huì)開(kāi)裂破壞,這是由路面的結(jié)構(gòu)和荷載的特點(diǎn)所決定的。 但水泥路面一旦開(kāi)始出現(xiàn)斷裂、脫空等病害，短時(shí)間內(nèi)便會(huì)出現(xiàn)破壞加劇過(guò)程，出現(xiàn)大面積的開(kāi)裂斷板等病害。 </p>

11、<p>　　因降雨等原因，路基有時(shí)處于浸潤(rùn)狀態(tài)，在車(chē)輪荷載作用下，路面板與基層之間會(huì)產(chǎn)生高壓水流，侵蝕基層表面，沖刷下來(lái)的土顆粒（尤其是細(xì)顆粒）造成泥漿，在車(chē)輪動(dòng)荷載作用產(chǎn)生的巨大壓力沿路面板邊縫及橫縫噴射出，久而久之就會(huì)淘空基層，形成脫空[4]。此外，由于縱縫、橫縫的存在，大氣降水會(huì)沿縫隙下滲，并積聚在脫空區(qū)內(nèi)。在車(chē)載作用下，車(chē)輪駛過(guò)板體回彈時(shí)，形成真空，這種負(fù)壓進(jìn)一步將水泵入已形成的空隙中，開(kāi)始表現(xiàn)為少量的冒水現(xiàn)象。隨

12、著荷載的進(jìn)一步作用，被水浸濕基層的路面板開(kāi)始移動(dòng)，當(dāng)車(chē)載開(kāi)始駛?cè)氚鍍?nèi)時(shí)，脫空區(qū)積滯的水被擠向前方；當(dāng)后車(chē)輪駛離路面板時(shí)，又將水?dāng)D向后方。荷載移動(dòng)引起的水動(dòng)壓力，使聯(lián)接較弱的基層膠結(jié)料受到?jīng)_刷，破壞了基層和面層的粘接，加速了路面板的破壞。 </p><p><b>　　五、接縫處的病害 </b></p><p>　　接縫是水泥混凝土路面不可或缺的組成部分，雖然在整個(gè)水泥

13、混凝土路面中所占比例很小，但在整個(gè)結(jié)構(gòu)中所起的作用缺非常之大。為了保證路面板之間荷載的有效傳遞，許多國(guó)家規(guī)定在水泥滬寧圖路面脹縫和縮縫處設(shè)置傳力桿，縱縫處設(shè)置拉桿，以更好地適應(yīng)日益增長(zhǎng)的交通需求。 </p><p>　　普通水泥混凝土路面的面層在縱向和橫向都設(shè)有接縫，以此減小早期水泥路面內(nèi)部應(yīng)力。這些將路面分成若干塊的接縫不但增加了施工和養(yǎng)護(hù)的復(fù)雜性，影響了行車(chē)的舒適性。隨著溫度和濕度的變化，接縫縫隙相應(yīng)的張開(kāi)璧

14、合，導(dǎo)致了路表水滲入基層而引起唧泥、錯(cuò)臺(tái)、脫空等病害；堅(jiān)硬的物體落入接縫會(huì)阻礙水泥混凝土路面板的自由膨脹導(dǎo)致接縫的碎裂。接縫病害占了路面病害的大多數(shù)，由接縫引起的損害達(dá)到了63%[5]。 </p><p>　　此外，接縫傳荷能力大小直接影響板內(nèi)的應(yīng)力，對(duì)板邊、板角的影響更大，接縫處的病害引起的傳荷能力衰減會(huì)引起路面板結(jié)構(gòu)性能的降低。 </p><p><b>　　六、結(jié)語(yǔ) <

15、;/b></p><p>　　列舉了加速水泥路面板后期破壞的幾種因素，并分別闡述了層間粘接破壞后、支承條件改變后、水的侵蝕和接縫處的病害下，路面板加速斷裂過(guò)程。主要得出如下結(jié)論：1）層間粘接的破壞導(dǎo)致荷載沖擊不能有效傳遞，面層所受拉應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度而發(fā)生斷裂破壞。2）受車(chē)載和溫度等作用引起的脫空改變了水泥混凝土路面板的支承條件，是加速路面板斷裂的重要因素。3）水的沖擊和侵蝕作用進(jìn)一步惡化了層間粘接，加劇了脫

16、空過(guò)程。4）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，減少接縫處的病害對(duì)減緩路面板后期破壞有一定作用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]吳國(guó)雄,易志堅(jiān),姚令侃.水泥混凝土路面早期裂縫的生成機(jī)理及防治對(duì)策研究.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào).2003(6): </p><p>　　[2]楊斌,歐孝奪.高等級(jí)公路水泥混凝土路面斷裂破壞原因分析[J]

17、.廣西大學(xué)學(xué)報(bào).2001;Vol.26,N0.1:59一62 </p><p>　　[3]蔡四維,蔡敏.混凝土的損傷斷裂.北京:人民交通出版社.1999.10. </p><p>　　[4]王軍.報(bào)傷力學(xué)的理論與應(yīng)用.科學(xué)出版社.1997.4 </p><p>　　[5] 水泥混凝土路面破壞過(guò)程分析及抗裂研究[Dl.重慶交通學(xué)院,重慶市公路局，慶北方高速公路有限公司