水泥混凝土路面耐久性思考(張起森)

1、長(zhǎng)沙理工大學(xué)長(zhǎng)沙理工大學(xué) 張起森教授張起森教授 清華大學(xué)清華大學(xué) 廉惠珍教授廉惠珍教授2005年06月 問題的提出問題的提出 水泥砼的變形特性水泥砼的變形特性 路基沉降與砼路面材料特性路基沉降與砼路面材料特性 水泥砼路面的耐久性設(shè)計(jì)思考水泥砼路面的耐久性設(shè)計(jì)思考結(jié)構(gòu)耐久性問題（如抗磨性、抗沖擊韌結(jié)構(gòu)耐久性問題（如抗磨性、抗沖擊韌性、抗凍性、抗?jié)B水性、耐鋼筋銹蝕性、性、抗凍性、抗?jié)B水性、耐鋼筋銹蝕性、耐腐蝕性、耐堿集料反應(yīng)等耐久性問題）耐腐蝕性、耐堿集料反應(yīng)等耐久性問題）水泥砼路面問題水泥砼路面問題（1）在世界范圍內(nèi)，不少砼工程僅在服役了約）在世界范圍內(nèi)，不少砼工程僅在服役了約三、四十年左右便進(jìn)

2、入老化期，為此而進(jìn)行的大三、四十年左右便進(jìn)入老化期，為此而進(jìn)行的大修或更換不但造成巨大經(jīng)濟(jì)損失而且引發(fā)了嚴(yán)重修或更換不但造成巨大經(jīng)濟(jì)損失而且引發(fā)了嚴(yán)重社會(huì)問題。社會(huì)問題。（2）許多發(fā)達(dá)國(guó)家每年花在建筑維修的費(fèi)用早）許多發(fā)達(dá)國(guó)家每年花在建筑維修的費(fèi)用早就超過了新建費(fèi)用，如英國(guó)就超過了新建費(fèi)用，如英國(guó)1978年的砼建筑維修年的砼建筑維修費(fèi)上升到費(fèi)上升到1965年的年的3.76倍，倍，1980年的維修費(fèi)占總年的維修費(fèi)占總費(fèi)用的費(fèi)用的2/3。美國(guó)聯(lián)邦公路署。美國(guó)聯(lián)邦公路署1989年提交給美國(guó)國(guó)年提交給美國(guó)國(guó)會(huì)的一份報(bào)告會(huì)的一份報(bào)告國(guó)家公路和橋梁現(xiàn)狀國(guó)家公路和橋梁現(xiàn)狀指出，積指出，積壓著有待維修的橋梁需

3、花費(fèi)壓著有待維修的橋梁需花費(fèi)1550億美元。美國(guó)每?jī)|美元。美國(guó)每年用于砼工程的維修費(fèi)則高達(dá)年用于砼工程的維修費(fèi)則高達(dá)300億美元，由除億美元，由除冰鹽引起鋼筋銹蝕而限載通車的公路橋梁已占全冰鹽引起鋼筋銹蝕而限載通車的公路橋梁已占全部橋梁的部橋梁的1/4。（3）我國(guó)進(jìn)行大規(guī)模土建工程建設(shè)的時(shí)期還非常）我國(guó)進(jìn)行大規(guī)模土建工程建設(shè)的時(shí)期還非常短，但工程耐久性問題已暴露得非常突出。如我國(guó)短，但工程耐久性問題已暴露得非常突出。如我國(guó)第一座城市立交橋北京西直門立交橋只使用了第一座城市立交橋北京西直門立交橋只使用了19年年就到了非拆不可的地步，天津中環(huán)路上的橋梁僅僅就到了非拆不可的地步，天津中環(huán)路上的橋梁僅

4、僅使用了約使用了約1516年后，已有一些需要大修或更換的。年后，已有一些需要大修或更換的。山東濰坊辛沙公路上的白浪河大橋地處鹽堿地區(qū)，山東濰坊辛沙公路上的白浪河大橋地處鹽堿地區(qū)，建成使用不到十年，現(xiàn)已發(fā)生主筋保護(hù)層大片剝落、建成使用不到十年，現(xiàn)已發(fā)生主筋保護(hù)層大片剝落、主筋截面銹蝕缺損，必須報(bào)廢重建。虎門大橋的部主筋截面銹蝕缺損，必須報(bào)廢重建?；㈤T大橋的部分引橋橋墩，由于施工質(zhì)量問題，鋼筋籠偏置，造分引橋橋墩，由于施工質(zhì)量問題，鋼筋籠偏置，造成一側(cè)的砼保護(hù)層不足，建成僅成一側(cè)的砼保護(hù)層不足，建成僅5年就因鋼筋銹蝕年就因鋼筋銹蝕引起表層砼脹裂。引起表層砼脹裂。80年代建造的貴州遵義紅軍紀(jì)念年代建

