【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3S含量’降低C3A含量， 將有助于改善路面混凝土質(zhì)量。②骨料釆用質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈的河砂或海砂’’級(jí)配應(yīng)符合規(guī)范 要求，砂的含泥量應(yīng)控制在3%以?xún)?nèi)，其它指標(biāo)符合要求。粗骨料可為碎石或爍石，應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、耐久、結(jié)晶，符合規(guī)定級(jí)配’最大粒 徑不超過(guò)40min，amp。,%,針狀、片狀顆粒不超過(guò)15%。良好的混凝土質(zhì)量是路面質(zhì)量的保證，混凝土在制備和施工中需處理好以下 幾個(gè)環(huán)節(jié)：①混凝土生產(chǎn)控制施工中應(yīng)嚴(yán)格控制配比:控制好砂率、水泥用量和水灰比；混凝土的撥拌要充 分’振揭要密實(shí)，出料要均勻’輪運(yùn)輸距離要短，同時(shí)考慮運(yùn)輸設(shè)備的配制，減 少離析都有利于減少路面病害的發(fā)生。②釆用混凝土真空吸水技術(shù)混凝土振揭完畢，用真空吸水技術(shù)可將混凝土表面及內(nèi)部的游離水和空氣排出，以降低混凝土的孔隙率和水灰比，增加混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度，提髙水泥與骨料的界面結(jié)合力，可防止混凝土泌水過(guò)多而產(chǎn)生的收縮裂縫，減少混凝土缺陷。適時(shí)收光抹面’在混凝土初凝前進(jìn)行第一次抹面，在終凝前板面無(wú)泌水時(shí)實(shí)施第 二次抹面收光。③選擇適宜的切縫時(shí)間施工階段溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)發(fā)生施工斷扳，形成溫度收 縮裂縫。為了防止施工中的溫度收縮裂縫，準(zhǔn)確掌握切縫時(shí)間很重要，一般以混 凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到5 — lOMPa為適宜的切縫時(shí)間。切縫時(shí)間還與水泥的品種、氣 候溫度、濕度有關(guān)’施工人員可憑現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)用指甲在混凝土表面刻劃，若出 現(xiàn)灰白色，指甲有磨損感便可進(jìn)行切縫，切縫時(shí)間可參考表1選取。表1 切縫時(shí)間參考值晝夜平均溫度(C)真空脫水混凝土切縫時(shí)間(h)一般施工混凝土切縫時(shí)間(h54050455010253030351518222226201215 、182125811151830以上571315■^一 T ^― I r ■ vr w ， ■ ■^廠 Ipi f^^生施工斷板。分析水泥混凝土凝固過(guò)程中的抗拉強(qiáng)度，與溫度應(yīng)力對(duì)比’判斷發(fā) 生斷板的條件，最后根據(jù)溫度確定最佳銀縫時(shí)機(jī)。從水泥混凝土板凝固階段的溫度特性來(lái)說(shuō)’在水化熱、氣溫和日光轄射的作 用下’板溫隨著繞筑時(shí)間不同在不同時(shí)刻出現(xiàn)峰值和谷值。以水泥混凝土繞筑時(shí) 為0計(jì)’對(duì)于42_5號(hào)水泥來(lái)說(shuō)’ 06h為升溫過(guò)程，612h為降溫過(guò)程。這是一個(gè)有 規(guī)律性的現(xiàn)象’如果暫不考慮翅曲應(yīng)力和脹縮應(yīng)力’ 612h階段水泥混凝土面板處 第二章水泥混凝土路面的破壞機(jī)理及預(yù)防 19于降溫收縮狀態(tài)，容易發(fā)生裂縫。