旧水泥混凝土路面修复改造方案研究

1、重庆交通学院 硕士学位论文 旧水泥混凝土路面修复改造方案研究 姓名：郝秀民 申请学位级别：硕士 专业：建筑与土木工程 丨导教师：冯晓;章征春 20050326abstractcement concrete pavement is an important kind of high pavement types, which has many advantages such as high strength, durability, low maintenance cost，its mileage is over 17000 kin in china, the use of cement con

2、crete pavement produces great social and economic benefit. at present，maintenance of cement concrete pavement at a high ebb，there are many reasons. as soon as part damage starts， cement concrete pavement will lead to bad consequence if not being maintained in time. the point has been accepted by tec

3、hnician of highway lines. recently there is much research on maintenance technique of cement concrete pavement, there is short of complete system in maintenance of cement concrete pavement, including follow steps: investigation of cement concrete pavement, evaluation, laying out the plan.the paper i

4、ntroduces current situation of cement concrete pavement both at home and abroad，sums up current research achievements, puts forward the shortage and ascertains the contents and goal; it gives a basis for laying out restoring plan by analyzing mechanism of breakage; it states the methods and standard

5、s of evaluation, affords schemes according to evaluation results in order to lessen blindness; three maintenance types of cement concrete pavement; restoration, resurfacing, reconstruction. restoration is a method to deal with common distress such as cracks, seams, slab rapture; resurfacing is to ov

6、erlay bituminous pavement on used cement concrete pavement in order to improve the performance; reconstruction is a method to break used cement concrete pavement firstly and to overlay bituminous pavement again. it only affords departments of highway maintenance lessons hopefully, look forward to th

7、e future of it.key words: used cement concrete pavements maintenancepavement improvement明原创性本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的作品成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名："奪日期：2005年3月 26 日第一章前言 5第一章前 言我国水泥混凝土路面始建于上世纪60年代中期，8

8、0年代以来，水泥混凝土路 面在全国迅猛发展。总里程由1980年的1600km,飞速上升到1993年的28049kim 占高级路面总里程的60%,目前，每年在建规模超过1.5万公里，预计到2005年 底，我国将拥有17万多公里水泥混凝土路面。近年来，我国现有的水泥混凝土路 面有相当一部分己接近或超过设计年限，有的虽未达到设计年限，由于改造建成 投入使用后交通量剧增，由于荷载的反复作用和自然因素的侵烛破坏，汽车轴载 日益重型化或设计、施工等方面的原因，出现路面损坏、使用品质下降的情况。 随着国民经济的发展，道路交通量剧增，汽车的日益重型化，许多早期建设的水 泥混凝土路面产生了多种破损现象：结构承载

9、能力不足、行车舒适性差、车速难 以提高。我国510年前建设的35万公里水泥路面中的相当部分，在特重交通 及超重轴载的毁坏性运营下，不堪重负，水泥混凝土路面出现了大面积病害，甚 至影响交通安全和交通运输业的发展。由于水泥路面的鲜明特点如：施工方便、 维修周期长、强度高、耐久性好扩散荷载能力强稳定性好的刚性路面结构，因此 在公路和城市道路建设中大量釆用，因此水泥混凝土路面里程将进一步大大增加， 对水泥混凝土旧路面的修复与改造工作将越来越重。自高速公路建设中运用水泥 混凝土路面以来，旧水泥路面的维修工作就随之产生，对于旧混凝土路面的维修 改造技术越来越受到重视，在国内外也进行了很多相关研究0虽然水泥

10、混凝土路面具有刚度大、强度高、使用耐久和曰常养护工作量小的 优点，然而，由于水泥混凝土的脆性和温度敏感性，这种路面需设置各种接缝， 决定了水泥混凝土路面的行车舒适性比浙靑混凝土路面差，并且损坏后修复十分 困难等缺点。多年来的研究与实践证明了一趋可用的修复与改造方法，但是各种 方法没有形成一个完整旧水泥混凝土路面修复与改造技术体系，这对公路和城市 道路管理部门来说是一种缺憾，因而需要进行进一步的探讨与研究。内研究现状及发展动态对于水泥混凝土路面的病害与评价，在公路养护技术规范（jtj 073-96) 和新的行业标准公路水泥混凝土路面养护技术规范中进行详细的规定，它是 委托地方交通厅与专门的技术委

11、员会对全国各地混凝土路®的状况进行调查研 究并经过实践确定的内容和方法，很好地评价水泥混凝土路面现有使用质量， 并且细化道路评分标准与等级为制定水泥混凝土路面的修复和改造提供了科学 的决策依据，避免旧混凝土路面维护的盲目性。七五期间，国家ncx025课题我国水泥混凝土路面发展对策及修筑技术研究第五分题旧水泥混凝土路面维修技术研究中，仅对维修材料进行了试验 研究，目前尚未进入实用性阶段，强度评定、脱空板处理、补强层设计与施工等 许多研究尚待深化。我国现行规范对旧水泥混凝土路面上加铺水泥混凝土或钢纤 混凝土的设计做出了规定，但对于国外已广泛应用的旧水泥混凝土板上加铺浙青 类结构层结构方面

