水泥混凝土路面脹縫處面板開裂研究.pdf

1、水泥混凝土路面，俗稱“白色路面”，是一種高級路面，具有很高的強(qiáng)度、耐久性、耐磨性以及良好的粗糙表面，因此它具有較高的抗壓、抗彎拉、抗磨耗的力學(xué)強(qiáng)度。隨著我國水泥工業(yè)的發(fā)展以及瀝青資源的缺乏，在城市道路和公路中，用水泥混凝土作為路面結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢，越來越明顯了，在整個路面中占的比重越來越大。自20世紀(jì)90年代以來，我國水泥混凝土路面以前所未有的速度快速發(fā)展。目前中國已成為當(dāng)今世界上擁有水泥混凝土路面里程最多的國家之一。 水泥混凝土

2、路面由于氣候、溫度和濕度的變化，會使板體產(chǎn)生膨脹和收縮，因而需要在路面板上每隔適當(dāng)?shù)木嚯x，沿縱向和橫向設(shè)置必要的接縫。接縫分脹縫和縮縫，脹縫可使混凝土板有膨脹的余地，從而避免產(chǎn)生過大的熱壓應(yīng)力。由于外界溫度的變化和車輛荷載的破壞作用，混凝土路面在通車不久就會出現(xiàn)嚴(yán)重的病害，在可能出現(xiàn)的破壞中，脹縫的破壞占有重要的地位，脹縫的破壞導(dǎo)致脹縫處面板產(chǎn)生了嚴(yán)重的開裂，不僅嚴(yán)重影響了公路的通行能力和行車的舒適性與安全性，而且還會產(chǎn)生不良的社會影響

3、。 對典型普通水泥混凝土路面板的路況病害調(diào)查表明，脹縫處面板容易產(chǎn)生斷裂、擠碎、唧泥、拱起、錯臺等破壞現(xiàn)象，損壞率達(dá)到80‰軸載的作用對混凝土脹縫處面板產(chǎn)生破壞的影響是文章研究的主要對象之一。與此同時，路面結(jié)構(gòu)也直接承受自然因素的影響，混凝土面板隨著外界環(huán)境溫度的變化也相應(yīng)地產(chǎn)生周期性變化，產(chǎn)生伸縮變形和翹曲變形。因而，溫度變化對水泥路面板的影響是較大的。對面板的脹縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力作定量的分析和計算，也是重點(diǎn)研究的對象之一。

4、 除了荷載與溫度外，脹縫處水泥混凝土面板的破壞還有很多因素：雨水能滲入基層，使基層強(qiáng)度降低，在路面板下形成脫空區(qū)，車輛通過時對混凝土板產(chǎn)生沖擊破壞；設(shè)計中的水泥材料性能、集料的配比和外加劑的技術(shù)性能對混凝土面板的早期破壞也有影響：脹縫結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計、填縫料和脹縫板材料的選用、傳力桿尺寸的選用都會影響到脹縫的使用性能，從而影響到脹縫處混凝土面板的使用性能。 通過對典型水泥混凝土路面脹縫處進(jìn)行路表彎沉值和取芯測試，并對脫空機(jī)理進(jìn)

5、行分析和計算，采用解析方法得到不同脫空面積下脫空截面處的彎拉應(yīng)力數(shù)據(jù)，得到脫空板截面的最大彎拉應(yīng)力是隨著脫空區(qū)的增大而增加的結(jié)論：當(dāng)脫空區(qū)(呈矩形)越來越大時，脫空板體產(chǎn)生的彎矩應(yīng)力則越來越大，在荷載疲勞累積損傷作用下很快就達(dá)到極限疲勞壽命，從而說明了在車輛的重載和頻繁經(jīng)過下，遭到破壞的脹縫處周圍脫空的混凝土板極容易發(fā)生破裂和損壞。 基層的材料、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和排水能力對面層的使用會造成一定程度的影響。通過計算分析表明：隨著基層強(qiáng)

6、度(當(dāng)量回彈模量)的增大，板內(nèi)應(yīng)力逐漸減少；隨著板厚的增加，面板應(yīng)力也逐漸減少。所以基層的設(shè)計要保證有一定的厚度、平整度和良好的排水措施，并采用抗凍脹、耐沖刷、強(qiáng)度高的半剛性材料來達(dá)到保障路面使用壽命的目的。 在對前人水泥混凝土路面開裂研究成果的基礎(chǔ)上，通過廣泛收集水泥混凝土公路的資料，深入研究混凝土路面力學(xué)設(shè)計的理論知識，學(xué)習(xí)水泥混凝土材料的設(shè)計方法，運(yùn)用有限元方法來計算水泥混凝土路面的脹縫處面板在交通荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力與溫

7、度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。路面的力學(xué)性能分析是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本依據(jù)，將力學(xué)分析應(yīng)用到水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)性能與設(shè)計方法中，并開展系統(tǒng)的研究，可以對路面結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的優(yōu)化。 隨著文章對有限元分析法研究工作的逐步深入，針對有限大混凝土路面矩形板塊計算脹縫處面板的應(yīng)力及位移，已初步得到了解決。文章計算結(jié)果表明：運(yùn)用有限元法來對交通荷載作用下脹縫處面板的應(yīng)力進(jìn)行分析是行之有效的，可以得到其應(yīng)力變化規(guī)律和特征；另外，用有限元法計算混凝土路面在