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1、水泥混凝土路面的再生技术研究摘 要 水泥混凝土路面作为高级路面的重要形式之一，具有强度高、经久耐用、养护费用低等优点，在我国修筑里程已超过17万公里，产生了巨大的社会效益与经济效益。目前，我国水泥混凝土路面正处于维修高峰期，形成原因很多，但是一旦开始出现局部损坏，若维修不及时，会引起极其严重的后果，这已被广大公路界人士所认识。近年来，在水泥混凝土路面修复技术的研究很多，涉及的方面较广，多与结合实际的工程实例展开应用研究。本文搜集的资料包括：介绍国内外在水泥混凝土路面修复方面的研究现状，重点研究旧水泥混凝土路面的修复的三种形式即：修缮复原、加铺层和重建。修缮复原主要是对水泥混凝土路面一般病害如裂
2、缝、接缝、脱空、断板等处理方法；加铺层是在旧水泥混凝土路面上加铺沥青层，以改善路用性能，提高路面服务水平，包括设计与施工技术；重建是对水泥混凝土路面进行破碎改造，并再加铺沥青层. 关键词：水泥混凝土路面，再生技术 目 录第一章 前言4 第二章 水泥混凝土路面破坏机理及预防5 第三章 旧水泥混凝土路面的修缮复原11 第四章 沥青加铺层 15 第五章 水泥混凝土路面破碎改造方案17 第六章 结论与展望23 学习体会25参考文献26第一章 前 言我国水泥混凝土路面始建于上世纪60年代中期，80年代以来，水泥混凝土路面在全国迅猛发展。总里程由1980年的1600km，飞速上升到1993年的28049k
3、m，占高级路面总里程的60%，目前，每年在建规模超过1.5万公里，预计到2005年底，我国将拥有17万多公里水泥混凝土路面。近年来，我国现有的水泥混凝土路面有相当一部分已接近或超过设计年限，有的虽未达到设计年限，由于改造建成投入使用后交通量剧增，由于荷载的反复作用和自然因素的侵蚀破坏，汽车轴载日益重型化或设计、施工等方面的原因，出现路面损坏、使用品质下降的情况。随着国民经济的发展，道路交通量剧增，汽车的日益重型化，许多早期建设的水泥混凝土路面产生了多种破损现象：结构承载能力不足、行车舒适性差、车速难以提高。由于水泥路面的鲜明特点如：施工方便、维修周期长、强度高、耐久性好扩散荷载能力强稳定性好的
4、刚性路面结构，因此在公路和城市道路建设中大量采用，因此水泥混凝土路面里程将进一步大大增加，对水泥混凝土旧路面的修复与改造工作将越来越重。自高速公路建设中运用水泥混凝土路面以来，旧水泥路面的维修工作就随之产生，对于旧混凝土路面的维修改造技术越来越受到重视，在国内外也进行了很多相关研究。虽然水泥混凝土路面具有刚度大、强度高、使用耐久和日常养护工作量小的优点，然而，由于水泥混凝土的脆性和温度敏感性，这种路面需设置各种接缝，决定了水泥混凝土路面的行车舒适性比沥青混凝土路面差，并且损坏后修复十分困难等缺点。1.1 国内研究现状及发展动态对于水泥混凝土路面的病害与评价，在公路养护技术规范（JTJ 073-
5、96）和新的行业标准公路水泥混凝土路面养护技术规范中进行详细的规定，它是委托地方交通厅与专门的技术委员会对全国各地混凝土路面的状况进行调查研究，并经过实践确定的内容和方法，很好地评价水泥混凝土路面现有使用质量，并且细化道路评分标准与等级，为制定水泥混凝土路面的修复和改造提供了科学的决策依据，避免旧混凝土路面维护的盲目性。七五期间，国家No.025课题我国水泥混凝土路面发展对策及修筑技术研究第五分题旧水泥混凝土路面维修技术研究中，仅对维修材料进行了试验研究，目前尚未进入实用性阶段，强度评定、脱空板处理、补强层设计与施工等许多研究尚待深化。我国现行规范对旧水泥混凝土路面上加铺水泥混凝土或钢纤混凝土
6、的设计做出了规定，但对于国外已广泛应用的旧水泥混凝土板上加铺沥青类结构层结构方面还没有设计方法，许多工程实践只是依靠技术人员的经验。因此，开展对旧水泥混凝土路面维修技术与沥青加铺层设计及施工方法研究，具有深刻的工程意义和广阔的应用前景。1.2国外研究现状及发展动态国外发达国家水泥混凝土路面修筑历史较长，在欧美国家高速公路网中，水泥砼面板总量占50左右，但大多数水泥砼路面达到了设计要求，特别是德国、比利时等国家的水泥砼路面表现出了非常卓越的长期使用性能，这与其路面修复技术是分不开的。早在六十年代他们便开始对其维修技术进行研究。随着交通量的增长及交通组成的不断变化，其路面结构也不断得到完善，对旧水
7、泥混凝土路面评价与结构维修技术的研究持续至今。 美国等发达国家一直对使用沥青加铺层技术补强旧水泥混凝土路面情有独钟，就是因为加铺沥青层具有提高路面结构的承载能力和恢复旧混凝土路面表面功能两大作用。通过大量试验路研究，各国分别提出了相应的沥青加铺层罩面设计方法，比较有代表性的有AI、AASHTO、ARE、Ta法等，使旧水泥混凝土路面沥青加铺层的设计方法不断得到完善和发展。但国外的这些经验法与我国传统的理论法相差较大，不能照搬套用，只能在理论分析的基础上参考借鉴。1.3 研究现状分析及存在问题1.3.1 水泥混凝土路面破损与其施工质量有关近年来，我国一直处于高速公路快速发展时期，现在城市道路和农村