而從水泥混凝土面板凝固階段的強(qiáng)度特性來(lái)說(shuō), 水泥混凝土早期強(qiáng)度以1012h時(shí)段增長(zhǎng)最為緩慢，抗裂能力的增長(zhǎng)也最慢，由早 齡期水泥混凝土抗拉彈性模量的增長(zhǎng)規(guī)律并對(duì)比上下午饒筑的水泥混凝土抗拉彈 性模量，下午繞筑的水泥混凝土處于降溫斯間，模量值比上午低，在第lOh低2 倍以上時(shí)對(duì)降低水泥混凝土的溫度應(yīng)力有利。這就解釋了施工時(shí)普遍出現(xiàn)的上午 繞筑的水泥混凝土路面板容易出現(xiàn)施工斷板的問(wèn)題，因而一般水泥混凝土路面板 銀縫時(shí)間以水泥混凝土饒筑后lOh為宜。④加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)加強(qiáng)混凝土路面的養(yǎng)護(hù)，可即時(shí)粗止混凝土表層水分蒸發(fā)，從而有效防止混 凝土路面因高溫、干燥產(chǎn)生的初期裂縫。 2S3防止路基的不均勾沉降對(duì)不良土質(zhì)的路基，應(yīng)做特殊處理方可使用。 路段內(nèi)，其中膨脹土路段達(dá)48km，設(shè)計(jì)單位所釆用的改良和防護(hù)方法有兩種 改良土質(zhì)將膨脹土分為強(qiáng)、中等、弱膨脹土三種類(lèi)型，強(qiáng)膨脹土不能作為路基材料， 予以置換；對(duì)中等及弱膨脹土需加以改良9改良方法通常是根據(jù)膨脹大小加入6 —8%石灰。分層碾壓，每層壓實(shí)厚度18mm。該方法使用后效果較好，據(jù)調(diào)查和 現(xiàn)場(chǎng)了解，改良后的膨脹土路段和其他非膨脹土路段在病害發(fā)生率方面基本相同。 應(yīng)從以下三方面作好路面土坡的處理：①土工隔柵加固邊坡土工隔柵是一種采用高、中、低密度聚乙稀、聚丙煉等多種樹(shù)脂為主要原料 并連續(xù)擠出成型的高強(qiáng)度塑料網(wǎng)，分層埋在土中，具有抗老化之優(yōu)點(diǎn)，其主要機(jī) 理是網(wǎng)格與土體的摩擦力限制了土體的側(cè)向位移，因而提高了土體的整體性，同 時(shí)土體抗拉強(qiáng)度得到改善，增加了土體的變形模量。②選擇合適的坡比也是維護(hù)路基很重要的方面，對(duì)膨胺土，褲比釆用1:1則穩(wěn) 定性極差，理論分析(極限平衡法)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)均說(shuō)明這一點(diǎn)；坡比1:2則即使對(duì)基坡 不做處理’其穩(wěn)定性仍然很好，而坡比在1: 1一 1:2之間時(shí)，可采取適當(dāng)?shù)募庸?處理即可保證基坡的穩(wěn)定性，從而保證路面不出現(xiàn)由此而引起的病害。③選擇適宜的基坡加固方法可以釆用拱形骨架與種植草坪結(jié)合的方案，骨架可釆用衆(zhòng)砲石，也可采用低 標(biāo)號(hào)混凝土或條石。類(lèi)似的加固方法還有格式護(hù)坡、矮擋土堵等方案。 路基是一線形工程布置，它所跨越的區(qū)域較大，遇到的基礎(chǔ)地質(zhì)條件不同。 不同的地質(zhì)條件，特別是不良地質(zhì)條件(如軟基)基床’對(duì)路基質(zhì)量是一個(gè)較危險(xiǎn)的 第二章水泥混凝土路面的破壞機(jī)理及預(yù)防 H影響因素，如處理不恰當(dāng)，或處理不徹底，在其上填筑路提或鋪設(shè)底基層，均會(huì) 造成意料之外的或過(guò)大的沉降。 填切交界處是路基沉降的易發(fā)區(qū)，當(dāng)路堤在斜坡上或填切交界處，或原有路 提上或路堤處在垂直路中線測(cè)得的坡度大于1: 5時(shí)，應(yīng)把原地面挖成臺(tái)階，臺(tái)階 寬度不應(yīng)小于Im ,用小型機(jī)具進(jìn)行夯實(shí)。并向內(nèi)側(cè)傾斜2%。在鋪筑水泥混凝土 路面時(shí)，在該處宜設(shè)置伸縮縫。 摘好臺(tái)背填筑目前，從建成通車(chē)的公路來(lái)看，構(gòu)造物臺(tái)背跳車(chē)是通病，然而最明顯的是臺(tái) 背沉陷或錯(cuò)臺(tái)，主要原因是臺(tái)背回填質(zhì)量差。