12、还没有设计方法，许多工程实践只是依靠技术人员的经验。因 此，开展对旧水泥混凝土路面维修技术与筋青加铺层设计及施工方法研究，具有 深刻的工程意义和广阔的应用前景。罗蓉等对再生水泥混凝土研究进行总结，她认为将旧水泥混凝土回收利周作 为再生集科，不仅节约资源，保护环境，而且还节省工程造价。将之用于路面基 层，从强度和耐久性等方面看是切实可行的，并且在回顾与总结了国内外再生水 泥混凝土集科(rca=recyded concrete aggregate)的研究进展基础上，归纳了当前 rca的主要研究成果，并提出目前应用与研究的几点建议。刘勇及张端良等对旧水泥混凝土路面板灌架技术进行研究，其结合水泥混凝

13、土路面改造工程实例，从脱空板的确定、灌衆材料的配比与性能试验、灌架工艺 与质量控制及检测方法等方面对水泥混凝土路面板底脱空的灌菜技术进行探索。李淑彦把土工布在旧水泥混凝土路面补强中的应用进行了研究，从分析旧路 补强的原理及补强方法幵始，介绍了土工布应用特性，认为使用专用土工布能有 效减缓浙青混凝上面层反射开裂。李华等探讨了旧水泥混凝土路面评价指标，其结合长沙市芙蓉路拓改工程和 长永商速公路复合式路面工程，通过对其旧水泥混凝土路面的大规模调查，提出 了旧水泥混凝土路面的5项评价指标，即结构承载能力、接缝传荷能力(弯沉差)、 路面破损、抗滑能力和平整度。从使用性能和结构性能两方面对旧水泥混凝土路

14、面进行全面综合的评价。刘朝阵、黄谊、李杰等各自结合工程实例，研究了在旧水泥混凝土路面上加 铺浙青面层的设计与施工，简要总结介绍旧水泥混凝土路面加铺浙青面层在设计、 施工和管理，特别是设计应注意的问题，同时根据项目的经验，提出在旧水泥混 凝土路面上加铺浙青面层的结构设计和施工方法，旨在为同行提供参考张善等对旧水泥混凝土路面病害进行分析并研究了其维修对策。其认为旧水 泥较路面的修补对加铺改造工程成败至关重要，并结合旧水泥混凝土路面加铺改 造的工程实践，对旧水泥混凝土路面进行了详细的调查，对板块病害原因进行了 分析，提出了维修对策，取得了良好的效果。蔡喜綿对旧水泥混凝土路面进行浙青混凝土軍面考虑的因

15、素、国外軍面厚度 设计法以及反射裂缝的防治措施、国内研究及应用简祝作了介绍。唐忠良等研究了路面反射裂缝的形成原因及防治技术，介绍了漆论长丝烧毛 土工布防治路面反射裂缝的作用机理及施工技术。主要论述了烧毛土工布防治路面反射裂缝的作用机理，浙青罩面层及对土工布的性能要求及相应的施工技术。弯沉趋于均匀*可进一步防止面层出现反射裂缝，同时解决了旧混凝土废弃物的堆放问题， 有利于环境保护。施瑞欣等通过impaoor 2000机破碎并击实旧水泥混凝土路面的试验，探讨了 其破碎压实的施工工艺和效果。结果表明：该法能有效打碎并夯实旧混凝土路面, 利用击碎的旧混凝土碎料作底基层，1.2国外研究现状及发展动态国外

16、发达国家水泥混凝土路面修筑历史较长，在欧美国家髙速公路网中，水 泥较面板总量占50%左右，但大多数水泥较路面达到了设计要求，特别是德国、 比利时等国家的水泥较路面表现出了非常卓越的长期使用性能，这与其路面修复 技术是分不幵的。早在六十年代他们便幵始对其维修技术进行研究。随着交通量 的增长及交通组成的不断变化，其路面结构也不断得到完蕃，对旧水泥混凝土路 面评价与结构维修技术的研究持续至今。以美国为例，1985年，联邦公路管理局 出版了路面修复手册，1988年对此又进行了修订。1995年在总结全美研究成 果及工程实践的基础上，又分别出版了 ac/pcc修复与评价指南。日、英、法等 国在不同时期也有

17、类似的研究报告。美国等发达国家一直对使用浙青加铺层技术补强旧水泥混凝土路面情有独 钟，就是因为加铺沥青层具有提高路面结构的承载能力和恢复旧混凝土路面表面 功能两大作用。通过大量试验路研究，各国分别提出了相应的沥靑加铺层翠面设 计方法，比较有代表性的有ai、aashto、are、ta法等，使旧水泥混凝土路面 洒青加铺层的设计方法不断得到完善和发展。但国外的这些经验法与我国传统的 理论法相差较大，不能照搬套用，只能在理论分析的基础上参考借鉴。1.3研究现状分析及存在问埋13,1水泥混凝土路面破损与其施工质量有关近年来，我国一直处于高速公路快速发展时期，现在城市道路和农村公路建 设又掀起热潮，在公路

18、建设中，水泥混凝土路面由于其优点被大量釆用，我国的 水泥混凝土路面里程急剧增长。由于长期在公路建设中，对施工质量的监控存在 着薄弱环节，对相关的技术标准及要求没有严格执行，对水泥路面板块具有极大的破坏性，所以很多水泥混凝土路面还没有到设计年限 就已经幵始大面积损坏，给公路运输业带来很大影响，例如行车安全性、舒适性、 经济性。同时也增加了养护维修费用。所以要从建设源头上进行控制，确保建设 时能严格按照设计要求按施工技术规范要求操作，保证水泥混凝土路面的施工 质量并对交通流和交通车辆进行有效管理延长水泥混凝土路面的使用寿命。第一章前言 7特别突出问题是，对目前水泥路面改善使用的各种方法的运用上，在