8、公路建设又掀起热潮，在公路建设中，水泥混凝土路面由于其优点被大量采用，我国的水泥混凝土路面里程急剧增长。由于长期在公路建设中，对施工质量的监控存在着薄弱环节，对相关的技术标准及要求没有严格执行，加上超载超重车辆较多，对水泥路面板块具有极大的破坏性，所以很多水泥混凝土路面还没有到设计年限就已经开始大面积损坏，给公路运输业带来很大影响，例如行车安全性、舒适性、经济性。同时也增加了养护维修费用。所以要从建设源头上进行控制，确保建设时能严格按照设计要求，按施工技术规范要求操作，保证水泥混凝土路面的施工质量，并对交通流和交通车辆进行有效管理，延长水泥混凝土路面的使用寿命。特别突出问题是，对目前水泥路面改
9、善使用的各种方法的运用上，在基本方案的确定上，缺乏合理的选用和完善的设计方法。以致于造成方案不当，达不到修复的目标，因此必然造成资金和财力的浪费，并且带来不良的社会影响。1.3.2 水泥混凝土路面的修复应以其评价结果为标准水泥混凝土路面进行修复改造应首先对其路面现状进行专业的评价，以确定其现有使用质量等级，然后根据规范来确定其目前状况应采用小修保养、中修、大修、改造中的哪一种养护对策，或者是进行对个别病害如板底脱空、唧泥、裂缝进行维修处理，还是进行罩面或者加铺沥青面层，以及选择混凝土重铺的措施。目前多数研究只是针对单一的处理方法进行研究论述，和评价指标体系联系不大。第二章 水泥混凝土路面的破坏
10、机理及预防2.1水泥混凝土路面病害成因探析混凝土路面由于施工、养护、行车及环境等因素影响，路面易出现断裂、碎裂、唧泥、错台、拱起、沉陷等损坏，其损坏很大程度上是由于水渗入路面基层，强度降低，加上板下一旦有水渗入就很难排出，在重载车辆轴载的频繁作用下，易形成级配碎石层的再次压缩，产生竖向位移，底基层压缩变形发射到基层，使得基层产生断裂并随之下沉，导致基层与面板之间形成间隙，从而使混凝土路面丧失了部分支撑，产生断板，板块间的约束减弱，单板承受的荷力加大，填料缝在较大的竖向位移反复作用下，逐渐与混凝土面板脱离，丧失封水性能形成雨水下渗，渗入的地表水在车辆荷载作用下产生较大的动水压力，侵蚀路面基层，使
11、得基层细粒料与水共同渗出，产生了唧泥和板角断裂。同时，由于路面接缝处仅有部分有传荷能力，接缝的传荷能力逐渐减弱，最终导致错台。而错台的发生又加大了板块的冲击荷力，使级配碎石层产生了更大的压缝变形，逐渐发展为板体下沉、断板，进而发展到破碎。为适应社会对公路交通快速、安全、舒适、便捷的需要，对路面损坏的概念已从单纯的结构性破坏扩展到舒适性、安全性等功能性破坏。水泥混凝土道路面板的破坏按此标准概括起来有如下几种主要类型。（1）横、斜向裂缝；（2）角隅断裂；（3）交叉网裂；（4）唧泥、冒水；（5）纵向裂缝；（6）错台；（7）沉陷；（8）拱起、胀起；（9）胀逢、假缝、接缝冲击振动；（10）骨料外露。其中
12、（1）项-（6）项损坏属于结构性破坏；（7）项-（10）项为功能性破坏；除（8）项-（10）项外，其余各项均与支承条件相关。2.2接缝处破坏病害分类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。2.2.1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
13、通车时间的增长，不均匀沉降和变形也会增加，也可产生错台。错台的特点是横向接缝两侧路面板出现了竖向相对位移h，错台根据形成台阶的高度又可分为几种情况： 轻度错台一接(裂)缝两边路面形成的台阶高度小于10mm； 中度错台一接(裂)缝两边路面形成的台阶高度小于10-15mm； 严重错台一接(裂)缝两边路面形成的台阶高度大于15mm。2.2.2 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
14、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，在板在膨胀时产生较大的压应力，从而出现纵向压曲失稳。2.2.3脱空、板块活动和唧泥唧泥是在车辆荷载作用下，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，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的间隙，脱空往往伴随唧泥的发生和发展而出现，水泥混凝土路面唧泥损坏严重，甚至影响到正常交通运输的运营，造成较大的经济损失和社会影响。2.2.3.1唧泥产生的原因水泥混凝土路面唧泥是在车辆荷载作用下，面板接缝、裂缝和板边
15、下部产生的水和细粒土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。2.2.3.2 水泥混凝土路面唧泥损坏机理 水泥混凝土路面在凝结硬化过程中具有较大的干缩变形和温缩变形，从而要求混凝土路面设置间距很密的胀缝、缩缝及符合施工要求的施工缝。以上所必须设置的接缝(缩缝、胀缝、施工缝)，加上施工期或使用期所产生的各种裂缝，毫无疑问成为路面最薄弱、最易损坏的部位。尽管这些部位均经填缝料处理，但目前的填缝料使用期都较短，23年后都不同程度地出现渗水现象，雨水通过接缝、裂缝及板边缝隙渗入板底，在车辆动荷载的反复作用下，形成高压水流，在板底接缝、裂缝及板边高速流动，对基层顶面进行冲刷，细颗粒从接缝、裂缝和板边被带到路面，泥水在负压作用下被吸入板底，如此反复，板底逐渐脱空，改变了混凝土面板原有的支承条件，造成受力状态的改变，从而产生错台、脱空、板体下沉、严重时断板，进而发展到破碎。2.2.4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
