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1、关于水泥混凝土路面常见病害与预防性养护技术研究常锦 长沙理工大学 摘 要：水泥混凝土路面是高等级公路路面结构的主要型式之一，但往往由于各种主客观原因，相当多的路面在使用 2-5 年甚至更短时间后就产生了板底脱空、卿泥、裂缝和断板等病害。同时，水泥混凝土路面的维修成本高，养生时间长，维修期间交通干扰严重，一旦破坏就很难修复。因而，认清水泥混凝土路面产生病害的原因并进行预防性养护，是当今工程界需要解决的问题。本文研究围绕着水泥混凝土路面的养护问题，对水泥混凝土路面的常见病害及产生的原因，路况调查及性能评价，路面使用性能预测，预防性养护措施与时机选择行了研究。关键词：病害；路面性能评价；使用性能预测
2、；预防性养护；时机选择About the disease with common cement concrete pavement preventive maintenance technology researchChang jin(Changsha University of Science & Technology Transportation engineering institute, The name of the gradeiron， Changsha,410004)Abstract: Cement concrete pavement is one of the main typ
3、es used in high classic highways, but usually because of various subjective and objective reasons, it has a lot of disease like empty beneath pavement slab, spurt slush, crack, breaking slab and so on in 2 to 5 years or even after a shorter time. At the same time, the maintenance cost of cement conc
4、rete is quite high, the health time is long, the traffic interference is serious during maintenance, and its difficult to repair once destruction. Thus, a clear understanding of the cement concrete pavement disease and preventive maintenance need to be resolved in todays engineering community. This
5、paper revolves around the maintenance issues of the cement concrete pavement to do research on common diseases and causes of the cement concrete pavement, traffic surveys and performance evaluation, pavement performance prediction, and preventive maintenance measures and the opportunity election. Ke
6、y words: disease; pavement performance evaluation; performance prediction; preventive maintenance; opportunity election1 引言水泥混凝土路面作为一种高级路面结构形式，以其强度高、稳定性和耐久性好、耐高温、耐磨耗以及养护费用少等优点而得到了广泛的应用。然而水泥混凝土路面一旦损坏，修复非常困难，这必然加大路面改造的难度和养护管理工作的繁重程度。随着通车里程和使用年限的不断增长，我国公路交通事业开始由快速建设阶段向养护管理阶段过渡。为了有效缓解养护管理工作量快速增加和养护资金缺口巨