19、基本方 案的确定上，缺乏合理的选用和完善的设计方法。以致于造成方案不当，达不到 修复的目标，因此必然造成资金和财力的浪费，并且带来不良的社会影响。132水泥混凝土路面的修复应以其评价结果为标准水泥混凝土路面进行修复改造应首先对其路面现状进行专业的评价，以确定 其现有使用质量等级，然后根据规范来确定其目前状况应釆用小修保养、中修、 大修、改造中的哪一种养护对策，或者是进行对个别病害如板底脱空、唧泥、裂 缝进行维修处理，还是进行罩面或者加铺筋青面层，以及选择混凝土重铺的措施。 目前多数研究只是针对单一的处理方法进行研究论述，和评价指标体系联系不大。l3.3对水泥混凝土路面的修复方法没有形成完善的体

20、系现在的研究多集中于具体实例，是在确定了修复方案的前提下对具体的方法 进行讨论。因此缺乏一个完整的体系，即从水泥混凝土路面的评价开始，由评价 结果决定修复方法，以及评价方法之间的优劣比较，最后详缩规定具体的修复方 法-并对修复后的水泥混凝土路面使用一段时间后进行评估。1.4本文研究目的、内容研究目的：本文在查阅、收集、整理国内外旧水泥混凝土路面修复改造技术 研究现状的基础上，借鉴已有的研究成果和方法，分析说明水泥混凝土路面破坏 的形成机理，为釆取相应的修复措施提供理论上可靠的依据，为后续施工工艺及 技术制定打下良好基础；将水泥混凝土路面的评价方法及标准在旧水泥混凝土路 面修复中的重要意义提出来

21、，力求在选取修复措施时，保证措施得当，既满足要 求，又不标准过高，造成浪费；将旧水泥混凝土的修复方法分为修绪复原、加铺 层和重建，为施工单位提供具体的施工技术及工艺流程。研究内容：介绍国内外目前在旧水泥混凝土修复方面研究内容及成果，提出 自己认为存在的问题；讨论旧水泥混凝土路面各种破损的机理，从理论上探讨了 破坏原因；阐述水泥混凝土路面的评价方法和标准等级，确定如何根据评价结果 来选择修复措施或养护对策；对旧水泥混凝土路面的三种修复方法即：修绪复原、 加铺层和重建的施工设计、关键工序施工工艺流程进行详细讨论，旨在指导具体 的旧混凝土路面的修复改造工程。第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 9第

22、二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防2.1水泥混凝土路面病害成因探析混凝土路面由于施工、养护、行车及环境等因素影响，路面易出现断裂、碎 裂、唧泥、错台、拱起、沉陷等损坏，其损坏很大程度上是由于水渗入路面基层， 强度降低，加上板下一旦有水渗入就很难排出，在重载车辆轴载的频繁作用下， 易形成级配碎石层的再次压缩，产生竖向位移，底基层压缩变形发射到基层，使 得基层产生断裂并随之下沉，导致基层与面板之间形成间隙，从而使混凝土路面 丧失了部分支撑，产生断板，板块间的约束减弱，单板承受的荷力加大，填料缝 在较大的竖向位移反复作用下，逐渐与混凝土面板脱离，丧失封水性能形成雨水 下渗，渗入的地表水在车辆荷载作用

23、下产生较大的动水压力，侵烛路面基层，使 得基层细粒料与水共同渗出，产生了唧泥和板角断裂。同时，由于路面接缝处仅 有部分有传荷能力，接缝的传荷能力逐渐减弱，最终导致错台。而错台的发生又 加大了板块的冲击荷力，使级配碎石层产生了更大的压缝变形，逐渐发展为板体 下沉、断板，进而发展到破碎。为适应社会对公路交通快速、安全、舒适、便捷的霈要，对路面损坏的概念 已从单纯的结构性破坏扩展到舒适性、安全性等功能性破坏。水泥混凝土道路面 板的破坏按此标准概括起来有如下几种主要类型。（1)横、斜向裂缝；（2)角隅 断裂：（3)交叉网裂：（4)卿泥、冒水：（5)纵向裂缝：（6>错台：（7)沉陪；(8) 拱起、

24、胀起；（9)胀逢、假缝、接缝冲击振动；（10>骨料外露。其中（1)项-(6) 项损坏屑于结构性破坏：（7)项-(10)项为功能性破坏：除（8项-(10)项外， 其余各项均与支承条件相关。2. 2接缝处破坏病害分类接缝处是混凝土板体的应力分布比较集中的地方，是最容易引起破坏的部位。 初期的病害主要是集中在接缝处的破坏，接缝处的破坏可分为：错台、拱起、板块 活动和哪泥、填缝材料的破坏等。 2.2.1错台错台现象常常与唧泥现象、填缝料丧失、路基的不均勻变形等密切相关。一 方面,填缝料的丧失，会造成路面水的渗入，在车辆荷载的作用下，产生卿泥， 随着卿泥的连续不断发生，路基游离土被不断带走，路基表

25、面标高不断降低，产 生错台-另一方面，路基若处理不好，如压实程度不一致，则会随着通车时间的 增长，不均匀沉降和变形也会增加，也可产生错台。此外，以下原因也可造成错 台：下部嵌缝板与上部缝隙未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两 板在伸胀挤压过程中，会上、下错开而形成错台。地面水通过接缝渗入基础使其软化，或者接缝传荷能力不足，或传力效果降 低时，都会导致错台。当交通量或基础承载力在横向各幅板上分布不均勾，各幅板沉降不一致时， 纵缝也会产生错台。错台的特点是横向接缝两侧路面板出现了竖向相对位移all,错台根据形成台 阶的髙度又可分为几种情况：轻度错台一接(裂)缝两边路面形成的台阶髙度小于1

