混凝土路面损坏的原因和维护

摘要:本文主要阐述了引起混凝土路面破损的主要原因和关键因素,提出了应注意的问题。

关键词:混凝土路面；损坏；注意问题

中图分类号： TU37文献标识码： A

一、混凝土路面板的破损形式

混凝土路面板损坏的表现形式有多种，如唧泥、板角断裂，断板（裂缝）、碎板、错台（沉陷）等。这些破损很少单独存在，而是一个渐进、发展、变化的过程。首先出现的是唧泥，接着出现板角断裂、断板（不含温缩断板）并伴随轻微沉陷，随着通行时间的延长及行车作用次数的增加，水泥混凝土板将一段一段断裂形成碎板并伴随严重沉陷，继而影响到相邻板，并造成相邻板的破碎并扩大，直至影响车辆通行。也就是说，混凝土路面板被损最终的表现形式是影响行车畅通的碎板及碎板加错台（沉陷）。

二、水泥混凝土路面板破损原因分析

水泥混凝土作为路面，其抗压强度一般都选择在25MPa以上，而标准轴载下，汽车轮压为0.7MPa，远小于其抗压值；即使是超限车辆，其轴重在200～250KN 之间，轮压也只在1.4～1.7MPa，这个压强仍远小于25MPa，水泥混凝土板压坏原因是水泥混凝土板抗弯拉（抗折）应力小，仅为其抗压应力的1/6～1/7，在使用过程中没有发挥其抗压能力强的优点，而是使用了抗折能力差的缺点。造成水泥混凝土路面板破损的原因有三种：一水泥混凝土路面设计的基本假设不实际是致命的内因；二气候环境变化的恶劣是外因；三超限车辆的作用是诱因.

（一）基本假设的不实际是致命的内因

水泥混凝土路面的设计是基于小挠度弹性薄板的三种基本假设，尤其是第三种关于水泥混凝土板与地基联系的假设：1）板面与地基的接触面始终是吻合的；2）板面与地基的接触面之间没有摩擦，这实际上是不可能的。

水泥混凝土路面建成通行初期，板面与地基接触为确定吻合，行车荷载由水泥混凝土板传递，地基（含基层、垫层、士基）吸收，同时给混凝土板一个反作用力，此时，水泥混凝土板呈受压状态，由于压应力较小，水泥混凝土面板不会损坏。随着时间的推移，行车荷载的反复作用，一是地基会被进一步压缩；二是塑性变形会进一步累加，如果所有基层变形都是均匀的，水泥混凝土面板随之下降，板面与地基接触是吻合的，这样水泥混凝土板便不会被破坏。事实上，水泥混凝土路面运营一段时间后，便出现了破损。原因就是在行车荷载作用，地基受应力作用而累加变形不均匀造成的，形成了混凝土板局部或部分脱空，使水泥混凝土板呈悬臂或简支受力，混凝土板受力由受压而转为受弯拉，因为水泥混凝土的抗折强度较低，所以水泥混凝土面板被折断。

造成水泥混凝土板脱空的主要三种因素。一是地基本身的不均匀性，再受压变形的肯定不均匀。地基施工检查验收中主要指标是密实度，密实度检测中，一般都是以点代面的检测，一个点合格，往往代表200㎡以上，而一块水泥混凝土面板面积大约在20㎡左右，将一均匀的水泥板放置在不均匀的地基上，形成脱空是必然的；二是行车荷载作用的不均匀性，造成地基受压后塑性变形残余累加的不均匀性，也易形成局部脱空；三是雨水渗入地基的泾流冲刷作用加剧脱空。由于前两种原因形成脱空，雨水顺着纵横缝下渗至地基，地基吸水饱和后便积聚，在行车荷载的压力下，形成泾流，冲刷地基，加剧脱空部位的扩大。常见的唧泥现象是基层结合料被掏空的表现形式，从而形成水泥混凝土板的脱空。在行车荷载作用下，对于其使用寿命是致命的。

（二）气候环境变化的恶劣影响是外因

气候环境变化影响水泥混凝土损坏的因素有：一是温度；二是雨（雪）水；三是干旱。

1、温度的影响

当冬季到来时，由于气温骤降，温度应力（拉应力）随即产生。以冬季气温0℃来计算，产生的理论温缩应力：

σ0＝α·Δｔ·E＝10-5（20～30）×30×109＝6～9MPa＞［α］＝5.0MPa；

由于水泥混凝土板与地基的摩阻约束，实际产生的温缩应力，

σ0＝

锯缝而导致断板的原因，以及水泥混凝土路面建成运营后，经过一个冬季，每一块板都和相邻板断开的原因。同时摩阻力的应力差将由地基承担，对于半刚性基层来讲，其本身的温缩应力加上应力差，最终基层也会被拉断，这就给雨水下渗到土基创造了条件。