5、造的貴州遵義紅軍紀(jì)念塔大型砼雕塑群，在酸雨作用下，已出現(xiàn)砼表面坑塔大型砼雕塑群，在酸雨作用下，已出現(xiàn)砼表面坑蝕、骨料外露和砼沿鋼筋縱向開裂、保護(hù)層剝落等蝕、骨料外露和砼沿鋼筋縱向開裂、保護(hù)層剝落等現(xiàn)象。即使像北京人民大會(huì)堂或北京展覽館這樣顯現(xiàn)象。即使像北京人民大會(huì)堂或北京展覽館這樣顯赫的建筑物，也不能逃脫鋼筋嚴(yán)重銹蝕后翻修加固赫的建筑物，也不能逃脫鋼筋嚴(yán)重銹蝕后翻修加固的厄運(yùn)。的厄運(yùn)。水泥混凝土路面在我國(guó)應(yīng)用已有多年歷史。它的較水泥混凝土路面在我國(guó)應(yīng)用已有多年歷史。它的較大規(guī)模應(yīng)用可追朔到大規(guī)模應(yīng)用可追朔到58年我國(guó)大躍進(jìn)年代，但水泥年我國(guó)大躍進(jìn)年代，但水泥混凝土路面的現(xiàn)代化建設(shè)則是近十幾年開

6、展起來的?；炷谅访娴默F(xiàn)代化建設(shè)則是近十幾年開展起來的。水泥混凝土路面作為一種主要路面結(jié)構(gòu)形式，以其水泥混凝土路面作為一種主要路面結(jié)構(gòu)形式，以其使用年限長(zhǎng)，不易損壞，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，自使用年限長(zhǎng)，不易損壞，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，自90年年代以來，在我國(guó)取得了飛速發(fā)展，水泥混凝土路面代以來，在我國(guó)取得了飛速發(fā)展，水泥混凝土路面修建技術(shù)不斷提高。但是，水泥混凝土路面產(chǎn)生的修建技術(shù)不斷提高。但是，水泥混凝土路面產(chǎn)生的開裂、斷板、錯(cuò)臺(tái)、沉陷等病害，使混凝土路面的開裂、斷板、錯(cuò)臺(tái)、沉陷等病害，使混凝土路面的使用壽命大大下降，路面完好率受到嚴(yán)重影響，如使用壽命大大下降，路面完好率受到嚴(yán)重影響，如京滬高速公路濟(jì)泰

7、段，由于病害影響，現(xiàn)已全面白京滬高速公路濟(jì)泰段，由于病害影響，現(xiàn)已全面白改黑。改黑。水泥混凝土路面的破壞并不是都因強(qiáng)度不足引起水泥混凝土路面的破壞并不是都因強(qiáng)度不足引起的，路面板損壞的，路面板損壞90以上是從邊角開始，其主要以上是從邊角開始，其主要是因?yàn)樗謴慕涌p處下滲，把面板下各結(jié)構(gòu)層泡是因?yàn)樗謴慕涌p處下滲，把面板下各結(jié)構(gòu)層泡軟、沖散，使面板處于不連續(xù)支持狀態(tài)；或石子軟、沖散，使面板處于不連續(xù)支持狀態(tài)；或石子從接縫處進(jìn)去，形成支點(diǎn)，把面板頂翹壞；或者從接縫處進(jìn)去，形成支點(diǎn)，把面板頂翹壞；或者由于面板日夜上下反復(fù)翹曲變形等原因。這些問由于面板日夜上下反復(fù)翹曲變形等原因。這些問題并不是僅通過提

8、高砼強(qiáng)度能得到解決的，而是題并不是僅通過提高砼強(qiáng)度能得到解決的，而是必須通過加強(qiáng)抗磨性、抗沖擊韌性、抗凍性、抗必須通過加強(qiáng)抗磨性、抗沖擊韌性、抗凍性、抗?jié)B水性、耐鋼筋銹蝕性、耐腐蝕性、耐堿集料反滲水性、耐鋼筋銹蝕性、耐腐蝕性、耐堿集料反應(yīng)等耐久性設(shè)計(jì)來改善應(yīng)等耐久性設(shè)計(jì)來改善在此，在此，主要結(jié)合水泥砼材料特性對(duì)水泥砼路面早主要結(jié)合水泥砼材料特性對(duì)水泥砼路面早期開裂病害進(jìn)行原因分析并針對(duì)影響水泥砼路面期開裂病害進(jìn)行原因分析并針對(duì)影響水泥砼路面耐久性的因素對(duì)耐久性設(shè)計(jì)問題進(jìn)行討論耐久性的因素對(duì)耐久性設(shè)計(jì)問題進(jìn)行討論水泥砼路面早期破壞水泥砼路面早期破壞經(jīng)鋪筑裝備和技術(shù)的大規(guī)模引進(jìn)經(jīng)鋪筑裝備和技術(shù)的大