為此，在施工中應(yīng)做到：臺(tái)背填筑 要求每層松鋪厚度不得大于20cin,壓實(shí)度不得小于95%,回填材料最大粒徑不大 于15cm，且應(yīng)有良好的級(jí)配和透水性。 降低水泥混凝土收縮量，主要是采用膨脹技術(shù)，該技術(shù)在施工工程項(xiàng)目中被 釆用。主要用于水泥混凝土的防裂、消減應(yīng)力、防水、防滲等?基本原理就是用 膨脹來(lái)補(bǔ)償或抵消水泥混凝土的收縮，以降低水泥混凝土的收縮拉應(yīng)力，防止路 面開(kāi)裂。在水泥混凝土的配制過(guò)程中，可釆用膨脹水泥或在水泥中摻入膨胺劑來(lái) 實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。 2..減輕層間限制，就是拓展水泥混凝土扳的伸縮自由度，減小水泥混凝土面層 間的伸縮自由度，減小水泥混凝土路面各層間的粘接力。消除層間辯接剪應(yīng)力的方法很多，如:涂油、鋪油鏈、確保基層平整度等。 通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比：確保基層165。整度’釆用塑料薄旗輛離的方法’施工簡(jiǎn)便，既起到 隔離作用，又不影響層間傳力效果，價(jià)格也便宜。通過(guò)幾個(gè)工程實(shí)踐應(yīng)用，效果路面坑槽與麻面水泥混凝土路面脫皮破壞是指在車(chē)輛荷載的作用下，路表面混凝土硬化水泥菜體逐漸剝落露出粗骨料形成很粗鏈的毛面或高低不平的陷坑，直徑約2K5cm 的小坑，此種破壞產(chǎn)生的原因主要是由于水泥混凝土路面施工質(zhì)量控制不好、水灰比 過(guò)大等原因造成的。混凝土在饒筑振揭過(guò)程中，新鮮混凝土砂菜中的水會(huì)從底部 向上滲出。出現(xiàn)兩種現(xiàn)象，其一是向上滲出的水聚集在粗骨料顆粒的底面’在水 泥菜和骨料之間形成間隙或孔隙；其二是在靠近混凝土塊體頂面區(qū)域有較高的水灰’ 匕，使該區(qū)域的混凝土強(qiáng)度降低’形成“薄弱帶”，“薄弱帶”的厚度隨著混凝土 第二章水泥混凝土路面的破壞機(jī)理及預(yù)防 21 第二章水泥混凝土路面的破壞機(jī)理及預(yù)防 16水灰比的增大而增大，而該部位的強(qiáng)度卻隨著水灰比的增大而減小。路面形成達(dá) 不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的“薄弱帶”，在車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下，該“薄弱帶”很快剝落脫 皮，從而使混凝土路面出現(xiàn)脫皮陷坑。在宜黃公路及黃黃公路通車(chē)一年后均可以 發(fā)現(xiàn)此種破壞。這種破壞的解決方法有，選用有礦物摻和料的混凝土和加入減水 劑的混凝土，使用纖維混凝土也可以大幅度改善這種情況。可通過(guò)加強(qiáng)混凝土的 施工管理，減少泌水，加強(qiáng)振搗和養(yǎng)護(hù)來(lái)解決，表面采用耐磨的活性集料將有利 于減少麻面露骨。2. 6舊水泥混凝土面坂破壞階段及其破壞機(jī)理分析(1) 扳體徼裂隙的產(chǎn)生是板你微觀結(jié)構(gòu)本身及損傷斷裂破壞的具體表現(xiàn)。 根據(jù)Brace (1964年)對(duì)巖體損傷力學(xué)的研究結(jié)果：加大而增加， oc時(shí)，微裂隙大量增加： C以 后（oc為板體斷裂時(shí)需要的應(yīng)力）內(nèi)部的微裂隙數(shù)量猛增，其中長(zhǎng)裂隙比短裂隙 數(shù)目增加的更快，微裂隙連續(xù)擴(kuò)展并向軸向應(yīng)力方向靠近而逐漸形成裂隙集中帶， 板體的最終宏觀斷裂正是這些近于平行軸向應(yīng)力方向的大量微裂隙的產(chǎn)生、擴(kuò)展、 密集、集中，并沿相對(duì)較弱的方向相互貫通，彫成一定的斷裂破壞帶的結(jié)果。(2) 混凝土板體易于受拉應(yīng)力產(chǎn)生脆性斷裂 板體由于其受力特點(diǎn)和溫差影響，相對(duì)的板底拉應(yīng)力大于扳頂之拉應(yīng)力，特別是當(dāng)基面層接觸條件不完全吻合Winkler地基條件時(shí)’板體會(huì)產(chǎn)生更大的彎曲 受拉。