26、0mm; 中度错台一接(裂)缝两边路面形成的台阶高度小于10-15mm; 严重错台一接(裂)缝两边路面形成的台阶高度大于15nmu 2丄2挤碎和拱起在横向接缝、特别是胀缝两侧数十厘米范围内，由于胀缝内的滑动传力杆位 置不正确、滑动端的滑动功能失效、施工时胺缝内部有混凝土搭连、使用期间胀 缝内落入坚硬杂屑等原因，阻碍了板的伸长，使混凝土在膨胀时受到较高的挤压 应力，当该应力超过混凝土的抗剪强度时，板即发生剪切挤碎。混凝土板在受热膨胀而受祖时，某一接缝两侧的板突然向上拱起。这是由于 混凝土板收缩时缝隙张开，填缝料失效，坚硬碎属等不可压缩材料塞满缝隙，在 板在膨胀时产生较大的压应力，从而出现纵向压曲

27、失稳。 2.23脱空、板块活动和卿泥唧泥是在车辆荷载作用下，扳下基层的细粒材料从接缝或裂缝处与水一同喷 出，致使板体与基础逐步脱空，并在接缝或裂缝附近常有污迹存在;脱空是面板与 基层之间存在一定的f，隙，脱空往往伴随哪泥的发生和发展而出现，水泥混凝土 路面卿泥损坏严重，i至影响到正常交通运输的运营，造成较大的经济损失和社 会影响。2.23.1哦泥产生的原因水泥混凝土路面卿泥是在车辆荷载作用下，面扳接缝、裂缝和板边下部产生 的水和细粒土混合物的强制性位移造成的。它的产生原因是水泥面板直接铺筑在 细粒高缩性土和易冲刷的基层上产生的，卿泥往往是错台、断板、接缝附近断板 等病害的诱因。j路面卿泥的产生

28、，一般需具备以下条件：路基或基层的土壤处于松散状态，亦即存在松散之细粒土：在面板与基层及路面之间有自由水存在，并与松散细粒土混合形成泥衆；i频繁的重载车辆轴载的作用水泥混凝土路面板产生泵吸作用将泥架喷出、i吸入。2.23.2水泥混凝土路面卿泥损坏机理水泥混凝土路面在凝结硬化过程中具有较大的干缩变形和温缩变形，从而要 求混凝土路面设置间距很密的胀缝、缩缝及符合施工要求的施工缝。水泥混凝土 路的接缝有以下五种：图1-5。图1纵向缩缝设置示意图以上所必须设置的接缝(缩缝、胀缝、施工缝)，加上施工期或使用期所产生的 各种裂缝，毫无疑问成为路面最薄弱、最易损坏的部位。尽管这些部位均经填缝 料处理，但目前

29、的填缝料使用期都较短，23年后都不同程度地出现渗水现象， 雨水通过接缝、裂缝及板边缝隙渗入板底，在车辆动荷载的反复作用下，形成高压水流，在板底接缝、裂缝及板边高速流动，对基层顶面进行冲刷，细颗粒从接 缝、裂缝和板边被带到路面，泥水在负压作用下被吸入板底，如此反复，板底逐 渐脱空，改变了混凝土面板原有的支承条件，造成受力状态的改变，从而产生错 台、脱空、板体下沉、严重时断板，进而发展到破碎。2纵向施工缝设置示意图图3 般公路横向缩缝构造 -i jjh 料=shsmm图4特重交通公路横向缩缝构造 3 5横向胀缝或胀缝处施工缝构造2.2.4填缝料的失效、损坏使用一段时间后常常会出现填缝料剥落、挤出、

30、老化碎裂现象。填缝料的失 效、损坏，接缝内逐渐被砂、石、土等填塞，阻碍了板的膨胀，从而引起板的压 曲、破碎和接缝剥落等损坏。路面表面水流入基础，导致基础软化唧泥或冻胀， 进而导致其它病害。2, 3接缝处破坏病害的预防如上所述，唧泥现象往往是错台、脱空、断板的诱因，危害是巨大的，应在 设计和施工中尽量采取措施来避免和减少。笔者认为可从以下几个方面釆取措施： 23.1选择适宜的基层材料，提高基础的抗冲刷能力水泥混凝土路面板体下存在松散细粒土是卿泥产生的内因之一，选择适宜的 基层材料是杜绝卿泥现象之根本。高等级公路一般釆用强度较高和抗冲刷的无机 结合料或是游青稳定粒料作基层，杜绝细粒土在基层上的应用

31、，给混凝土面板提 供均匀支撑，防止_泥。 23j.加强防排水措施路面水通过接（裂）缝或板边缝隙进入基层又无法自行排出是产生唧泥的重 要原因，采用适当的路面防排水措施可大大减小唧泥现象产生的概率。这可以从 以下四个方面进行：釆用路面排水措施加强路面排水，釆取的措施应保证表面水的排泄畅通， 缩短雨水在路面的滞留时间，减少接（裂）缝和板边缝隙渗水，可通过设置尽可 能大的路面横坡(1-1.5%)、设置路肩表面排水系统（如设置路肩排水带、排水槽等） 来实现。加强接缝处理选择优良的接缝板和填缝料，尽可能地防止雨水进入路面结构中，应加强灌 缝工作，由于大多数公路的灌缝工作做得不够，行车数月即渗漏严重，是水泥