7、大带来的压力，提高路网效率，除了加快养护管理体制与养护运行机制改革、加大养护资金的投入外，还必须转变养护管理指导思想、变革养护管理模式，全面调整一些传统的养护观念和习惯做法，使公路养护由被动养护向科学养护转变，由单一养护、粗放型养护向复合型、集约型养护转变，全面推行预防性养护，从而建立起具有主动性、预见性和系统性的公路养护工作体系。2 水泥混凝土路面常见病害及原因分析水泥混凝土路面的使用性能在行车和自然因素的不断作用下逐渐恶化，以至出现各种类型的损坏现象。混凝土路面的破坏形式的分类方法很多。本文将其分为二大类：一类是接缝处破坏，第二类是混凝土面板内破坏 1。这种分类方式不仅反映了水泥混凝土的破
8、坏部位，也反应了其破坏原因，前者的破坏主要是因应力集中和行车冲击引起，后者是因为过载或混凝土自身劣化引起。2.1 接缝处损坏接缝处是混凝土板体的应力分布比较集中的地方，是最容易引起破坏的部位。初期的病害主要是集中在接缝处的破坏，接缝处的破坏可分为:错台、拱起、板块活动和唧泥、填缝材料的破坏等。2.1.1 错台错台现象常常与唧泥现象、填缝料丧失、路基的不均匀变形等密切相关。一方面，填缝料的丧失，会造成路面水的渗入，在车辆荷载的作用下，产生唧泥，随着唧泥的连续不断发生，路基游离土被不断带走，路基表面标高不断降低，产生错台。另一方面，路基若处理不好，如压实程度不一致，则会随着通车时间的增长，不均匀沉
9、降和变形也会增加，也可产生错台。此外，以下原因也可造成错台：1）下部嵌缝板与上部缝隙未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两板在伸胀挤压过程中，会上、下错开而形成错台;2）地面水通过接缝渗入基础使其软化，或者接缝传荷能力不足，或传力效果降低时，都会导致错台 23;3) 当交通量或基础承载力在横向各幅板上分布不均匀，各幅板沉降不一致时，纵缝也会产生错台。图 2.1 错台示意图2.1.2 挤碎和拱起在横向接缝、特别是胀缝两侧数十厘米范围内，由于胀缝内的滑动传力杆位置不正确、滑动端的滑动功能失效、施工时胀缝内部有混凝土搭连、使用期间胀缝内落入坚硬杂屑等原因，阻碍了板的伸长，使混凝土在膨胀时受到
10、较高的挤压应力，当该应力超过混凝土的抗剪强度时，板即发生剪切挤碎。混凝土板在受热膨胀而受阻时，某一接缝两侧的板突然向上拱起。这是由于混凝土板收缩时缝隙张开，填缝料失效，坚硬碎屑等不可压缩材料塞满缝隙，使板在膨胀时产生较大的压应力，从而出现纵向压曲失稳。如图 2.2。图 2.2 拱起示意图2.1.3 脱空、板块活动和唧泥唧泥在车辆荷载作用下，板下基层的细粒材料从接缝或裂缝处与水一同喷出，致使板体与基础逐步脱空 4，并在接缝或裂缝附近常有污迹存在；脱空是面板与基层之间存在一定间隙，脱空往往伴随唧泥的发生和发展而出现 5。水泥混凝土路面唧泥是由车辆荷载作用下，面板接缝、裂缝和板边下部产生的水和细粒土
11、混合物的强制性位移造成的。它的产生原因是水泥面板直接铺筑在细粒高压缩性土和易冲刷的基层上产生的，唧泥往往是错台、断板、接缝附近断板等病害的诱因。路面唧泥的产生，一般需具备以下条件:(1) 路基或基层的土壤处于松散状态，亦即存在松散之细粒土；(2) 在面板与基层及路面之间有自由水存在，并与松散细粒土混合形成泥浆；(3) 频繁的重载车辆轴载作用，水泥混凝土路面板产生泵吸作用将泥浆喷出、吸入。如图 2.3图 2.3 唧泥、脱空示意图2.1.4 填缝料的失效、损坏使用一段时间后常常会出现填缝料剥落、挤出、老化碎裂现象。填缝料的失效、损坏，接缝内逐渐被砂、石、土等填塞，阻碍了板的膨胀，从而引起板的压曲、