斷裂源就產(chǎn)生在張應(yīng)力區(qū)的表面，即板底，由此點(diǎn)開(kāi)始自板底向板頂內(nèi)部 產(chǎn)生與張應(yīng)力垂直的拉伸斷裂面，當(dāng)斷裂通過(guò)中性面后，斷裂發(fā)生彎曲，有時(shí)發(fā) 生分叉’從而形成一個(gè)具有幾何對(duì)稱(chēng)狀的斷裂，上部裂縫比底板裂縫更寬，通過(guò) 試驗(yàn)室試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)破壞斷面的觀測(cè)證明：張性斷裂往往表現(xiàn)為一條。而壓應(yīng)力區(qū) 斷裂表現(xiàn)為多條，甚至不斷分叉（龜裂厲此種類(lèi)型〉。(3) 板體剪性斷裂由于路面板中材料不均勻、施工中各種因素造成混凝土強(qiáng)度低下的局部區(qū)域 與周?chē)弩w具有不同彈性性質(zhì)’它們都可以集中遠(yuǎn)場(chǎng)張應(yīng)力而導(dǎo)致裂隙處的局部 張應(yīng)力超過(guò)板體的抗拉強(qiáng)度而成剪性斷裂。按交通分級(jí)計(jì)箅分析時(shí)所用的參數(shù)和指標(biāo)以及交通分級(jí)計(jì)算結(jié)果匯總，當(dāng)荷 載疲勞應(yīng)力、溫度疲勞應(yīng)力共同作用S加時(shí)’其遠(yuǎn)場(chǎng)彎拉應(yīng)力可達(dá)到乂0M Pa ,則孔洞或裂隙邊界切向應(yīng)力a 0=3 0 ,3 = MPa。這樣的切向應(yīng)力必導(dǎo)致 致混凝土板幵裂。 對(duì)于有些不規(guī)則的裂隙可簡(jiǎn)化為橢圓狀（Kranz,1983〉，若棉圓的長(zhǎng)短軸比a/b非常大，也即很扁，則局部應(yīng)力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力anglis，1913) 僅考慮溫度疲勞應(yīng)力0 r3=,當(dāng)存在一長(zhǎng)軸a為5mm，最 孔洞（r=lmm)時(shí)，其局部應(yīng)力為；oe [l+{2a/b)]=^ [1+(10/1)] = [oo ] = 這充分表明局部最大張應(yīng)力是出現(xiàn)在橢圓形洞穴直徑最小的部位，這種極髙 的局部張應(yīng)力就成為裂縫擴(kuò)展的主要原因。隨著斷裂尖端附近應(yīng)力的再度集中，裂縫長(zhǎng)度會(huì)不斷擴(kuò)展，直至在混凝土內(nèi) 在品質(zhì)較好（失去應(yīng)力高度集中的前提）的地方終止；否則，會(huì)形成貫通式裂縫。 而裂縫長(zhǎng)度的發(fā)展過(guò)程用斷裂張幵位移COD基本原理描述是最為適當(dāng)?shù)模寒?dāng)遠(yuǎn)場(chǎng)拉應(yīng)力Oy小于作用在（ca)區(qū)域內(nèi)的拉伸應(yīng)力t (溫度下降產(chǎn)生板體 收縮應(yīng)力時(shí)’即 Oy=Op^=l,48MPat=o^=:L88Mpa)，則：COD=d=p39。 0 /,a/ 式中混凝土彈模E=3 X104 MPa。材料的單軸屈服強(qiáng)度f(wàn)=a —為真實(shí)裂紋長(zhǎng)度；C 一為斷裂縫半長(zhǎng)。其裂縫長(zhǎng)度及寬度的發(fā)展關(guān)系見(jiàn)表2。表2路面板裂縫長(zhǎng)度及寬度的發(fā)展關(guān)系表fi (mm) a (mm)理論斷裂擴(kuò)展結(jié)晃預(yù)測(cè)10 8 724可將整塊扳縱、橫向拉斷0,5 4 362不能貫通整個(gè)板長(zhǎng)OA 872小范圍幵裂破壞 。 幾乎不會(huì)造成裂隙的擴(kuò)展注：= ? o/，a/E ? f=3a4X ^X3/(3X10^X2,0)由此可知：（1〉裂縫擴(kuò)展長(zhǎng)度與裂縫寬度成正比，與混凝土剛度及單軸屈服 強(qiáng)度成正比；（2)當(dāng)裂縫長(zhǎng)度一定，則裂縫寬度與混凝土剛度和強(qiáng)度成正比。