9、規(guī)模引進(jìn)、消化和吸收，消化和吸收，我國(guó)水泥混凝土路面的施工質(zhì)量與技術(shù)已日趨接我國(guó)水泥混凝土路面的施工質(zhì)量與技術(shù)已日趨接近國(guó)外先進(jìn)水平。然而，我國(guó)建成的水泥混凝土近國(guó)外先進(jìn)水平。然而，我國(guó)建成的水泥混凝土路面早期斷板開裂的現(xiàn)象仍然嚴(yán)重。在建成后的路面早期斷板開裂的現(xiàn)象仍然嚴(yán)重。在建成后的一年質(zhì)保期內(nèi)就發(fā)生嚴(yán)重開裂的現(xiàn)象，在全國(guó)各一年質(zhì)保期內(nèi)就發(fā)生嚴(yán)重開裂的現(xiàn)象，在全國(guó)各地并不少見。地并不少見。我國(guó)水泥混凝土路面病害的主要特我國(guó)水泥混凝土路面病害的主要特征為先開裂后斷板。征為先開裂后斷板。以下是京珠高速公路某施工標(biāo)段路面早期開裂典以下是京珠高速公路某施工標(biāo)段路面早期開裂典型實(shí)例。該路段的路面施工完

10、成后約半年，沿縱型實(shí)例。該路段的路面施工完成后約半年，沿縱向接縫的兩旁發(fā)生大量縱向連續(xù)裂縫，局部有橫向接縫的兩旁發(fā)生大量縱向連續(xù)裂縫，局部有橫向裂縫。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，裂縫累積長(zhǎng)度約占施工標(biāo)向裂縫。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，裂縫累積長(zhǎng)度約占施工標(biāo)段總長(zhǎng)的段總長(zhǎng)的70%。在澆灌環(huán)氧膠進(jìn)行修補(bǔ)后一個(gè)月，。在澆灌環(huán)氧膠進(jìn)行修補(bǔ)后一個(gè)月，裂縫寬度仍在繼續(xù)擴(kuò)展?，F(xiàn)場(chǎng)情況詳見照片裂縫寬度仍在繼續(xù)擴(kuò)展?，F(xiàn)場(chǎng)情況詳見照片京珠高京珠高速某施速某施工標(biāo)段工標(biāo)段 施工方技術(shù)負(fù)責(zé)人介紹，本單位為創(chuàng)優(yōu)施工方技術(shù)負(fù)責(zé)人介紹，本單位為創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程的業(yè)績(jī)，在該路段的路面施工中質(zhì)工程的業(yè)績(jī)，在該路段的路面施工中采用了高于施工標(biāo)書要求的質(zhì)量控制目采用

11、了高于施工標(biāo)書要求的質(zhì)量控制目標(biāo)，內(nèi)定的混凝土彎拉強(qiáng)度目標(biāo)為標(biāo)，內(nèi)定的混凝土彎拉強(qiáng)度目標(biāo)為6MPa以上，以上，實(shí)際都在實(shí)際都在6. 5MPa左右左右。沒有想到，。沒有想到，唯獨(dú)在他們的施工標(biāo)段內(nèi)發(fā)生了這樣大唯獨(dú)在他們的施工標(biāo)段內(nèi)發(fā)生了這樣大面積的開裂質(zhì)量事故，令他們無論如何面積的開裂質(zhì)量事故，令他們無論如何想不通！想不通！l從當(dāng)時(shí)過往的車流量看，車輛往來稀疏（京珠從當(dāng)時(shí)過往的車流量看，車輛往來稀疏（京珠高速尚未全線貫通）；相鄰施工標(biāo)段也未見類高速尚未全線貫通）；相鄰施工標(biāo)段也未見類似現(xiàn)象。在現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范中，似現(xiàn)象。在現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范中，彎拉強(qiáng)度是水泥混凝土質(zhì)量的控制性指

12、標(biāo)?；鞆澙瓘?qiáng)度是水泥混凝土質(zhì)量的控制性指標(biāo)?；炷翉澙瓘?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值隨交通等級(jí)提高而增加，凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值隨交通等級(jí)提高而增加，特重交通等級(jí)要求為特重交通等級(jí)要求為5. 0MPa。在該思想指導(dǎo)。在該思想指導(dǎo)下，似乎混凝土的彎拉強(qiáng)度應(yīng)該越高越好！下，似乎混凝土的彎拉強(qiáng)度應(yīng)該越高越好！l而裂斷病害的頻發(fā)現(xiàn)象已給出提示，而裂斷病害的頻發(fā)現(xiàn)象已給出提示，彎拉強(qiáng)度彎拉強(qiáng)度作為水泥混凝土的設(shè)計(jì)控制性指標(biāo)并不完善，作為水泥混凝土的設(shè)計(jì)控制性指標(biāo)并不完善，僅有填料的最小強(qiáng)度及壓實(shí)度作為路基施工的僅有填料的最小強(qiáng)度及壓實(shí)度作為路基施工的控制性指標(biāo)存有重大缺陷?？刂菩灾笜?biāo)存有重大缺陷。水泥砼的變形特性水泥砼的變形特