12、破碎和接缝剥落等损坏。路面表面水流入基础，导致基础软化唧泥或冻胀，进而诱发其它病害。2.2 路面板内损坏混凝土路面裂缝可分为表面裂缝、贯穿裂缝。而裂缝发生的时期又可分为初期(或早期) 裂缝和使用期裂缝。早期裂缝是指水泥混凝土路面板浇筑完成后还未开放交通前出现的裂缝，早期裂缝主要是表面裂缝，使用期裂缝实际是在行使车辆荷载的作用下，加剧应力集中而引起原有早期裂缝扩展或产生新的裂缝。2.2.1 表面裂缝及产生原因混凝土板面的表面裂缝的产生主要是由于混凝土混合料的早期过快失水干缩和炭化收缩引起的。路面混凝土收缩主要有：1)塑性收缩；2) 自收缩； 3)干燥收缩；4)碳化收缩。2.2.2 贯穿裂缝及断板
13、水泥混凝土路面贯穿裂缝是指贯穿板全厚的裂缝，可分为横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、交叉裂缝、板角裂缝等，其明显特征是裂缝贯通混凝土板全厚。1)横向裂缝垂直于行车方向的有规则的裂缝称为横向裂缝，导致水泥混凝土路面出现横向裂缝的原因较多，大致可以归纳为如下几个方面。 干缩裂缝在水泥混凝土中，水在水泥石中是以化学结合水、层间水、物理吸附水，还有毛细水等状态存在着。当这些水在混凝土硬化过程中失去时，水泥浆体就会收缩，这些是干缩。但是自由收缩，还不会导致裂缝发生，唯有收缩受到限制时而发生收缩应力时，才会引起干燥收缩裂缝。 冷缩裂缝和一般材料一样，水泥混凝土具有热胀冷缩性能。混凝土板块的热胀冷缩都是在相邻部
14、分或整体性限制条件下发生的，故热胀属于变形压缩，而冷缩则属于拉伸变形，很容易引起开裂。切缝不及时为防止混凝土路面的干缩裂缝和冷缩裂缝，人们采用切缝浆路面分块，我国现行水泥混凝土路面设计规范规定，路面板长不大于 6m，板宽不大于 5m，但由于施工中切缝的时间难以控制得当，造成混凝土路面出现横向裂缝。从混凝土收缩因素考虑，最好是混凝土中水泥水化初始阶段就切缝，但事实上很难做到，因抗压强度过低，根本无法切缝。2）纵向裂缝由于填料土质不均匀、湿度不均匀、膨胀性土、冻胀、压实不足等多种原因，很可能导致路基支承不均匀，在混凝土浇筑之前未严格检查基底弹性模量 Et 是否符合规范要求，而盲目施工，在路基稍有沉
15、陷的情况下，在板块自重和行车压力作用下而产生纵向断裂。开始缝很细，一般小于 0.05mm。但随着雨水浸入和浸泡基层，使其表层软化、液化而产生唧泥、淘空，使裂缝加大。拓宽路基时，由于路基处理不当，新路基出现沉降，混凝土板下沿纵向出现脱空，在车轮荷载作用下，使混凝土板发生纵向断裂。3）交叉裂缝两条或两条以上相互交错的裂缝称为交叉裂缝。产生交叉裂缝的主要原因：一是水泥混凝土强度不足，在轮载和温度作用下会出现交叉裂缝；其二，路基和基层的强度与水稳性差，一旦受到水的侵入，将会发生不均匀沉陷，在车轮荷载作用下，混凝土板块出现交叉裂缝；其三，水泥的水化反应和碱骨料反应水泥混凝土在拌合、运输、振捣、凝结、硬化
16、的过程中，始终存在着水泥的水化反应。图 2.4 各种裂缝示意图4）水泥混凝土路面断板这些纵向、横向及斜向裂缝的发展会使水泥混凝土路面板完全折断成两块或两块以上形成断板。根据裂缝及断板发生的时间，可分为开放交通之前的断板(早期断板) 和使用期断板( 后期断板)。一般早期断板不多见。混凝土路面断板根据其损坏程度可分为三类 :轻微断裂裂缝无剥落或轻微剥落，未封缝的裂缝宽度为 3mm，已封缝的裂缝宽度不限，但封缝良好;中等断裂裂缝处有中等剥落，未封缝的裂缝宽度为 325mm，己封缝的裂缝无剥落或剥落轻微，但填缝料明显损坏;严重断裂裂缝处有严重剥落; 未封缝的裂缝宽度大于 25mm。有的断板是在施工期间由于混凝土的初期收缩受到阻碍而产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度而造成;有的是因为板块尺寸过大所产生的温度翘曲应力超过混凝土抗弯拉强度而引起的，也有因为车载过大、应力集中等造成的断板。3 路况调查及性能评价方法3.1 调查与评价目的路面调查的目的是运用各种仪器设备对路面状况的各种指标进行检测，以了解现有路面的使用性