這是水泥混凝土路面彈性模量大，容易產(chǎn)生裂縫擴(kuò)展最主要的原因所在：同 樣地，半剛性基層也屬于這種原理而不可避免地產(chǎn)生反射裂縫，為此，進(jìn)行水泥 混凝土的增塑研究是使混凝土保持高強(qiáng)低模，減少幵裂長(zhǎng)度擴(kuò)展的有效方法。在路面扳體中 I：徑為2mm的由于混凝土結(jié)構(gòu)微裂隙、孔洞等薄弱環(huán)節(jié)不可避免地存在，導(dǎo)致混凝土板體 第二章水泥混凝土路面的破壞機(jī)理及預(yù)防 19開(kāi)裂。只要微裂隙，特別是孔洞等缺陷在擴(kuò)展方向上沒(méi)有規(guī)律性（即搭接、重疊〉 存在，裂縫擴(kuò)展就無(wú)法貫通。此時(shí)，根據(jù)非貫通斷裂板體的分形效應(yīng)基本原理：K【c=A(d廣 1 嚴(yán)式中Kie —為I型應(yīng)力強(qiáng)度因子；Ko —為理想平面斷裂時(shí)的斷裂朝度； dr~為斷裂表面分形維數(shù)： A—為與材料原子結(jié)構(gòu)及彈模有關(guān)的常數(shù)。 當(dāng)非貫通斷裂板體在初始斷裂擴(kuò)展到一定程度時(shí)，板體強(qiáng)度并不因斷裂的擴(kuò) 展而降低。這解釋了混凝土在微裂紋下能正常工作的基本原理。但裂縫一旦在空 間上貫通，且達(dá)到一定的寬度，板體不連續(xù)而喪失強(qiáng)度。 能導(dǎo)致網(wǎng)裂發(fā)展的主要成因有如下幾個(gè)方面。(1) 地表水的滲人造成路面板底基礎(chǔ)強(qiáng)度失穩(wěn)(2) 路面板底基礎(chǔ)溫度穩(wěn)定性破壞(3) 水溫聯(lián)合作周產(chǎn)生的卿泥現(xiàn)象，使板體在局部脫空狀態(tài)下工作，加速了 板體內(nèi)的網(wǎng)裂進(jìn)程混凝土路面板一旦進(jìn)入網(wǎng)裂階段，若沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行維修，將在沖擊、振動(dòng)荷 載和重復(fù)荷載作用下發(fā)生板體斷裂。(1) 扳底局部脫空、錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象出現(xiàn)后，汽車(chē)行駛時(shí)造成的沖擊振動(dòng)荷載對(duì)板 的斷裂起加速破壞作用(2) 板底脫空，拉應(yīng)力明顯增大，疲勞破壞作用劇增正是由于公路路兩板不同于別的混凝土結(jié)構(gòu)，它不僅長(zhǎng)期處于野外受風(fēng)、雪、 霜、雨、太陽(yáng)、冰凍的季節(jié)性、偶發(fā)性、綜合性侵害，同時(shí)還要經(jīng)受振動(dòng)力、沖 擊力、車(chē)輛行駛荷載、溫度應(yīng)力等多種內(nèi)外力疊合的作用。因此板體是一個(gè)處在 多重復(fù)雜應(yīng)力作用的結(jié)構(gòu)物。裂縫在空間上貫通后，且達(dá)到一定的寬度，地表水 對(duì)板體下的基塾層及路基的水穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生劇烈的破壞作用，導(dǎo)致 板底產(chǎn)生沖刷、卿泥，板底出現(xiàn)脫空。最后在水的浸燭下產(chǎn)生惡性循環(huán)，板底拉 應(yīng)力過(guò)大，裂縫互相貫通而使混凝土局部板體處于網(wǎng)裂工作狀態(tài)而使局部板塊沿 網(wǎng)裂方向全面斷裂，將板體切割成互不相連的小塊體，使得路面扳整體性結(jié)構(gòu)破 壞，喪失正常使用功能。水費(fèi)潘凝土,翔MSStet …— 農(nóng)拔思賽土路賊磁工lasi長(zhǎng)度、K度的進(jìn)?^擴(kuò) 腔狀熱甜展潘你內(nèi)都終夠MM費(fèi)農(nóng)_理力as瘦業(yè)■g ,1竄形成初錄mwktk^mm^i ioim中 ？^進(jìn)―展 Iff 圖8水泥混凝