13、性普通水泥混凝土普通水泥混凝土典型受拉變形曲線典型受拉變形曲線水泥混凝土的受力變形規(guī)律水泥混凝土的受力變形規(guī)律水泥混凝土硬化早期的變形規(guī)律水泥混凝土硬化早期的變形規(guī)律 圖中：曲線中圖中：曲線中的的C點(diǎn)為強(qiáng)度點(diǎn)為強(qiáng)度極，曲線中的極，曲線中的E點(diǎn)為初始裂點(diǎn)為初始裂縫出現(xiàn)位置縫出現(xiàn)位置（1）強(qiáng)度標(biāo)號(hào)的影響）強(qiáng)度標(biāo)號(hào)的影響 混凝土的強(qiáng)度標(biāo)號(hào)越高，其初裂點(diǎn)混凝土的強(qiáng)度標(biāo)號(hào)越高，其初裂點(diǎn)E對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)酱?；但?duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)酱?；但?qiáng)度標(biāo)號(hào)超過強(qiáng)度標(biāo)號(hào)超過C50/C55后，初裂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變反而逐漸后，初裂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變反而逐漸變小。即強(qiáng)度標(biāo)號(hào)的影響存在一拐點(diǎn)：過高的強(qiáng)度標(biāo)號(hào)，變小。即強(qiáng)度標(biāo)號(hào)的影響存在一拐點(diǎn)：過高的

14、強(qiáng)度標(biāo)號(hào)，反而會(huì)使混凝土的初裂應(yīng)變減??；用彎拉應(yīng)力描述，就反而會(huì)使混凝土的初裂應(yīng)變減?。挥脧澙瓚?yīng)力描述，就是混凝土發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度較?。ù嘈暂^高）是混凝土發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度較?。ù嘈暂^高）（2）集料粒度的影響）集料粒度的影響 粗集料的平均粒徑減小，其初裂點(diǎn)粗集料的平均粒徑減小，其初裂點(diǎn)E對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)酱蟆?duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)酱?。即減小集料的粒徑，混凝土發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓即減小集料的粒徑，混凝土發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度較大（脆性較低）度較大（脆性較低）（3）聚合物外加劑的影響：）聚合物外加劑的影響：在水泥混凝土中摻入在水泥混凝土中摻入5%以以上的聚合物，其初裂點(diǎn)上的聚合物，其初裂

15、點(diǎn)E對(duì)應(yīng)的應(yīng)變明顯增大。即混凝土發(fā)生初始裂縫對(duì)應(yīng)的應(yīng)變明顯增大。即混凝土發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度增大（脆性較低）前的可彎曲撓度增大（脆性較低） （4）礦物摻和料的影響：）礦物摻和料的影響：相同標(biāo)號(hào)的混凝土，礦物摻和相同標(biāo)號(hào)的混凝土，礦物摻和料較大時(shí)，其初裂點(diǎn)料較大時(shí)，其初裂點(diǎn)E對(duì)應(yīng)的應(yīng)變較大，即混凝土發(fā)生初始裂縫前的可對(duì)應(yīng)的應(yīng)變較大，即混凝土發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度較大（脆性較低）彎曲撓度較大（脆性較低） 總之，總之， 采用粒徑較小的的集料、摻入適當(dāng)聚采用粒徑較小的的集料、摻入適當(dāng)聚合物或較多礦物摻和料，配制強(qiáng)度不過高的水合物或較多礦物摻和料，配制強(qiáng)度不過高的水泥混凝土，其發(fā)生初始裂縫前的

16、可彎曲撓度較泥混凝土，其發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度較大（脆性較低）大（脆性較低）（3）聚合物外加劑的影響）聚合物外加劑的影響 在水泥混凝土中摻入在水泥混凝土中摻入5%以上的聚合物，其初裂點(diǎn)以上的聚合物，其初裂點(diǎn)E對(duì)應(yīng)的應(yīng)變明顯增大。對(duì)應(yīng)的應(yīng)變明顯增大。即混凝土發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度增大（脆性較低）即混凝土發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度增大（脆性較低） （4）礦物摻和料的影響）礦物摻和料的影響 相同標(biāo)號(hào)的混凝土，礦物摻和料較大時(shí)，其初裂點(diǎn)相同標(biāo)號(hào)的混凝土，礦物摻和料較大時(shí)，其初裂點(diǎn)E對(duì)應(yīng)的應(yīng)變較大，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變較大，即混凝土發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度較大（脆性較低）即混凝土發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓

17、度較大（脆性較低） 總之，總之， 采用粒徑較小的的集料、摻入適當(dāng)聚采用粒徑較小的的集料、摻入適當(dāng)聚合物或較多礦物摻和料，配制強(qiáng)度不過高的水合物或較多礦物摻和料，配制強(qiáng)度不過高的水泥混凝土，其發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度較泥混凝土，其發(fā)生初始裂縫前的可彎曲撓度較大（脆性較低）大（脆性較低）（1）化學(xué)收縮）化學(xué)收縮（水泥水化反應(yīng)，引起混凝土體積收縮（水泥水化反應(yīng)，引起混凝土體積收縮 ）：化化學(xué)收縮在混凝土硬化齡期學(xué)收縮在混凝土硬化齡期40多天時(shí)達(dá)峰值速率，多天時(shí)達(dá)峰值速率，2年左右完成約年左右完成約80%。水。水泥的摻量越大、早期強(qiáng)度越高時(shí)，混凝土的化學(xué)收縮速率越快、收縮終泥的摻量越大、早期強(qiáng)度越高

18、時(shí)，混凝土的化學(xué)收縮速率越快、收縮終值越大值越大 （2）干燥收縮）干燥收縮 （混凝土內(nèi)多余水分的遷移蒸發(fā)，引起其（混凝土內(nèi)多余水分的遷移蒸發(fā)，引起其體積收縮）體積收縮） ：長(zhǎng)齡期混凝土的干縮濕脹主要為可逆變形，也會(huì)留下少長(zhǎng)齡期混凝土的干縮濕脹主要為可逆變形，也會(huì)留下少量不可逆收縮。量不可逆收縮。 （3）溫度收縮）溫度收縮 ：水泥水化熱通常在混凝土水泥水化熱通常在混凝土4天齡期左右達(dá)峰天齡期左右達(dá)峰值，并留下一定凈收縮值。對(duì)于厚度不大的路面結(jié)構(gòu)，其影響較小。環(huán)值，并留下一定凈收縮值。對(duì)于厚度不大的路面結(jié)構(gòu)，其影響較小。環(huán)境溫度變化引起的混凝土熱脹冷縮，雖是可逆的；但其值不小，對(duì)混凝境溫度變化引起

19、的混凝土熱脹冷縮，雖是可逆的；但其值不小，對(duì)混凝土路面的影響不可小視。土路面的影響不可小視。 在水泥混凝土的硬化早期，其總的變形為不可在水泥混凝土的硬化早期，其總的變形為不可逆的凈收縮。既有設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，混凝土路面逆的凈收縮。既有設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，混凝土路面所設(shè)的橫向縮縫為假縫：即在路面板上表面切所設(shè)的橫向縮縫為假縫：即在路面板上表面切有幾厘米深的縫隙，其下部為連續(xù)澆筑的整體。有幾厘米深的縫隙，其下部為連續(xù)澆筑的整體。現(xiàn)有的大型攤鋪機(jī)?？蓡畏B續(xù)澆筑現(xiàn)有的大型攤鋪機(jī)常可單幅連續(xù)澆筑78公里，公里，中間沒有設(shè)置完全斷開的伸縮縫。當(dāng)混凝土硬中間沒有設(shè)置完全斷開的伸縮縫。當(dāng)混凝土硬化收縮時(shí)，并不一定沿橫

20、向縮縫整齊斷開，而化收縮時(shí)，并不一定沿橫向縮縫整齊斷開，而更可能在假縫附近產(chǎn)生不規(guī)則的裂紋。更可能在假縫附近產(chǎn)生不規(guī)則的裂紋。路基沉降與砼路面材料特性路基沉降與砼路面材料特性既有路基設(shè)計(jì)與施工均以填料最小強(qiáng)度及分層鋪筑既有路基設(shè)計(jì)與施工均以填料最小強(qiáng)度及分層鋪筑壓實(shí)后的壓實(shí)度作為控制性指標(biāo)。在路基建成后交壓實(shí)后的壓實(shí)度作為控制性指標(biāo)。在路基建成后交付路面施工前，對(duì)路基建成后自然沉降并無定量控付路面施工前，對(duì)路基建成后自然沉降并無定量控制性指標(biāo)（除軟土地基外），僅對(duì)高路堤的路堤頂制性指標(biāo)（除軟土地基外），僅對(duì)高路堤的路堤頂沉降量提出觀測(cè)的一般性要求（無控制性指標(biāo)）。沉降量提出觀測(cè)的一般性要求（無