2、雨水的影响

由于温缩的影响，以一块尺寸为5ｍ×3.5ｍ板来计算，水泥路混凝土板的顶面温缩量为，

纵向:σX ＝－L·α·Δｔ＝－5×10-5×（20～30）＝－1.0～－1.5mm

横向:σY＝－B·α·Δｔ＝－3.5．×10-5（20～30）＝－0.7～－0.97mm

由于这么大的收缩量，相邻板之间必然产生缝隙，这就是我们要求水泥混凝土面板锯缝后要灌缝的原因。那么由于灌缝材料的不可流动性及本身的温缩，相邻板在冬季产生缝隙是不可避免的。这样就为冬季雨（雪）水渗入基层及土层创造了条件，以致影响土基的稳定。

3、干旱的影响

路基在填筑过程中要求路基土达到最佳含水量附近，土基才便于压实到最大的压实度。长期干旱，水份被蒸发，特别是粘土填方路段，由于土基水份被蒸发，造成土基干缩，也会使水泥混凝土面板脱空，在行车荷载作用下，也是造成水泥混凝土板断板的一个原因。

在实际过程中，以上三个方面是相互作用，相互影响，并互为补充，共同导致水泥混凝土路面的破损。

（三）超限车辆的行驶是诱因

修好的一条路（或者废弃的路）没有行车的作用，即使质量再差，也永远会保持原状；或者是市内的水泥混凝土道路（仅通公交和小汽车），也很少会出现损坏的，而城区外的主干道上，往往会出现损坏。原因是有重车通行，特别是超限车辆的大量通行，一辆后轴重200KN的单轴双轮组车通过，按公路水泥混凝土路面设计规范折算，相当于标准轴载100KN车通过65536次（Nｓ＝σiＮi[Pi／100]16＝1×1×［200／100]16＝65536次）；而一辆后轴重60KN（城市公交）的单轴双轮组车通过，则可忽略不计（Nｓ＝1×1［60／100]16＝2.8×10-4次）。

前面已分析了地基行车荷载作用下，形成水泥混凝土板脱空，那么，在超限重车的作用下，形成脱空板会更快，使新建的路提前损坏。

三、混凝土路面早期病害的预防措施

① 优化设计。路基、路面应作为整体进行综合设计，选用合理的基层、面层结构和建筑材料，强化路面防水设计，沥青面层层间应使用防水材料，减少沥青面层的渗水量。

② 确保路基、路面施工质量。路基是路面的基础，是路面结构的承载体，只有确保路基施工质量，特别是“三背”回填、软基处理、旧路加宽改建段的路基压实质量，才能减小路基沉降，保证路面稳定，防治路面产生裂缝。可以采用天然砂砾分层压实，同时增加预压和基地处理等措施。路面施工时严格控制混合料配合比，提高路面压实质量，保证路面水稳定性，防止路面出现水损害。路面硬路肩在结构上采用无砂混凝土，使面层层间水能顺利排出，在施工时优先施工硬路肩且严控高程。

③ 严格控制路面材料质量。路用沥青或改性沥青的采购管理，除应选择有良好高、低温性能，抗老化性能，含蜡量低，高黏度的优质国产或进口沥青外，还要对沥青储存、运输及检验手段进行严格管理。可以在实际项目中进行专库专管和GPS 跟踪运输等办法保证沥青质量。改性沥青采用工厂加工成品采购，避免现场加工时因改性剂、稳定剂添加数量不够或现场搅拌时间不够引起的质量问题。路面用集料是保证路面质量的最重要因素，目前我区路面用集料没有相对固定的料场，在路面施工时可由各施工单位自行加工，以保证各种集料指标满足技术要求。同时建议路面集料岩性尽可能选用玄武岩或中性岩。由于条件限制不得不使用酸性石料时，必须采用干燥的磨细消石灰粉或生石灰粉作为抗剥落剂，以增强集料与沥青的黏附性。矿粉由专门的水泥厂选用合格石料进行加工生产，从而保证其质量。

结束语

混凝土路面在使用中，必须对其使用质量进行定期的调查评价，以便有计划地修补和改善，使混凝土路面能够保持经常良好的服务功能。

参考文献：

[1]赵宗学,曹忠利. 水泥混凝土路面损坏原因及维修策略分析[J]. 民营科技,2011,09:281.

[2]罗宏伟,韦海涛,傅琴. 沥青路面基于裂缝率的路面损坏状况研究[J]. 公路交通科技(应用技术版),2013,09:101-103.