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構的重要組成部分，但在服役年限內大面積斷裂破壞現(xiàn)象非常突出。通過闡述層間粘接破壞、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>　　關鍵字：水泥混凝土路面，后期破壞，開裂過程，影響因素 </p

2、><p>　　中圖分類號：414 文獻標志碼：A 文章編號： </p><p>　　一、水泥路面板早期破壞過程 </p><p>　　在攤鋪新拌混凝土的過程中，混凝土直接澆筑在路面基層上。基層表面的凹凸不平和孔隙的存在，使得水泥砂漿部分滲入基層，形成了彈性模量，泊松比和強度介于面層和基層的過渡層。過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、而在過渡層界面產(chǎn)生剪應力，形成水平的裂縫，在面層底部產(chǎn)生拉應力，形成與拉應力垂直的裂縫[1]。路面板在行車荷載和溫度應力的反復作用，路面損傷達到一定程度時，裂縫將進一步擴展，直至出現(xiàn)第一條裂縫貫穿整個路面板。 </p><p>　　二、層間粘接的破壞 </p><p>　　水泥砼面層和基層是實現(xiàn)路面功能的重要結構組成部分，兩者在行車荷載作用下協(xié)同工作。對已出現(xiàn)裂縫的水泥路面板，面層和基層的

4、粘接程度對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，即基層和面層粘結層度增加，行車荷載作用下的水泥路面板層底拉應力逐漸減小，基層底拉應力逐漸增加。標準軸載作用下，基層底拉應力通常遠小于基層抗拉強度，即使將軸載增至兩倍標準軸載和三倍標準軸載，基層拉應力仍然很小，不會引起基層開裂破壞。 </p><p>　　相比于層間粘接良好的水泥路面，已開裂的水泥路面在過渡區(qū)形成的水平裂縫削弱了面層和基層的粘接，

5、面層底部拉應力大，基層受到的拉應力小，行車荷載沖擊力不能有效的傳遞，面層所受拉應力大于路面板抗拉強度，導致路面板在荷載反復作用下斷裂。 </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力的影響而導致板與基層之間形成透空狀態(tài)[2]。此時,路面板底的拉應力、最大撓度、最大主應變都是最大的,設計中應盡量避免這種狀況發(fā)生,施工時注意保證

6、路基的壓實質量和路面混凝土的養(yǎng)生質量。 </p><p>　　三、支承條件的改變 </p><p>　　和其他混凝土結構工程相比，路面工程要承受繁重的交通荷載、沖擊及磨損破壞、重在車輪的作用、動載疲勞損壞，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的結構性能和使用性能，水泥混凝土路面設計時，需確保良好的支承條件。 </p><p>　　由于

7、混凝土面層的剛度大，路面結構的承載能力主要由面層提供，對基層的強度要求不高計算表明,車輛荷載在均勻支承的水泥混凝土路面板內產(chǎn)生的彎拉應力不大。隨著車輛荷載的反復作用，路面基層將產(chǎn)生彎沉變形，也會使路基產(chǎn)生塑性形變，特別是以石灰，水泥等無機結合料穩(wěn)定細粒土為基層的道路[3]。路面板在荷載駛離后恢復原狀而路基則殘留了部分塑性變形不能恢復。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，需要承受溫度應力的作用，路面板早期產(chǎn)生的收縮導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>　　施工過程中，土基壓實不均勻也將導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)生過大的應力、應變和豎向變形,極易導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)行設計理論而言,如果路面各層性能正常,層間界面理想接觸,設計和施工良好的水泥混凝土路面,一般要經(jīng)過長期使用且達到其設計使用年限后,才會開裂破壞,這是由路面的結構和荷載的特點所決定的。 但水泥路面一旦開始出現(xiàn)斷裂、脫空等病害，短時間內便會出現(xiàn)破壞加劇過程，出現(xiàn)大面積的開裂斷板等病害。 </p>

11、<p>　　因降雨等原因，路基有時處于浸潤狀態(tài)，在車輪荷載作用下，路面板與基層之間會產(chǎn)生高壓水流，侵蝕基層表面，沖刷下來的土顆粒（尤其是細顆粒）造成泥漿，在車輪動荷載作用產(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，大氣降水會沿縫隙下滲，并積聚在脫空區(qū)內。在車載作用下，車輪駛過板體回彈時，形成真空，這種負壓進一步將水泵入已形成的空隙中，開始表現(xiàn)為少量的冒水現(xiàn)象。隨

12、著荷載的進一步作用，被水浸濕基層的路面板開始移動，當車載開始駛入板內時，脫空區(qū)積滯的水被擠向前方；當后車輪駛離路面板時，又將水擠向后方。荷載移動引起的水動壓力，使聯(lián)接較弱的基層膠結料受到?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，雖然在整個水泥

13、混凝土路面中所占比例很小，但在整個結構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，許多國家規(guī)定在水泥滬寧圖路面脹縫和縮縫處設置傳力桿，縱縫處設置拉桿，以更好地適應日益增長的交通需求。 </p><p>　　普通水泥混凝土路面的面層在縱向和橫向都設有接縫，以此減小早期水泥路面內部應力。這些將路面分成若干塊的接縫不但增加了施工和養(yǎng)護的復雜性，影響了行車的舒適性。隨著溫度和濕度的變化，接縫縫隙相應的張開璧

14、合，導致了路表水滲入基層而引起唧泥、錯臺、脫空等病害；堅硬的物體落入接縫會阻礙水泥混凝土路面板的自由膨脹導致接縫的碎裂。接縫病害占了路面病害的大多數(shù)，由接縫引起的損害達到了63%[5]。 </p><p>　　此外，接縫傳荷能力大小直接影響板內的應力，對板邊、板角的影響更大，接縫處的病害引起的傳荷能力衰減會引起路面板結構性能的降低。 </p><p><b>　　六、結語 <

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，路面板加速斷裂過程。主要得出如下結論：1）層間粘接的破壞導致荷載沖擊不能有效傳遞，面層所受拉應力大于抗拉強度而發(fā)生斷裂破壞。2）受車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一步惡化了層間粘接，加劇了脫

16、空過程。4）加強養(yǎng)護，減少接縫處的病害對減緩路面板后期破壞有一定作用。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]吳國雄,易志堅,姚令侃.水泥混凝土路面早期裂縫的生成機理及防治對策研究.西南交通大學學報.2003(6): </p><p>　　[2]楊斌,歐孝奪.高等級公路水泥混凝土路面斷裂破壞原因分析[J]

17、.廣西大學學報.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.報傷力學的理論與應用.科學出版社.1997.4 </p><p>　　[5] 水泥混凝土路面破壞過程分析及抗裂研究[Dl.重慶交通學院,重慶市公路局，慶北方高速公路有限公司