32、混 凝土路面的通病。对混凝土板产生的裂缝，也应即时采取措施及时进行填缝处理， 防止雨水下渗。、采用合适的路面结构，增强排水能力改善路面结构形式，使得尽快将进入路面结'构中的雨水排出，也可以通过设 置路肩排水系统、具有排水功能的基层、塾层等设施，进行路面内部排水，排出 路面结构内部分游积的层间水。图6、图7给出了一种带排水系统的新型重交通水 泥混凝土路面结构体系此系统包括排水基层或塾层、路肩下部的排水管道、有 路拱的路面双向排水、单向坡的路面单侧排水。加强中央分隔带排水设施建设，如设置进水口、排水沟、集水井、排水管 等，对进入分隔带的雨水，若有排水设施，可通过地下排水设施如盲沟、排水管、

33、 横向排水管等来解决，若无分隔带排水设施，则应对分隔带底部进行隔水处理，第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 13确保分隔带雨水不进入路基, 费賫»廂i，隱 vt：二二二土 反诚权榆j *水譬_r * 6混凝土路面、拥青路肩路面内部排水结构示意图水死面 m(反|载»>排水替 图7混凝土路面、混凝土路肩内部排水结构示意233减小荷载应力以防止卿泥发展卿泥的发展与荷载应力的大小有关，要想方设法减小混凝土板接缝、裂缝及 板边底部荷载应力，有利于减少卿泥的发生。加强接缝的传荷能力，将板上所承 受的荷载有效地传递给相邻板，降低板底应力。可对横向接缝(缩缝、胀缝、施工 缝)设置传

34、力杆，纵向接缝(施工缝、缩缝)设置拉筋。 23a增大面板分块尺寸增大水泥混凝土道面板尺寸，即延长水泥混凝土道面板接缝间距0 2丄5铺设塑料薄膜部分基层顶面（接缝处铺设塑料薄膜，防止雨水渗入基层。第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 132.4路面板内损坏混凝土路面裂缝可分为表面裂缝、贯穿裂缝。而裂缝发生的时期又可分为初 期(或早期)裂缝和使用期裂缝。早期裂缝是指水泥混凝土路面板済筑完成后还未开 放交通前出现的裂缝，早期裂缝主要是表面裂缝，使用期裂缝后期裂缝实际是在 行使车辆荷载的作用下，加剧应力集中而引起原有早期裂缝扩展或产生新的裂缝。 2a1表面裂缝及机理分析表面裂缝的产生主要是由于混凝土的

35、收缩引起的裂缝，路面混凝土收缩主要 有如下几种：塑性收缩在水泥混凝土路面施工中发生的颗粒不均匀分层离析，实际是粗骨料从混合 料中分出，集料颗粒下沉，水分向上迁移，从而形成表面泌水，表面泌水的结果， 使水泥混凝土路面表面含水量增加，当混合料表面水的蒸发速度比泌水速度快时， 水的蒸发面就会深入到混合料表面内，毛细水面形成四面，产生较大的表面张力， 同时固体颗粒间产生毛细管张力，促使颗粒凝集，当混凝土表面尚未充分硬化， 不能抵抗这一张力时混凝土表面则出现裂缝。裂缝的发生时间大致与泌水时间相 对应，在混凝土绕筑后数小时混凝土表面将普遍岀现细徹的、各方向均存在的裂 缝亦即龟裂。自收缩水泥的水化反应是质子

36、体积缩小的反应，普通水海中由于有较高的c3s和 ca,水化时体积变小，水化反应是吸收大量的水分，使水泥内部的水分含量降低 产生收缩：水泥的水化反应是放热反应，水化初期#放大*热能，温度上升快。 在水泥混凝土板中部,在水泥终凝后12h的水化温度可达到8090度(混凝土温度 线膨胀系數为1x (即温度升高1度每米膨胀aolmm),使扳内部混凝土产 生显著的体积膨胀，而扳面外部温度和气温相近，这祥扳内产生较大的温度应力 场。当混凝土所产生的拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时(恰巧的是浪凝土的抗 拉强度极低)，混凝土板就会产生裂缝6千燥收缩在混凝土潘筑的初期水分失去后，毛细水的张力加大，如果养生条件不好

37、 的，会有干燥收缩裂纹产生。碳化收缩混凝土的碳化收缩也可引发龟裂，当混凝土的水泥用置较小、而水灰比较大 时空气中的c02极易渗入到混凝土内部，与其中的械性物质起化学反应，生成 碳酸盐和水，即ca(0h)2+c02=cac03十h2o碳化是一种同相体积明显降低的反应促成了混凝土的收缩裂缝，碳化引起第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防n的收缩仅周限在水泥混凝土路面表层一定深度(数厘米)，故只产生混凝土的表面裂 缝a2_4.2贯穿裂缝及断板的产生原因水泥混凝土路面贯穿裂缝是指贯穿板全厚的裂缝，可分为横向裂缝、纵向裂 缝、斜向裂缝、交叉裂缝、板角裂缝等，其明显特征是裂缝贯通混凝土板全厚。 这些纵向、横

