水泥混凝土路面板破坏的原因及其防治.doc

44 水泥混凝土路面板破坏的原因及其防治 杨居荣 文顺保 （南昌市公路管理局 南昌 330077)摘 要：通过对省内 320、105 国道的水泥混凝土路面板的破坏调查，针对混凝土板破坏的不同类型及特点，从设计、施工分析和找出水泥混凝土面板的破损病因，并结合实际地提出预防和处理对策。关键词：道路工程；水泥混凝土路面；破坏原因；防治 0 前 言 我省地处南方，属多雨潮湿地带，随着我国特别是我省水泥混凝土路面修筑里程的不断增加，尤其是我省省会主要几条出口路 320、105、316 国道基本都为 90 年代修建的水泥混凝土路面，养护和维修的任务也越来越重，由于国道交通量成倍增长，重车、超重车的超常行驶，使路面出现大面积损坏，严重影响道路行使安全，其使用性能将迅速下降。近年来，针对 320、105 国道水泥混凝土路面损坏进行全面系统调查分析，找出混凝土板损坏原因和病因所在，从设计、施工分析和找出水泥混凝土面板的破坏病因，针对性地提出了相应的预防和处治方案。1 水泥混凝土路面板破坏及原因 水泥混凝土路面板破坏的传统成因：交通量明显增大，重型交通车辆增多，超载现象极为严重；施工质量存在一定的缺陷 ；路面因混凝土早期收缩及混凝土徐变产生的裂缝而导致结构破坏；唧泥现象产生后，使混凝土板脱空而导致破坏；超设计交通量，使混凝土板产生疲劳断裂及各种因素导致的断裂。1.1 板块脱空、断板及孔洞 1.1.1 板块脱空 一般情况下，经车辆行驶水泥混凝土路面使用 3-4 年后，由于各种原因，会出现一批断板，此时要对原有的混凝土路面及时地进行一次大修，将已经产生的断板立即更换，否则，大量的水分渗入到基层上，再加上超载车辆或大型车辆的数量增多，将会造成断板的速度成倍的增长。我省属南方多雨地区、水从水泥混凝土路面接缝处和断板处以及路肩等处渗入到基层顶面，在车辆的动荷载作用下，从板缝处唧出泥浆，将早期强度不高的基层中的细料一同带出，周而复始，形成板块脱空，脱空后的板块缺少必需的支撑和基层对面板的约束，受荷载的作用形成断板，断板的出现又加速了路面渗 收稿日期：2005-03-31 水，反复循环，使断板数迅速增加。1.1.2 断板 早期断板产生尚有其他的因素，如路基的不均匀沉降；施工停顿时间过长，产生冷缝但未按工作缝进行处理；切缝太迟，缝深不足，使面板在较薄处形成应力集中，产生收缩断裂。原因一是昼夜很大的温差,造成板块中间的应力过大,来不及释放,超过板自身的承受能力,使板断裂。二是板块的基础不均匀沉降，使板脱空，产生过大应力而断裂。1.1.3 孔洞 混凝土路面板表面呈现破损和孔洞,磨耗层局部脱落等现象.其原因是:1、施工质量差，或混凝土料中夹带朽木，纸张和泥块等杂物；2、行驶在路面的特种车辆、机械在路上行走时，金属硬轮等撞击、摩擦路面而形成破损。1.2 接缝的破坏 接缝是水泥混凝土板块的薄弱部位，一旦填缝材料老化损坏，冬季水泥混凝土板块收缩，填缝料与板块之间被拉开形成空隙，雨雪水渗入路基，造成板块唧泥。此外，坚硬的石子落入缝内，夏天板块受热膨胀，石子易将板块边挤碎，同时失去伸缩功能。另外，由于施工中没有严格按照施工图和规范要求施工传力杆，部分传力杆因为两端被固定，在温度发生变化时，无法满足胀缩的要求，接缝将被挤裂；由于地基的不均匀沉降、板块脱空等，使相邻板块之间形成错台，当车辆驶过时，接缝同样也会遭遇到破坏。1.3 裂缝 路面裂缝是水泥混凝土路面主要病害之一，混凝土板面的表面裂缝主要由混凝土混合料的早期过快失水干缩和碳化收缩引起的。水泥混凝土配合比设计的水泥用量、水灰比等不合理，水泥的品质不稳定，早期养护不及时；施工中存在操作不规范的行为，撒干水泥粉、洒水等以及尽早抹平、收光，在振捣过程中有过振现象，造成混凝土表面砂浆过多，这些都是造成裂纹（包括龟裂）的主要原因。混凝土板块裂缝有表面裂缝和贯穿裂缝。