21、控制性指標(biāo)）。在路面設(shè)計(jì)中，對(duì)路基建成后的自然沉降也無定量在路面設(shè)計(jì)中，對(duì)路基建成后的自然沉降也無定量要求。要求。 因此，路基沉降的影響就成為兩個(gè)施工階段的盲區(qū)，因此，路基沉降的影響就成為兩個(gè)施工階段的盲區(qū)，具有相當(dāng)?shù)碾S意性：路基建成后的自然沉降量應(yīng)控具有相當(dāng)?shù)碾S意性：路基建成后的自然沉降量應(yīng)控制多大才可以進(jìn)行路面施工？路面建成后，路基的制多大才可以進(jìn)行路面施工？路面建成后，路基的自然沉降量應(yīng)控制多大才不致影響路面？這些都交自然沉降量應(yīng)控制多大才不致影響路面？這些都交給了施工現(xiàn)場(chǎng)人員依靠經(jīng)驗(yàn)判斷作出決定。給了施工現(xiàn)場(chǎng)人員依靠經(jīng)驗(yàn)判斷作出決定。 同時(shí)由于上述原因，水泥砼板在運(yùn)營(yíng)過程中經(jīng)常出同時(shí)由

22、于上述原因，水泥砼板在運(yùn)營(yíng)過程中經(jīng)常出現(xiàn)脫空狀態(tài)，這對(duì)水泥砼板是特別不利的，也是產(chǎn)現(xiàn)脫空狀態(tài)，這對(duì)水泥砼板是特別不利的，也是產(chǎn)生斷板的一個(gè)重要原因生斷板的一個(gè)重要原因l路堤頂面的實(shí)際形狀是在不斷變化中，路堤頂面的實(shí)際形狀是在不斷變化中，道路工程的路基由挖、填方路基構(gòu)成，道路工程的路基由挖、填方路基構(gòu)成，其填方路基下的地基起伏基本為自然地其填方路基下的地基起伏基本為自然地貌，因而路堤的高度沿縱向的變化基本貌，因而路堤的高度沿縱向的變化基本也是隨機(jī)的。顯然，路基建成后的自然也是隨機(jī)的。顯然，路基建成后的自然累積沉降量與路堤的高度成正比，而與累積沉降量與路堤的高度成正比，而與填料的最小強(qiáng)度和壓實(shí)度關(guān)

23、系并不大填料的最小強(qiáng)度和壓實(shí)度關(guān)系并不大（當(dāng)它們都滿足規(guī)范要求時(shí)，即可看成（當(dāng)它們都滿足規(guī)范要求時(shí)，即可看成為常數(shù)）。為常數(shù)）。 l當(dāng)路基建成后，路堤當(dāng)路基建成后，路堤的自然沉降尚未基本的自然沉降尚未基本完成就鋪筑路面，在完成就鋪筑路面，在路面板自重和輪載的路面板自重和輪載的共同作用下，路面板共同作用下，路面板將隨路堤頂面標(biāo)高的將隨路堤頂面標(biāo)高的改變而發(fā)生撓曲變形。改變而發(fā)生撓曲變形。其縱剖面如右圖所示。其縱剖面如右圖所示。當(dāng)?shù)鼗v坡較陡，多當(dāng)?shù)鼗v坡較陡，多波起伏時(shí)，其路面的波起伏時(shí)，其路面的變形變形撓撓度較大。度較大。 普通水泥混凝土材料是拉壓強(qiáng)度比很小的脆性材料。普通水泥混凝土材料是拉壓

24、強(qiáng)度比很小的脆性材料。當(dāng)撓度接近其變形極限時(shí)，將出現(xiàn)初始裂紋；超過當(dāng)撓度接近其變形極限時(shí)，將出現(xiàn)初始裂紋；超過其變形極限時(shí)，將發(fā)生裂斷。其變形極限時(shí)，將發(fā)生裂斷。 在一般建筑結(jié)構(gòu)中，彎拉構(gòu)件的承載力主要由鋼在一般建筑結(jié)構(gòu)中，彎拉構(gòu)件的承載力主要由鋼筋承擔(dān)，而完全不考慮混凝土材料本身的彎拉強(qiáng)度筋承擔(dān)，而完全不考慮混凝土材料本身的彎拉強(qiáng)度貢獻(xiàn)。由于混凝土材料的脆斷特性，梁式構(gòu)件的受貢獻(xiàn)。由于混凝土材料的脆斷特性，梁式構(gòu)件的受荷彎曲撓度被明確限定在控制性指標(biāo)以下（常為荷彎曲撓度被明確限定在控制性指標(biāo)以下（常為1/3001/350）。而且，所提的彎曲撓度控制性指標(biāo)）。而且，所提的彎曲撓度控制性指標(biāo)還是

