?總425期2017年第11期（4月 中）水泥混凝土路面的缺陷機(jī)理和類別劉春來（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)，河北 石家莊 050000）摘要：為應(yīng)對(duì)水泥混凝土路面一旦出現(xiàn)缺陷就難以修理的問題，在分析混凝土出現(xiàn)缺陷的機(jī)理的基礎(chǔ)上，研究了水泥混凝土路面各種缺陷的成因、危害和預(yù)防措施，以期為延長(zhǎng)混凝土路面的使用年限提供參考。關(guān)鍵詞：混凝土；路面；缺陷中圖分類號(hào)：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0 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，很多管理部門主張用水泥混凝土路面取代那些國(guó)省干線公路上的瀝青路面。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]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、車道部位等。它們的受力狀態(tài)大相徑庭。混凝土板在車輛荷載反復(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，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)充分說明了混凝土路面強(qiáng)度的不均勻性[3]。表1 混凝土力學(xué)性能的偏差系數(shù)參數(shù)名稱抗彎強(qiáng)度 抗壓強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 彈性模量 泊松比坍落度 密度 含氣量 裂縫開展 裂縫間距 運(yùn)營(yíng)可靠 層厚 最小值0.0440.0350.1900.060-0.2150.0110.1390.1450.2500.0570.006 平均值0.00.1580.2000.1670.2500.3150.0170.1830.5010.5130.0810.023 最大值0.0180.450 0.2900.281-0.5320.0470.2502.0000.7700.1060.0471 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)過一個(gè)水化過程。但在混凝土制備過程中，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)等施工工藝上的問題都會(huì)影響混凝土路面板的整體均勻性[2]。水泥混凝土路面在汽車荷載反復(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，而周圍介質(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、幾收稿日期：2016-12-22作者簡(jiǎn)介：劉春來（1974—），男，助理工程師，從事道路橋梁相關(guān)工作。 22

3 混凝土缺陷的類別[4]3.1 第一類缺陷（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)。車輛通過這類缺陷時(shí)不得不減速或繞行，侵占相鄰車道，造成阻塞。當(dāng)缺陷占到車道寬度的1/4時(shí)，就需要進(jìn)行交通管制。缺陷（3）~（6）在車輛高速行駛時(shí)也是非常危險(xiǎn)的。3.2 第二類缺陷這類缺陷的特點(diǎn)是路面強(qiáng)度沒問題，但混凝土板表面變形和局部破損。（1）路面磨損：在運(yùn)輸車輛碾壓下，尤其是在剎車力作用下，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早開放了交通；混凝土早期經(jīng)受了凍融過程或周圍腐蝕介質(zhì)的侵蝕。（3）車轍和坑槽：路面上形成長(zhǎng)條形車轍或圓形、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，樣交通世界TRANSPOWORLD子像車轍，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?yán)щy，有時(shí)需要交通管制。3.3 第三類缺陷（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)致水滲入混凝土板底以下。當(dāng)裂縫寬度分別為8mm、15mm、30mm、30mm以上時(shí)，如每公里裂縫數(shù)量大于40道、30道、20道和10道，應(yīng)進(jìn)行處治，小于該值時(shí)，普遍認(rèn)為是允許的。缺陷（2）、（3）、（5）、（6），當(dāng)每公里少于40道時(shí)，是被允許的，否則應(yīng)進(jìn)行處理[5]。 參考文獻(xiàn)：[1] 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院. 公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則：JTG/T F30—2014[S]. 北京：人民交通出版社，2014.[2] 交通部公路科學(xué)研究所. 公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程：JTG E30—2005[S]. 北京：中華人民共和國(guó)交通部，2005.[3] 張玉富，于天來. 季凍區(qū)路基凍脹置換深度的計(jì)算方法[J]. 公路工程，2014（2）：111-114.[4] 蘇衛(wèi)國(guó)，孫浩. 舊水泥混凝土路面直接加鋪薄層瀝青罩面方案選擇分析[J]. 公路工程，2015，40（2）：169-173.[5] 王龍，范璐璐. 橡膠顆粒水泥混凝土與基質(zhì)混凝土路用性能對(duì)比分析[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，48（3）：77-81.（編輯：唐勍勍）23