水泥混凝土路面的缺陷機(jī)理和類(lèi)別

0引言隨著水泥混凝土路面施工工藝的改進(jìn)以及瀝青價(jià)格的增長(zhǎng)，近年來(lái)，很多管理部門(mén)主張用水泥混凝土路面取代那些國(guó)省干線(xiàn)公路上的瀝青路面。我國(guó)目前這兩種路面的價(jià)格幾乎相等。另外，運(yùn)營(yíng)荷載的提高和瀝青質(zhì)量的難以保證也都支持水泥混凝土路面占主導(dǎo)地位。當(dāng)然，由于車(chē)輛對(duì)路面不平整度的敏感以及噪聲等原因，目前高速公路路面仍以瀝青混凝土為主。眾所周知，混凝土路面一旦出現(xiàn)缺陷就難以修復(fù)。因此，分析研究其缺陷成因、類(lèi)型，深刻理解它們的危害性及防治對(duì)策是保證運(yùn)營(yíng)安全的重要課題，能使水泥混凝土路面更耐久、更長(zhǎng)壽。1混凝土出現(xiàn)缺陷的機(jī)理整體現(xiàn)澆混凝土經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)缺陷，這是它的自然稟賦，很多缺陷都和它的收縮有關(guān)。水泥的硬結(jié)需要經(jīng)過(guò)一個(gè)水化過(guò)程。但在混凝土制備過(guò)程中，混合料中實(shí)際加入的攪拌水遠(yuǎn)大于水化作用所需要的水。當(dāng)這些水從混合料中溢出便會(huì)留下很多空隙、氣泡和毛細(xì)孔，通過(guò)凍脹、碳化、堿骨料反應(yīng)以及攜帶腐蝕介質(zhì)等各種途徑來(lái)傷害混凝土。因此，在工程實(shí)踐中會(huì)借助減少用水量和添加外加劑來(lái)獲得密實(shí)度。另外，如攪拌不勻、振搗不實(shí)等施工工藝上的問(wèn)題都會(huì)影響混凝土路面板的整體均勻性。水泥混凝土路面在汽車(chē)荷載反復(fù)作用和不斷變化的溫度、濕度聯(lián)合作用下，是在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作的。當(dāng)環(huán)境溫度劇烈變化時(shí)，混凝土板體會(huì)遵循熱脹冷縮的自然規(guī)律，極力想改變它原有的形狀和尺寸，而周?chē)橘|(zhì)卻極力阻止它發(fā)生自由位移，于是便在混凝土板內(nèi)出現(xiàn)了溫度應(yīng)力。無(wú)論是晝夜溫差還是季節(jié)溫差，都會(huì)引起溫度應(yīng)力和變形。在一日內(nèi)，混凝土板會(huì)隨溫度變化而翹曲，板塊中部白天向上隆起，晚上向下凹曲。當(dāng)混凝土板不能自由翹曲變形時(shí)，同樣會(huì)出現(xiàn)溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力的大小隨溫差和混凝土板的自身質(zhì)量、幾何尺寸而變。2混凝土的非均質(zhì)性混凝土是多種相位材料的組合體，是一種典型的非均質(zhì)材料。而且，路面不同部位的混凝土，工作條件有很大差異，如板中心、板端、板邊緣、板角隅、車(chē)道部位等。它們的受力狀態(tài)大相徑庭?；炷涟逶谲?chē)輛荷載反復(fù)作用下會(huì)使基層形成殘余變形的積累。如果板的邊沿地帶下沉，靠中間部位的混凝土板會(huì)出現(xiàn)負(fù)彎矩，就會(huì)造成板體破壞。板的邊緣、角隅、伸縮縫附近最容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力與車(chē)輛荷載應(yīng)力疊加會(huì)使板體裂縫出現(xiàn)和發(fā)展。這些裂縫會(huì)在不同時(shí)間、不同部位發(fā)生，方向和形狀雜亂無(wú)章，可能是毛細(xì)裂縫，也可能是表面裂縫或貫通裂縫。表面裂縫經(jīng)常會(huì)在長(zhǎng)度和深度上增長(zhǎng)，向不同方向延伸。美國(guó)道路工作者研究認(rèn)為，水泥混凝土板的不均勻性是路面破壞的主要原因之一。按德州大學(xué)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，角隅混凝土強(qiáng)度為1.34MPa，而板中心的強(qiáng)度則為1.7MPa。這就是說(shuō)，不同部位的混凝土，其力學(xué)性能存在著極大偏差，表1所列的偏差系數(shù)充分說(shuō)明了混凝土路面強(qiáng)度的不均勻性。