裂缝有横向裂缝、纵向裂缝、43 交叉裂缝，归纳其原因有几方面：混凝土硬化过程出现的干缩裂缝；由热胀冷缩引起的冷缩裂缝；施工切缝不及时出现裂缝等等。1.3.1 龟裂 混凝土路面龟裂也称塑性收缩裂缝,是混凝土浇筑后尚处于塑性状态时,由于表面水分蒸发过快而产生的裂缝,这类裂缝的缝隙多在表面出现,形状不规则长短宽窄不一,呈龟裂状,肉眼可见,深度一般不超过 5mm。这类裂缝对结构性能影响不大，但外观难看。产生的原因主要是混凝土浇筑后，表面没有及时覆盖，特别是在炎热或大风天气，混凝土表面水分蒸发过快，或者是基础吸水过快，造成混凝土急迅收缩，这时混凝土尚没有强度，不能抵抗收缩产生的应力，从而导致龟裂。施工季节也会造成混凝土浇筑完后而出现裂纹，如初冬季节施工混凝土路面，白天和夜晚温差较大时，白天施工完后，晚上突然降温，当保养不及时，会出龟裂现象。1.3.2 开裂 开裂是混凝土板呈纵向或斜向断开的裂缝。这类裂缝短则几十 cm,长则十几 m。这类裂缝的修补和处理比较困难，一般以预防为主。原因有如下几方面：一是施工上的原因，如基层没处理好，出现不均匀沉降，接茬不良，混凝土摊铺厚度不均匀，振捣不密实，切缝深度不足，胀缝没有设置好。二是使用上的原因，混凝土龄期没有到，过早开放交通。1.4 其它常见的病害 水泥路面由于在设计施工过程中，所用的材料，施工工艺，基层强度的影响，以及施工季节的影响，其破坏的形成多种多样，除上述几种病害外，还有其变形类如混凝土板的错台、沉陷、拱起，板角断裂等等。其表面损坏有：起皮剥落，麻面露骨松散等等。其原因绝大多数是由于施工引起的也有路基或基层强度不足，施工引起的主要是振倒不实，强度相对较小；施工中水灰比过大；缝内进入杂物；混凝土表面灰浆不足，洒水造成路面强度不足，水泥质量较差或用量较少时都会引起上述病害产生。2 预防对策 混凝土板面的破坏，形式多种多样。引起的原因既有设计方面，也有施工及使用过程中；因此，预防混凝土板的病害既要考虑设计方面，又要考虑地理环境，季节气候，更要从施工方面诸多因素综合预防。2.1 优化设计 为了更好的解决水泥混凝土板块脱空、断板、裂缝等问题，在基层顶面的横坡设计以及道路的排水设计方面要充分考虑排水顺畅，在路肩设计时，应采用透水性好的材料填筑，在路缘石下间隔一定的距离设置泄水孔，以利于地表水和渗入基层顶的水能及时排出。没有自由水的存在，水泥混凝土板块的唧泥现象会明显减少。一般道路可以采用贫混凝土基层防止冲刷，高等级道路基层采用二灰碎石或水泥稳定碎石时，可在基层顶面设置一层沥青下封层作为密封层。2.1.1 路面结构的优化 鉴于我国水泥混凝土路面滑模施工技术已达到国际先进水平,可以实现在公路路面的任何部位实施高速、可靠的机械化施工。因此，应该考虑采用复合路面结构，由碾压式水稳基层吸收、排走渗透水，而不致于造成水份往更深层次渗入形成如前所述的路面断裂破坏链。此外采用改性沥青改善路面的使用性能。2.1.2 加强路面排水设计 我省属平原地带，由于南方多雨、潮湿，且地势低洼，设计时尤其要注重地下水和路基高度的问题，同时，更需注重路面排水设施的设计。2.1.3重视水泥混凝土路面损坏修补技术研究 材料的研制开发：主要有裂缝修补材料，接缝修补材料的板块修补材料，罩面材料；成熟材料的应用；修补方法；修补工艺。根据“防重于治”的原则，尽早针对板块、沉陷、脱空、开裂、断板采取有效的维修措施，充实、加固板底，加强基础整体强度。水泥混凝土板下灌浆技术是一种通过在板块钻孔、板下灌注水泥浆液、水泥粉煤灰浆液、水泥砂浆，充实板底脱空空隙，恢复密贴均匀支撑、加固基层、垫层，达到稳定水泥板块，改善路面通车状况的方法。针对 320、105 国道路面损坏较严重的情况，通过对其损坏板的灌浆实践，从养护的角度，参照公路养护技术规范有关条款，取得了明显的效果。2.1.4 运用钢纤维混凝土技术 这了克服水泥混凝土抗折强度低,抗裂性差,脆性大的缺点,在混凝土中掺入一定数量的纤维,通过纤维增加,提高混凝土的抗拉、抗剪、抗冲击强度，降低脆性。