水泥混凝土路面病害產(chǎn)生原因及機(jī)理

水泥混凝土路面病害產(chǎn)生原因及機(jī)理水泥混凝土路面產(chǎn)生病害原因及機(jī)理水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)在車輛荷載和外部環(huán)境的作用下，路面使用性能逐漸下降，以至于產(chǎn)生各種各種類型的破損現(xiàn)象。水泥混凝土路面的破壞形式及分類方法很多，本報(bào)告綜合考慮路面病害的成因、表觀形態(tài)、對(duì)路面使用性能的影響等，將水泥混凝土路面病害分為裂縫類、接縫類、變形類和表面破損等4大類，14種類型，見表1。表1水泥混凝土路面主要病害類型裂縫類貫穿裂縫、斷板、破碎板接縫類唧泥、脫空、錯(cuò)臺(tái)、拱起、接縫材料剝落及破損變形類沉陷表面破損露骨、坑洞、層狀剝落、表層裂縫一、裂縫類破壞（1）貫穿裂縫貫穿裂縫是指貫穿板全厚的裂縫，包括橫向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫、交叉裂縫等。路面板產(chǎn)生貫穿裂縫的原因很多，可歸納為如下幾類：①溫縮裂縫溫度梯度是水泥混凝土路面板產(chǎn)生非荷載裂縫的主要原因之一。混凝土板在晝夜溫差周期性變化中，路面板混凝土隨溫度變化而出現(xiàn)體積變化，路面板熱脹冷縮，同時(shí)，因板頂面與底面之間的溫度梯度作用而出現(xiàn)翹曲變形，且受面板與基層之間的摩阻作用限制，板內(nèi)會(huì)產(chǎn)生彎拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土的極限彎拉強(qiáng)度后，路面板會(huì)被拉裂。對(duì)于路面板混凝土強(qiáng)度尚未完全形成的初期，溫度驟變更容易引起這種裂縫。②干縮裂縫水泥混凝土具有濕脹干縮的變形特性?；炷猎谒杏不瘯r(shí)，將會(huì)產(chǎn)生微量的體積膨脹，而在空氣中硬化時(shí)，由于混凝土中水分的蒸發(fā)，其凝膠體發(fā)生收縮，這就是干縮。當(dāng)自由干收縮受到限制時(shí)，路面板內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫，從而引起干縮裂縫的產(chǎn)生。空氣相對(duì)濕度是影響干縮裂縫的重要原因?；炷潦湛s隨空氣相對(duì)濕度的增加而減小，直至相對(duì)濕度為100%時(shí)表現(xiàn)為濕脹?？諝庀鄬?duì)濕度越低，對(duì)混凝土收縮的影響越大。水泥混凝土路面初期收縮裂縫中，濕度變化引起的干縮裂縫占有一定比例。③基層狀況的影響水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)基層采用的主要類型為水泥碎（砂）石穩(wěn)定基層，在溫度應(yīng)力以及其他因素的影響下，澆筑后的路面基層在一定范圍內(nèi)可能產(chǎn)生裂縫，若不及時(shí)進(jìn)行處理，將會(huì)反射到面層，使面板產(chǎn)生斷裂或裂縫等病害。④材料品質(zhì)的影響水泥安定性不良將使路面板產(chǎn)生裂縫；水及砂石中有害雜質(zhì)含量高，則對(duì)混凝土的腐蝕性較大，路面板產(chǎn)生破壞；此外，砂石中的活性材料能夠與水泥中的堿產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而破壞混凝土結(jié)構(gòu)。⑤施工質(zhì)量的影響路基路面的施工工藝及質(zhì)量控制是影響路面使用性能的非常重要原因，也是不可避免的一個(gè)原因。路基壓實(shí)度及密實(shí)度控制，路面結(jié)構(gòu)澆筑工藝及時(shí)間控制，都會(huì)影響路面病害的產(chǎn)生。為了防止和減小路面板內(nèi)的溫縮和干縮裂縫，需要對(duì)路面板進(jìn)行切縫分塊，一般施工中切縫時(shí)間難以控制。理論來說，切縫的最佳時(shí)間是水泥水化的初始階段，但由于此時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度過低，切縫無法進(jìn)行，隨著水化過程的前進(jìn)，混凝土抗壓強(qiáng)度增大，而同時(shí)溫度的降低也降引起板內(nèi)溫度應(yīng)力增大，就可能導(dǎo)致板塊的橫向斷裂。（2）斷板和破碎板縱、橫、斜等各種裂縫的發(fā)展，會(huì)造成一個(gè)整的路面板塊破裂為兩塊或兩塊以上，即為斷板，斷板發(fā)展嚴(yán)重時(shí)，將形成路面板的破碎。故而引起路面板貫穿裂縫的各種單一因素或綜合因素，都可能是造成路面板塊斷裂和破碎的原因。此外，我國大部分公路都出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的車輛超載現(xiàn)象，所以路面斷板的另外一個(gè)不可忽略的原因是車輛嚴(yán)重超載而造成的板內(nèi)應(yīng)力突然集中。水泥在水化反應(yīng)中體積會(huì)縮小，并且水化反應(yīng)是個(gè)吸水反應(yīng)，水泥內(nèi)部水分減少而產(chǎn)生自收縮。同時(shí)，水泥水化反應(yīng)也是一個(gè)放熱反應(yīng)，在水泥終凝12h后的水化溫度可達(dá)到80～90度，板內(nèi)部的溫度較高，產(chǎn)生膨脹，而板表面溫度較低，當(dāng)混凝土所產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)（一般混凝土抗拉強(qiáng)度較低），就會(huì)產(chǎn)生表面裂縫。c、干燥收縮在混凝土澆筑的初期，水分失去后，毛細(xì)水的張力加大，如果養(yǎng)生條件不好的，會(huì)有千燥收縮裂紋產(chǎn)生。d、碳化收縮混凝土中的碳化收縮可引起表面龜裂。當(dāng)混凝土的水灰比較大時(shí)，空氣中的CO2極其容易滲入混凝土內(nèi)部，而與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。碳化反應(yīng)使得同相體積明顯降低，促進(jìn)了混凝土的收縮。由于碳化引起的收縮僅局限在路表面層較薄的深度范圍內(nèi)，故碳化反應(yīng)只會(huì)引起表面裂縫。綜合以上對(duì)水泥混凝土路面病害及病害原因的分析，將影響水泥路面病害發(fā)生的主要因素總結(jié)歸納如表2所示。表2水泥路面病害主要影響因素因素說明荷載應(yīng)力幾乎任何病害的產(chǎn)生都離不開行車荷載的作用，車輛超載嚴(yán)重時(shí)的集中荷載應(yīng)力還很有可能造成路面板的突然斷裂。溫度應(yīng)力水泥混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，是路面各種裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。水水對(duì)混凝土路面的影響主要有兩個(gè)方面：一是水對(duì)路表和路面基層的沖刷和腐蝕作用，使得路面產(chǎn)生各種表面類及接縫類破壞；另一方面，混凝土的濕脹干縮性質(zhì)也是路面各種裂縫產(chǎn)生的重要原因?；鶎訝顩r路面基層的強(qiáng)度影響路面的使用性能，基層裂縫類病害也是造成面層反射裂縫及各種接縫類破壞的主要因素路基狀況路基的穩(wěn)定性、承載能力及變形情況也是影響路面變形類病害的主要因素，同時(shí)也是影響裂縫類、接縫類病害的不可忽略的原因之一施工質(zhì)量路基路面施工質(zhì)量的控制不良，將直接造成路面變形類及裂