25、在允許裂縫寬度不大于某些控制值的條件下確還是在允許裂縫寬度不大于某些控制值的條件下確定的。這意味著，定的。這意味著，當(dāng)裂縫寬度小并為非貫穿性時(shí)，當(dāng)裂縫寬度小并為非貫穿性時(shí)，鋼筋混凝土構(gòu)件的使用是安全的；但對(duì)無配筋水泥鋼筋混凝土構(gòu)件的使用是安全的；但對(duì)無配筋水泥混凝土路面板而言，出現(xiàn)的裂縫不管縫寬大小都可混凝土路面板而言，出現(xiàn)的裂縫不管縫寬大小都可能是致命的能是致命的裂縫一旦出現(xiàn)即很快擴(kuò)展，地表水裂縫一旦出現(xiàn)即很快擴(kuò)展，地表水侵入導(dǎo)致路基脫空更加速開裂。侵入導(dǎo)致路基脫空更加速開裂。 因此，路用水泥混凝土材料的斷因此，路用水泥混凝土材料的斷裂韌性是一個(gè)重要問題，而且它通常隨裂韌性是一個(gè)重要問題，而

26、且它通常隨彎拉強(qiáng)度的增加而降低。上述開裂典型彎拉強(qiáng)度的增加而降低。上述開裂典型實(shí)例就反映了彎拉強(qiáng)度越高而斷裂韌性實(shí)例就反映了彎拉強(qiáng)度越高而斷裂韌性越低（脆性大）的工程現(xiàn)象。越低（脆性大）的工程現(xiàn)象。 水泥砼路面的耐久性設(shè)計(jì)思考水泥砼路面的耐久性設(shè)計(jì)思考水泥混凝土路面設(shè)計(jì)的目的是使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)的目的是使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期限內(nèi)，能滿足設(shè)計(jì)所預(yù)期的各在預(yù)定的使用期限內(nèi)，能滿足設(shè)計(jì)所預(yù)期的各種功能要求。一般說來，工程結(jié)構(gòu)必須滿足安種功能要求。一般說來，工程結(jié)構(gòu)必須滿足安全性、適用性、耐久性全性、適用性、耐久性3項(xiàng)功能的要求。項(xiàng)功能的要求。所謂耐久性，是指結(jié)構(gòu)在化學(xué)的、生物的或

27、其所謂耐久性，是指結(jié)構(gòu)在化學(xué)的、生物的或其他不利因素的作用下，在預(yù)定時(shí)期內(nèi)其材料性他不利因素的作用下，在預(yù)定時(shí)期內(nèi)其材料性能的惡化不致導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概能的惡化不致導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概率。從工程概念上說，足夠的耐久性能就是指率。從工程概念上說，足夠的耐久性能就是指在正常維護(hù)條件下結(jié)構(gòu)能夠使用到預(yù)期的耐久在正常維護(hù)條件下結(jié)構(gòu)能夠使用到預(yù)期的耐久年限。年限。引言引言主要內(nèi)容主要內(nèi)容水泥砼路面耐久性主要影響因素水泥砼路面耐久性主要影響因素水泥砼路面耐久性設(shè)計(jì)水泥砼路面耐久性設(shè)計(jì)定義：定義：水泥混凝土路面的耐久性是指路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使水泥混凝土路面的耐久性是指路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，

28、不需要花費(fèi)大量維修費(fèi)用保持其行車安全、用年限內(nèi)，不需要花費(fèi)大量維修費(fèi)用保持其行車安全、使用性能和外觀要求的能力。使用性能和外觀要求的能力。影響因素：影響因素： 混凝土路面的材料組成混凝土路面的材料組成：主要指路面混凝土的配合比及：主要指路面混凝土的配合比及其強(qiáng)度；水泥品種，水泥標(biāo)號(hào)與用量；外加劑品種與用其強(qiáng)度；水泥品種，水泥標(biāo)號(hào)與用量；外加劑品種與用量；抗?jié)B性；骨料的品種及級(jí)配量；抗?jié)B性；骨料的品種及級(jí)配 混凝土路面的凍融破壞混凝土路面的凍融破壞：主要與混凝土毛細(xì)孔隙內(nèi)的飽主要與混凝土毛細(xì)孔隙內(nèi)的飽水水程度有關(guān)，凍融循環(huán)使程度有關(guān)，凍融循環(huán)使飽水飽水程度不斷增加，到臨界飽程度不斷增加，到臨界飽

29、和度后很快破壞和度后很快破壞 混凝土的堿集料反應(yīng)混凝土的堿集料反應(yīng) 車輪的磨耗車輪的磨耗：在車輛荷載的重復(fù)作用下，混凝土路面機(jī)：在車輛荷載的重復(fù)作用下，混凝土路面機(jī)械磨損械磨損定義：定義：耐久性設(shè)計(jì)基于耐久性方法論的基礎(chǔ)上使耐久性設(shè)計(jì)基于耐久性方法論的基礎(chǔ)上使用荷載抗力系數(shù)法（用荷載抗力系數(shù)法（Load Resistance Factor Design）進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后根據(jù)具體的量化模型以）進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后根據(jù)具體的量化模型以可靠度理論為基礎(chǔ)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)使用壽命可靠度理論為基礎(chǔ)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)使用壽命耐久性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：耐久性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：（1）極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)使用壽）極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)使用壽命（命（2