纤维增强水泥混凝土是水泥地路面板修补使用的材料之一。常用的增强纤维有石棉、玻璃、纤维、钢纤维以及其它化学纤维。目前采用最多的是钢纤维。2.2 施工过程中的质量控制 2.2.1 加强原材料的质量控制 原材料是工程质量的根本，要加强对水泥、碎石、砂、水外掺剂等质量的控制，特别是水泥的品质，将直接影响混凝土的裂缝与否，砂、碎石的含泥量等将影响混凝土的强度。44 只有合格的原材料，才能保证生产出合格的混凝土。2.2.2 控制施工质量 路基和基层施工时应严格控制施工质量。如填挖交界、零填和挖方段，路基施工处理不好，强度不均匀，这此部位的路面板裂缝较多；个别混凝土面层芯样抗压强度较低，没有达到设计要求；浇筑混凝土时振捣不密实。施工时首先要求基层的强度、压实度符合设计和规范的要求，严格控制混合料中的细料用量；其次要认真检查基层的横坡度，保证渗入基层的水顺畅排出；最后要测量基层的高程，前提是宁低勿高，使混凝土板块的厚度得以保证，特别是行车道外侧的混凝土板厚，并且要清除基层顶的薄层贴补和松散的基层混合料。如设置下封层，要检查下封层的完整性，被破坏的地方待补好后方可施工混凝土面板。另外，还要在浇路基的不均匀沉降，要采取如增加土工织物或其他有效的办法进行补强。2.2.3 严格控制混凝土的施工配合比 水泥混凝土施工配合比的准确与否是水泥混凝土的抗压强度、抗弯拉强度达到设计要求的最根本的前提，所以，在施工过程中，要根据砂、碎石的实际含水量及混凝土的室内配合比适时调整每天生产的实际用水量和其他材料的用量，特别不能通过增加水泥用量来求得合适的塌落度而忽视水灰比这个重要的指标，过多的水泥用量将造成混凝土表面的干缩裂缝。2.2.4 严格控制施工工艺 控制施工工艺是减少混凝土板破坏的关健，首先是考虑设置传力杆的问题。传力杆丧失传荷能力，面板周边产生过大的荷载应力、翘曲应力，致使面板产生裂缝；当板角承受较大的应力作用，容易造成板角断裂；接缝处传力较弱或破坏，板下面存在空隙、软弱的垫层，加上荷载的作用，使板产生振动并在接缝处出现唧泥，最终导致错台。其次混凝土的拌和要有足够的时间，拌出的混凝土较均匀；混凝土的振捣要按规范要求振捣密实并不过振，过振将造成混凝土表面的砂浆过多，致使混凝土表面塑性变形增大，产生裂缝；在收光、抹面时禁止采用撒干水泥、洒水、加铺水泥浆等不规范的方法。再次切缝时间要适时，不宜太迟。目前，混凝土施工一般采用振动梁或摊铺机长线作业，每天施工的段落较长，一定时间后混凝土的内部应力较大，如果不及时切缝，将会在薄弱处产生裂缝；在某些季节，昼夜温差较大，也容易产生收缩裂缝。切缝要有足够的深度，切缝不能太浅，否则在薄弱处仍会出现应力集中，产生裂缝。此外混凝土的养生是混凝土质量保证的重要环节，也是施工人员容易忽视的一个方面。如果养生过早，混凝土表面的砂浆容易起皮、脱落，平整度也很差；如果养生不及时，混凝土表面失水过快，造成干缩裂缝；如果养生不够，混凝土没有足够的水分进行水化反应，水化热较高，造成混凝土被“烧灼”。2.2.5 钢纤维混凝土的修补或加铺层 钢纤维混凝土是一种纤维型与颗粒型相混合而成的复合材料，通过其两者之间的界面作用成为一体，在受力过程中两材料各施所长，显著地提高了混凝土各项性能指示，纤维混凝土的抗拉强度、抗弯强度与抗剪强度高；在动力荷载下，抗冲击性能好，抗弯、抗冲击韧性优异，耐疲劳寿命长，并具有良好的阻止和抑制因温度应力引起裂缝产生与扩展的能力。此外，纤维混凝土的抗冻性与耐磨性能良好，因而可减小路面厚度和延长路面的使用年限。2.3 混凝土路面使用期病害的预防 2.3.1 保证路面排水系统的通畅 水冲刷是混凝土路面损害的主要病害，保证路面排水系统的通畅。沥青混凝土硬路肩的修补要严格控制高度，不能高出水泥混凝土的最低点（设超高段除外），保证路面横坡的自然排水功能；及时清理堵塞边坡泄水孔的杂物；多雨地区可以适当降低路缘石高度加速排水。