38、向及斜向裂缝的发展会使水泥混凝土路面扳完全折断成两块或两块 以上形成断板。根据裂缝及断板发生的时间，可分为开放交通之前的断板(早期断 板)和使用期断板(后期断板)。一般早期断板不多见。混凝土路面断板根据其损坏 程度可分为三类：轻微断裂一裂缝无剥落或轻微剥落，未封缝的裂缝宽度为3nim 已封缝的裂缝宽度不限，但封缝良好；中等断裂一裂缝处有中等剥落，未封缝的裂 缝宽度为325mm,己封缝的裂缝无剥落或剥落轻微但填缝料明显损坏;严重断 裂_裂缝处有严重剥落；未封缝的裂缝宽度大于25nun。有的断板是在施工期间由于混凝土的初期收缩受到阻碍而产生的拉应力超过 混凝土的抗拉强度而造成;有的是因为扳块尺寸过

39、大所产生的温度翅曲应力超过混 凝土抗弯拉强度而引起的也有因为车载过大、应力集中等造成的断板也有的 是路基不均匀沉降或基层不合格引起的。2_ 5混凝土路面裂继的预防由于混凝土路面裂缝的产生同时受到多种因素的影响其质置的控制也应根 据气候、施工条件、水和基层状况等实行综合控制。一般应作好： 2.5.1认真选择混凝土原材料水泥对于特重型交通可釆用早凝混凝土桂酸盐水泥、普通混凝土桂酸盐水泥和 道路混凝土硅睃盐水泥但其标号必须在42_5级以上；对于中等和轻型交通，也。 可釆用矿渔混凝土桂酸盐水泥，其标号不得低于325级。水泥中csa含量大，引起混凝土的收缩大脆性大耐久性差;水泥中石奇含量不足，也使混凝土

40、具有较大收缩性；当mgo含量不大时也有减少混凝土收缩的作用;提高活性矿物qs含量可保证水泥强度和射磨性能，提高qaf则有良好的动力学性能从而提高抗冲击能力。因此提高qaf和c3s含量降低c3a含量， 将有助于改善路面混凝土质量。骨料釆用质地坚硬、洁净的河砂或海砂细度模数宜在2.5以上级配应符合规范 要求，砂的含泥量应控制在3%以内，其它指标符合要求。粗骨料可为碎石或烁石，应质地坚硬、耐久、结晶，符合规定级配最大粒 径不超过40min，含泥量不超过1.09&,硫化物及硫酸盐含量不超过i.o%,针状、片状颗粒不超过15%。2.s.2处理好混凝土施工质量控制良好的混凝土质量是路面质量的保证，

41、混凝土在制备和施工中需处理好以下 几个环节：混凝土生产控制施工中应严格控制配比:控制好砂率、水泥用量和水灰比；混凝土的拨拌要充 分振揭要密实，出料要均匀轮运输距离要短，同时考虑运输设备的配制，减 少离析都有利于减少路面病害的发生。釆用混凝土真空吸水技术混凝土振揭完毕，用真空吸水技术可将混凝土表面及内部的游离水和空气排出，以降低混凝土的孔隙率和水灰比，增加混凝土的密实度和强度，提髙水泥与骨料的界面结合力，可防止混凝土泌水过多而产生的收缩裂缝，减少混凝土缺陷。适时收光抹面在混凝土初凝前进行第一次抹面，在终凝前板面无泌水时实施第 二次抹面收光。选择适宜的切缝时间施工阶段温度应力大于混凝土的抗拉強度时

42、，会发生施工断扳，形成温度收 缩裂缝。为了防止施工中的温度收缩裂缝，准确掌握切缝时间很重要，一般以混 凝土抗压强度达到5 lompa为适宜的切缝时间。切缝时间还与水泥的品种、气 候温度、湿度有关施工人员可凭现场施工经验用指甲在混凝土表面刻划，若出 现灰白色，指甲有磨损感便可进行切缝，切缝时间可参考表1选取。表1 切缝时间参考值昼夜平均温度(c)真空脱水混凝土切缝时间(h)一般施工混凝土切缝时间(h>540-5045-501025-3030-351518-2222-262012-15 、18-21258-1115-1830以上5-713-15一t - i- r vr-w， 厂 ipif生施

43、工断板。分析水泥混凝土凝固过程中的抗拉强度，与温度应力对比判断发 生断板的条件，最后根据温度确定最佳银缝时机。从水泥混凝土板凝固阶段的温度特性来说在水化热、气温和日光辖射的作 用下板温随着绕筑时间不同在不同时刻出现峰值和谷值。以水泥混凝土绕筑时 为0计对于42_5号水泥来说 0-6h为升温过程，6-12h为降温过程。这是一个有 规律性的现象如果暂不考虑翅曲应力和胀缩应力 6-12h阶段水泥混凝土面板处第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 19于降温收缩状态，容易发生裂缝。而从水泥混凝土面板凝固阶段的强度特性来说, 水泥混凝土早期强度以10-12h时段增长最为缓慢，抗裂能力的增长也最慢，由早 龄

44、期水泥混凝土抗拉弹性模量的增长规律并对比上下午饶筑的水泥混凝土抗拉弹 性模量，下午绕筑的水泥混凝土处于降温斯间，模量值比上午低，在第loh低2 倍以上时对降低水泥混凝土的温度应力有利。这就解释了施工时普遍出现的上午 绕筑的水泥混凝土路面板容易出现施工断板的问题，因而一般水泥混凝土路面板 银缝时间以水泥混凝土饶筑后loh为宜。加强混凝土的养护加强混凝土路面的养护，可即时粗止混凝土表层水分蒸发，从而有效防止混 凝土路面因高温、干燥产生的初期裂缝。 2s3防止路基的不均勾沉降对不良土质的路基，应做特殊处理方可使用。在宜黄高速公路江宜段88.5km 路段内，其中膨胀土路段达48km，设计单位所釆用的改