30、）劣化模型（）劣化模型（3）可靠度理論）可靠度理論歐洲砼路面耐久性規(guī)范提出的幾種劣化模型歐洲砼路面耐久性規(guī)范提出的幾種劣化模型，用，用定量描述的方法進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)定量描述的方法進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)：（：（1）基于疲）基于疲勞的耐久性設(shè)計(jì)（勞的耐久性設(shè)計(jì)（2）基于氯離子腐蝕的耐久性）基于氯離子腐蝕的耐久性設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)（3）基于炭化的耐久性設(shè)計(jì)（）基于炭化的耐久性設(shè)計(jì)（4）基于開裂）基于開裂和剝落的耐久性設(shè)計(jì)和剝落的耐久性設(shè)計(jì) 通過極限狀態(tài)方程來進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過極限狀態(tài)方程來進(jìn)行設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)方程：設(shè)計(jì)方程： 這里的這里的 分別是荷載變量的設(shè)分別是荷載變量的設(shè)計(jì)值、抗力變量設(shè)計(jì)值、幾何量、模型不確計(jì)值、抗力變

31、量設(shè)計(jì)值、幾何量、模型不確定性的變量設(shè)計(jì)值及使用壽命。定性的變量設(shè)計(jì)值及使用壽命。0),(tafFgddddtafFdddd,設(shè)計(jì)方程：設(shè)計(jì)方程： 為容許的對(duì)應(yīng)損傷；為容許的對(duì)應(yīng)損傷； 式中：式中： 在荷載幅度的荷載級(jí)位在荷載幅度的荷載級(jí)位 以內(nèi)的導(dǎo)以內(nèi)的導(dǎo)致失效的軸載數(shù)量；致失效的軸載數(shù)量； 在重復(fù)荷載在重復(fù)荷載 之后累積的相對(duì)應(yīng)的損傷；之后累積的相對(duì)應(yīng)的損傷；DDgdcifiiNND,iiNDifN,i設(shè)計(jì)方程式設(shè)計(jì)方程式：式中式中： 氯離子濃度臨界值氯離子濃度臨界值; 氯離子表面濃度；氯離子表面濃度； x 鋼筋保護(hù)層厚度；鋼筋保護(hù)層厚度； D 氯擴(kuò)散系數(shù)；氯擴(kuò)散系數(shù)； erf 估計(jì)函數(shù)；

32、估計(jì)函數(shù)；crcclsc,)(2(1 ),(,ttDxerfcctxccgdclddsdcrdclsdcr設(shè)計(jì)方程式設(shè)計(jì)方程式：式中：式中： 鋼筋保護(hù)層厚度；鋼筋保護(hù)層厚度； 碳化穿透深度；碳化穿透深度； 表面濃度；表面濃度； 壽命；壽命； 碳化有效擴(kuò)散系數(shù)碳化有效擴(kuò)散系數(shù)tDcxtxxgdcadcasddcd,2)(xcasc,cxtcaDRaDDeffca1設(shè)計(jì)方程式設(shè)計(jì)方程式: 為裂縫臨界值；為裂縫臨界值； 實(shí)際的裂縫寬度實(shí)際的裂縫寬度wd通過回歸分析估算出來：通過回歸分析估算出來： 最初可見裂縫寬度；最初可見裂縫寬度； 取決于鋼筋桿位置的一個(gè)常量參數(shù)；取決于鋼筋桿位置的一個(gè)常量參數(shù)；

33、在微觀上腐蝕的沖擊穿透力；在微觀上腐蝕的沖擊穿透力； 產(chǎn)生裂紋腐蝕的沖擊穿透力。產(chǎn)生裂紋腐蝕的沖擊穿透力。 dcrwwxg)(dddddddppppwppww00000)(crw0wp0pl堿硅集料反應(yīng)是復(fù)雜的在混凝土當(dāng)中發(fā)生的物堿硅集料反應(yīng)是復(fù)雜的在混凝土當(dāng)中發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)。水泥中的堿與混凝土骨料中的活理化學(xué)反應(yīng)。水泥中的堿與混凝土骨料中的活性二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿性的硅酸鹽性二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿性的硅酸鹽凝膠產(chǎn)生膨脹的一種破壞作用。凝膠吸水膨脹凝膠產(chǎn)生膨脹的一種破壞作用。凝膠吸水膨脹或凝膠誘發(fā)滲透壓力，使混凝土脹裂，堿硅集或凝膠誘發(fā)滲透壓力，使混凝土脹裂，堿硅集料反應(yīng)在這種過程中循環(huán)反復(fù)