2.3.2 防止新建水泥混凝土路面断裂 由上述对混凝土板的破坏机制分析可知：板体内部存在某些缺陷是内因，重复性超载、超限大交通流量是外因，地表水及地下水渗入板体基础造成水、温稳定性失效，改变板底基础受力条件是加速板体局部断裂，致使路面失去正常使用功能的催化剂。因此，应重视传统路面结构的改善。2.3.3早期胀缝的破坏及板块的裂缝及时处理 胀缝破坏主要是指接缝的地方因温度等影响因素而产生的挤碎、错台等，或者因为胀缝所用的填充材料因气候等因素影响产生老化、脆裂；对已被破坏的胀缝中的填缝料进行清理换填，管养人员要特别注重。填缝料有它的使用期限，如：沥青及塑料胶泥类填缝料使用1 年-2 年后，聚胺脂和橡胶类填缝料使用 2 年-3 年后均应补灌或重灌。混凝土板块的裂缝应尽早灌缝密封，若不能及时密封，路面表面的水分极易通过板缝渗入基层上，形成板块脱空、断板破坏。2.3.4 加强对超载车辆的管制 轴荷载随着超限的 43 增大而增大。车辆在路面上的超载和超限行驶，加剧路面的损害。公路的管养部门配合有关职能部门要加强对超载车辆的检查和控制这些车辆驶入，这些车辆对有“桥头跳车”的桥梁伸缩缝会造成极大的破坏。2.3.5 及时更换已断裂的板块，防止大量渗水引起更多板块的唧泥、脱空 新建水泥混凝土路面竣工后，经多年车辆行驶后，一般是 3 年-4 年，就会出现一批断板，此时要对原有的混凝土路面进行大修，将已经产生的断板立即更换，否则，大量的水分渗入到基层上，再加上超载车辆或大型车辆的数量增多，将会造成断板的速度成倍的增长，所以要及时更换已断裂的板块。对板块脱空未断裂的板块应及时灌浆。3 结 语 综上所述，混凝土路面的损坏预防和处治，以及 前面所涉及的混凝土板的病害损坏，均是相辅相承，互相关联的。要从实际问题出发，仔细考虑病害和损坏的原因，尤其在过去的设计、施工及管养过程中存在的不足，力求从工程设计时就要充分认识水冲刷破坏的严重程度并在设计中加以改进；施工单位在工程施工前要建立完善的质量保证体系；施工监理尤其是旁站监理要注意控制施工过程中的质量问题；管养人员对已经出现的病害要认真调查，及时维修。总之，要在各个环节克服混凝土板块和桥面铺装可能出现的病害，充分发挥水泥混凝土路面的优点。参考文献：1 JTJ01294,公路水泥混凝土路面设计规范S.2 吴初航等.水泥混凝土路面施工及新技术M.北京:人民交通出版社,2000(第一版).0 万 U 豆体验卡 卡号：50D890668267e3349e33 密码：686d03401eefba96faba 奖品名称：500 万 U 豆体验卡 卡号：50De7a00c543af387fc0 密码：b26488ce65abc1787202 奖品名称：500 万 U 豆体验卡 卡号：50Dbac638 85c802fd52e 密码：3d1c344384327b85efff 奖品名称：500 万 U 豆体验卡 卡号：50Dd97f0765bdf6998a3 密码：48db1c14e42a2b321fac 奖品名称：500 万 U 豆体 50D61 215eb41ae3cc919 密码：25bffae5346e7b7d2548 奖品名称：100 万 U 豆体验卡 卡号：10D1cab621456ab278ab 密码：709f65f32865af2559c2 奖品名称：100 万 U 豆体验卡 卡号：10D8f1d6a4b953f3474e 密码：6e2e4017cce30dc7e055 奖品名称：100 万 U 豆体验卡 卡号：10Dd1fc6d6dd529b6892 密码：a5dbdd8338f91d2c0701 44 奖品名称：100 万 U 豆体验卡 卡号：10D08377b71d4374262b 密码：1d7a7c21ebd99b798a54