45、良和防护方法有两种- 改良土质将膨胀土分为强、中等、弱膨胀土三种类型，强膨胀土不能作为路基材料， 予以置换；对中等及弱膨胀土需加以改良9改良方法通常是根据膨胀大小加入6 8%石灰。分层碾压，每层压实厚度18mm。该方法使用后效果较好，据调查和 现场了解，改良后的膨胀土路段和其他非膨胀土路段在病害发生率方面基本相同。 2.53.2路基土坡的加固处理应从以下三方面作好路面土坡的处理：土工隔栅加固边坡土工隔栅是一种采用高、中、低密度聚乙稀、聚丙炼等多种树脂为主要原料 并连续挤出成型的高强度塑料网，分层埋在土中，具有抗老化之优点，其主要机 理是网格与土体的摩擦力限制了土体的侧向位移，因而提高了土体的整

46、体性，同 时土体抗拉强度得到改善，增加了土体的变形模量。选择合适的坡比也是维护路基很重要的方面，对膨胺土，裤比釆用1:1则稳 定性极差，理论分析(极限平衡法)和现场试验均说明这一点；坡比1:2则即使对基坡 不做处理其稳定性仍然很好，而坡比在1: 1一 1:2之间时，可采取适当的加固 处理即可保证基坡的稳定性，从而保证路面不出现由此而引起的病害。选择适宜的基坡加固方法可以釆用拱形骨架与种植草坪结合的方案，骨架可釆用衆砲石，也可采用低 标号混凝土或条石。类似的加固方法还有格式护坡、矮挡土堵等方案。 2.533搞好基底处理路基是一线形工程布置，它所跨越的区域较大，遇到的基础地质条件不同。 不同的地质

47、条件，特别是不良地质条件(如软基)基床对路基质量是一个较危险的第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 h影响因素，如处理不恰当，或处理不彻底，在其上填筑路提或铺设底基层，均会 造成意料之外的或过大的沉降。 2.5丄4搞好填切交界处的处理填切交界处是路基沉降的易发区，当路堤在斜坡上或填切交界处，或原有路 提上或路堤处在垂直路中线测得的坡度大于1: 5时，应把原地面挖成台阶，台阶 宽度不应小于im ,用小型机具进行夯实。并向内侧倾斜2%。在铺筑水泥混凝土 路面时，在该处宜设置伸缩缝。 摘好台背填筑目前，从建成通车的公路来看，构造物台背跳车是通病，然而最明显的是台 背沉陷或错台，主要原因是台背回填质量

48、差。为此，在施工中应做到：台背填筑 要求每层松铺厚度不得大于20cin,压实度不得小于95%,回填材料最大粒径不大 于15cm，且应有良好的级配和透水性。 2.5.4针对施工时水泥混凝土收缩引起的开裂 2.s.4.1降低水泥混凝土收缩量降低水泥混凝土收缩量，主要是采用膨胀技术，该技术在施工工程项目中被 釆用。主要用于水泥混凝土的防裂、消减应力、防水、防渗等基本原理就是用 膨胀来补偿或抵消水泥混凝土的收缩，以降低水泥混凝土的收缩拉应力，防止路 面开裂。在水泥混凝土的配制过程中，可釆用膨胀水泥或在水泥中掺入膨胺剂来 实现这个目标。 2.sa.2减轻层间限制减轻层间限制，就是拓展水泥混凝土扳的伸缩自

49、由度，减小水泥混凝土面层 间的伸缩自由度，减小水泥混凝土路面各层间的粘接力。消除层间辩接剪应力的方法很多，如:涂油、铺油链、确保基层平整度等。 通过试验对比：确保基层¥整度釆用塑料薄旗辆离的方法施工简便，既起到 隔离作用，又不影响层间传力效果，价格也便宜。通过几个工程实践应用，效果路面坑槽与麻面水泥混凝土路面脱皮破坏是指在车辆荷载的作用下，路表面混凝土硬化水泥菜体逐渐剥落露出粗骨料形成很粗链的毛面或高低不平的陷坑，直径约2cnk5cm 的小坑，此种破坏产生的原因主要是由于水泥混凝土路面施工质量控制不好、水灰比 过大等原因造成的。混凝土在饶筑振揭过程中，新鲜混凝土砂菜中的水会从底部 向

50、上渗出。出现两种现象，其一是向上渗出的水聚集在粗骨料颗粒的底面在水 泥菜和骨料之间形成间隙或孔隙；其二是在靠近混凝土块体顶面区域有较高的水灰 匕，使该区域的混凝土强度降低形成“薄弱带”，“薄弱带”的厚度随着混凝土第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 21第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 16水灰比的增大而增大，而该部位的强度却随着水灰比的增大而减小。路面形成达 不到设计强度的“薄弱带”，在车辆荷载的反复作用下，该“薄弱带”很快剥落脱 皮，从而使混凝土路面出现脱皮陷坑。在宜黄公路及黄黄公路通车一年后均可以 发现此种破坏。这种破坏的解决方法有，选用有矿物掺和料的混凝土和加入减水 剂的混凝土，使

51、用纤维混凝土也可以大幅度改善这种情况。可通过加强混凝土的 施工管理，减少泌水，加强振搗和养护来解决，表面采用耐磨的活性集料将有利 于减少麻面露骨。2. 6旧水泥混凝土面坂破坏阶段及其破坏机理分析2.6.1初始裂隙阶段(1) 扳体徼裂隙的产生是板你微观结构本身及损伤断裂破坏的具体表现。 根据brace (1964年)对岩体损伤力学的研究结果：加大而增加，当应力达到0.85 oc时，微裂隙大量增加：当应力超过0.850 c以 后（oc为板体断裂时需要的应力）内部的微裂隙数量猛增，其中长裂隙比短裂隙 数目增加的更快，微裂隙连续扩展并向轴向应力方向靠近而逐渐形成裂隙集中带， 板体的最终宏观断裂正是这些