3混凝土缺陷的類(lèi)別3.1第一類(lèi)缺陷（1）斷板：橫向全寬斷裂，形成原因：混凝土路面自身或基層強(qiáng)度不足。（2）下沉和隆起：混凝土路面表面輪廓嚴(yán)重變形，附加有縱向、斜向貫通裂縫。形成原因：土路基含水量太大，下臥層有膨脹土，土基深層有凍漲現(xiàn)象。（3）豎向錯(cuò)臺(tái)：兩塊板之間豎向相對(duì)位移，形成高低臺(tái)階。形成原因：路基或路面基層壓實(shí)不好，冬季土體凍脹，接縫處混凝土板下方材料在沖刷和汽車(chē)振動(dòng)作用下出現(xiàn)松動(dòng)或掏空。（4）板邊破壞：靠近變形縫旁邊的混凝土邊緣被剪斷出現(xiàn)啃邊和局部剝離現(xiàn)象。形成原因：漲縫缺失，變形縫內(nèi)有硬物填塞，相鄰板間有活動(dòng)性錯(cuò)臺(tái)。（5）變形縫內(nèi)填料破壞：由于運(yùn)輸車(chē)輛的長(zhǎng)期碾壓，將變形縫內(nèi)的密封料壓碎、帶走。形成原因：密封料老化，在低溫下劣化變硬，在高溫下失去穩(wěn)定性；變形縫兩側(cè)的混凝土板豎向位移或水平位移過(guò)大。（6）混凝土路面板塊翹曲：板體輪廓穩(wěn)定性喪失。形成原因：在溫度力作用下板體不能自由伸縮，變形受到約束；變形縫維護(hù)不好，不能正常工作；年溫度變化太大。缺陷（1）和（2）是非常危險(xiǎn)的，尤其是當(dāng)土體含水量很大時(shí)。車(chē)輛通過(guò)這類(lèi)缺陷時(shí)不得不減速或繞行，侵占相鄰車(chē)道，造成阻塞。當(dāng)缺陷占到車(chē)道寬度的1/4時(shí)，就需要進(jìn)行交通管制。缺陷（3）～（6）在車(chē)輛高速行駛時(shí)也是非常危險(xiǎn)的。3.2第二類(lèi)缺陷這類(lèi)缺陷的特點(diǎn)是路面強(qiáng)度沒(méi)問(wèn)題，但混凝土板表面變形和局部破損。（1）路面磨損：在運(yùn)輸車(chē)輛碾壓下，尤其是在剎車(chē)力作用下，路面變薄。這種情況經(jīng)常發(fā)生在下坡、急轉(zhuǎn)彎、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）混凝土脫皮：混凝土板體出現(xiàn)魚(yú)鱗狀剝落，深度有時(shí)可達(dá)40mm。形成原因：混凝土制作和澆筑時(shí)違背施工規(guī)范；混凝土硬化期間養(yǎng)護(hù)不好；使用了不良的化學(xué)外加劑；混凝土路面完成后過(guò)早開(kāi)放了交通；混凝土早期經(jīng)受了凍融過(guò)程或周?chē)g介質(zhì)的侵蝕。（3）車(chē)轍和坑槽：路面上形成長(zhǎng)條形車(chē)轍或圓形、長(zhǎng)圓形坑槽，平面長(zhǎng)度為5～10cm，深度可達(dá)10cm。形成原因：路面抵抗車(chē)輛切向力作用的能力降低；混凝土制作時(shí)集料不干凈，與膠結(jié)料結(jié)合不牢；混凝土內(nèi)存在著不抗凍集料；路面?zhèn)€別地點(diǎn)混凝土密度較低。（4）麻面：路面局部形成點(diǎn)狀凹槽或帶狀下沉，樣子像車(chē)轍，但尺寸較小。形成原因：混凝土路面振搗不密實(shí)；最后收面不仔細(xì)；采用了不抗凍的集料。缺陷（1）和（2）降低了路面黏滯系數(shù)，存在著交通事故隱患；缺陷（3）和（4）造成行車(chē)?yán)щy，有時(shí)需要交通管制。3.3第三類(lèi)缺陷（1）貫通橫縫：橫向出現(xiàn)貫通裂縫，但未出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)。形成原因：路面澆筑完成后沒(méi)有及時(shí)切縫或切縫質(zhì)量不好；路面經(jīng)受的溫度變化太大，伸縮縫間距不合適；運(yùn)輸車(chē)輛荷載太大；路面和基層接觸不密實(shí)。（2）表面裂縫：溫度在厚度方向分布不勻，致使板面有翹曲趨勢(shì)，在車(chē)輛荷載作用下出現(xiàn)橫向表面裂縫。（3）板邊、板側(cè)裂縫：變形縫邊沿出現(xiàn)橫縫，形成原因：切縫質(zhì)量不好，傳力桿安裝不正確。（4）順路方向出現(xiàn)貫通縱縫：形成原因是縱向變形縫安裝質(zhì)量不好；土路基不均勻下沉。（5）混凝土板角隅斜裂縫：形成原因是板角與基層接觸不良；車(chē)輛在板角產(chǎn)生的應(yīng)力超出允許值。（6）收縮微裂縫：混凝土的組分選擇不好，鋼筋以上保護(hù)層太薄。缺陷（1）和（4）存在著潛在危險(xiǎn)，它可能導(dǎo)致水