52、近于平行轴向应力方向的大量微裂隙的产生、扩展、 密集、集中，并沿相对较弱的方向相互贯通，彫成一定的断裂破坏带的结果。(2) 混凝土板体易于受拉应力产生脆性断裂 板体由于其受力特点和温差影响，相对的板底拉应力大于扳顶之拉应力，特别是当基面层接触条件不完全吻合winkler地基条件时板体会产生更大的弯曲 受拉。断裂源就产生在张应力区的表面，即板底，由此点开始自板底向板顶内部 产生与张应力垂直的拉伸断裂面，当断裂通过中性面后，断裂发生弯曲，有时发 生分叉从而形成一个具有几何对称状的断裂，上部裂缝比底板裂缝更宽，通过 试验室试验及现场破坏断面的观测证明：张性断裂往往表现为一条。而压应力区 断裂表现为多

53、条，甚至不断分叉（龟裂厲此种类型。(3) 板体剪性断裂由于路面板中材料不均匀、施工中各种因素造成混凝土强度低下的局部区域 与周围板体具有不同弹性性质它们都可以集中远场张应力而导致裂隙处的局部 张应力超过板体的抗拉强度而成剪性断裂。按交通分级计箅分析时所用的参数和指标以及交通分级计算结果汇总，当荷 载疲劳应力、温度疲劳应力共同作用s加时其远场弯拉应力可达到乂0m pa ,则孔洞或裂隙边界切向应力a 0=3 0 ,3 =3x5.fel5.0 mpa。这样的切向应力必导致 致混凝土板幵裂。 2.6.2裂缝扩展阶段对于有些不规则的裂隙可简化为椭圆状（kranz,1983，若棉圆的长短轴比a/b非常大，

54、也即很扁，则局部应力会远远超过远场应力anglis，1913) 仅考虑温度疲劳应力0 r3=0.99mpa,当存在一长轴a为5mm，最 孔洞（r=lmm)时，其局部应力为；oel+2a/b)=0.99 1+(10/1) =10.89mpa> oo =5.0mpa 这充分表明局部最大张应力是出现在椭圆形洞穴直径最小的部位，这种极髙 的局部张应力就成为裂缝扩展的主要原因。随着断裂尖端附近应力的再度集中，裂缝长度会不断扩展，直至在混凝土内 在品质较好（失去应力高度集中的前提）的地方终止；否则，会形成贯通式裂缝。 而裂缝长度的发展过程用断裂张幵位移cod基本原理描述是最为适当的：当远场拉应力oy

55、小于作用在（c-a)区域内的拉伸应力t (温度下降产生板体 收缩应力时即 oy=op=l,48mpa<t=o=:l88mpa)，则：cod=d=p' 0 /,a/e.f 式中混凝土弹模e=3 x104 mpa;材料的单轴屈服强度f=2.0mpaa 为真实裂纹长度；c 一为断裂缝半长。其裂缝长度及宽度的发展关系见表2。表2路面板裂缝长度及宽度的发展关系表fi (mm) a (mm)理论断裂扩展结晃预测1-0 8 724可将整块扳纵、横向拉断0,5 4 362不能贯通整个板长oa 872小范围幵裂破坏 。0.01 87.2几乎不会造成裂隙的扩展注：= o/，a/e f=3a4x 1.

56、48x3/(3x10x2,0)由此可知：（1裂缝扩展长度与裂缝宽度成正比，与混凝土刚度及单轴屈服 强度成正比；（2)当裂缝长度一定，则裂缝宽度与混凝土刚度和强度成正比。这是水泥混凝土路面弹性模量大，容易产生裂缝扩展最主要的原因所在：同 样地，半刚性基层也属于这种原理而不可避免地产生反射裂缝，为此，进行水泥 混凝土的增塑研究是使混凝土保持高强低模，减少幵裂长度扩展的有效方法。2.63网裂阶段在路面扳体中 i：径为2mm的由于混凝土结构微裂隙、孔洞等薄弱环节不可避免地存在，导致混凝土板体第二章水泥混凝土路面的破坏机理及预防 19开裂。只要微裂隙，特别是孔洞等缺陷在扩展方向上没有规律性（即搭接、重叠

57、 存在，裂缝扩展就无法贯通。此时，根据非贯通断裂板体的分形效应基本原理：k【c=a(d广 1 严式中kie 为i型应力强度因子；ko 为理想平面断裂时的断裂朝度； dr为断裂表面分形维数： a为与材料原子结构及弹模有关的常数。 当非贯通断裂板体在初始断裂扩展到一定程度时，板体强度并不因断裂的扩 展而降低。这解释了混凝土在微裂纹下能正常工作的基本原理。但裂缝一旦在空 间上贯通，且达到一定的宽度，板体不连续而丧失强度。 能导致网裂发展的主要成因有如下几个方面。(1) 地表水的滲人造成路面板底基础强度失稳(2) 路面板底基础温度稳定性破坏(3) 水温联合作周产生的卿泥现象，使板体在局部脱空状态下工作，加速了 板体内的网裂进程2.6.4断裂破坏阶段混凝土路面板一旦进入网裂阶段，若没有及时进