水泥混凝土路面破壞的研究及處理措施

　　1、引言 

　　水泥混凝土路面通常稱為混凝土路面， 屬于剛性路面。其斷面一般由混凝土面板、基層或墊層組成，路面板具有較高的承載力和擴散荷載的能力。水泥混凝土是以水泥為膠結(jié)材料， 以普通砂石為集料并以一定的比例加水?dāng)嚢璩尚偷膹?fù)合材料，其主要的技術(shù)性質(zhì)包括新拌混合料的工作性、硬化混凝土的強度、變形及耐久性[ 1 ]。 

　　對于水泥混凝土路面， 因為其在長期的交通荷載及溫度的反復(fù)作用， 和施工工藝的控制及路面本身設(shè)計等因素影響下，道路在開放交通后三年左右， 路面病害將會相繼出現(xiàn)。作者選取的幾處調(diào)查路段均為特殊路段， 因為長期受重型車輛的荷載等作用， 路面破損較為嚴重， 具有一定的代表性。 

　　2、路面破壞類型及原因[ 2 ]～[ 5 ] 

　　(1) 接縫破碎。水泥混凝土路面板接縫兩側(cè)傾斜的剪切擠碎即接縫碎裂。接縫碎裂主要表現(xiàn)于橫向接縫(主要是脹縫)兩側(cè)數(shù)十厘米寬度內(nèi)。這是由于脹縫的寬度隨溫度而變化， 溫度升高時填縫料被擠出； 而氣溫下降時因縫料的性能較差又不能恢復(fù)，縫中形成空隙， 泥沙、石屑等雜物容易侵入， 成為板塊伸張時的障礙， 阻礙了板的伸長， 使混凝土在膨脹時受到較高的擠壓應(yīng)力，當(dāng)其超過混凝土的抗剪強度時， 板即發(fā)生剪切擠碎， 呈接縫碎裂。再經(jīng)長期的車輛荷載作用和填縫料老化、脆裂造成接縫料脫落。 

　　(2) 唧泥。當(dāng)汽車行經(jīng)水泥混凝土路面接縫時，由縫內(nèi)噴濺出泥漿的現(xiàn)象稱為唧泥。在車輛的重復(fù)頻繁作用下，面板底下的細?；鶎踊蚧A(chǔ)材料由于塑性變形累積而同面層板脫空， 地面水沿接縫或裂縫滲入板下積聚在脫空的空隙內(nèi)； 在輪載作用下，板向下移動抽吸相鄰板間的水及細小顆?；旌蠂姙R出來， 使面板邊緣失去支承， 在板邊、板角以及橫縫處產(chǎn)生大量的空隙，導(dǎo)致面板開裂。因而往往在距離接縫1.5～1.8 m以內(nèi)產(chǎn)生橫向裂縫。 

　　(3) 錯臺。路面橫向接縫兩側(cè)路面板出現(xiàn)的豎向相對位移，是由板下細?；鶎踊蚧A(chǔ)材料的唧泥引起的。當(dāng)脹縫下部嵌縫板與上部縫隙未能對齊， 或脹縫兩側(cè)混凝土壁面不垂直，使縫旁兩板在伸脹擠壓過程中，抽吸的材料在接縫或裂縫附近的前方板下堆積起來時就會產(chǎn)生錯臺。空隙主要產(chǎn)生于后方板的下面。當(dāng)?shù)孛嫠ㄟ^接縫滲入基礎(chǔ)使其軟化，或者接縫傳荷能力不足， 或傳力效果降低時， 也會導(dǎo)致錯臺的產(chǎn)生。同樣由于交通量或基礎(chǔ)承載力在橫向各幅板上分布不均勻，導(dǎo)致其沉陷不一致時， 縱縫也會產(chǎn)生錯臺現(xiàn)象。 

　　(4) 表面裂縫?；炷撩姘宓谋砻媪芽p主要是由混凝土早期過快失水干縮和碳化收縮引起的。①在路面水泥混凝土施工中，發(fā)生的顆粒不均勻分層離析， 大多是粗骨料從混合料中分出， 水分向上遷移，形成表面泌水，使水泥混凝土路面表面含水量增加，由水的蒸發(fā)而導(dǎo)致形成凹面。由于表面凹面較凸面所受壓力大， 固體顆粒間產(chǎn)生毛細管張力，促使顆粒凝聚。當(dāng)混凝土表面尚未充分硬化， 不能抵抗這一張力，則混凝土表面發(fā)生裂縫。②混凝土的收縮也會引起混凝土表面龜裂?；炷恋氖湛s分為塑性收縮、化學(xué)收縮、物理收縮和碳化收縮四種形式?；炷恋氖湛s使混凝土產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，并在其內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫， 破壞混凝土的結(jié)構(gòu)， 降低混凝土的耐久性。③嚴重的表面裂縫， 會使混凝土路面較快出現(xiàn)裸露砂石現(xiàn)象，如不及時處理， 將會降低水泥混凝土路面的表面抗滑能力與行車舒適性。 

　　(5) 橫向裂縫。垂直于行車方向的有規(guī)則的貫穿混凝土板全厚度的裂縫即橫向裂縫。造成橫向裂縫的原因很多， 大致分為： 干縮裂縫、冷縮裂縫和切縫不及時引起的裂縫等。①水泥混凝土的自由收縮不會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。而處于限制狀態(tài)下的混凝土結(jié)構(gòu)，由于其本身的抗拉彈性應(yīng)變以及徐變應(yīng)變兩者與混凝土硬化干燥過程中的自由收縮不相適應(yīng)時， 混凝土就會發(fā)生裂縫。有資料表明，水泥混凝土20 年收縮量的14 % ～34 %發(fā)生在14天齡期內(nèi)， 40 % ～80 %發(fā)生在3個月齡期內(nèi)，所以干縮裂縫引發(fā)的路面橫向裂縫往往是在混凝土水化硬化早期。②水泥混凝土同樣具有熱脹冷縮性能。冷縮屬于拉縮變形，容易引起開裂。當(dāng)外部混凝土所受拉應(yīng)力一旦超過混凝土當(dāng)時的極限強度時， 板塊就會產(chǎn)生橫向裂縫，這種裂縫大多貫穿整個路面。③混凝土抗拉強度一般僅為抗壓強度的1 /8 ～1 /7， 約4.3 ～5.0 MPa。有資料表明，溫度下降30°時應(yīng)力將超過抗拉強度， 必然產(chǎn)生橫向裂縫。所以， 切縫不及時將會導(dǎo)致水泥混凝土路面橫向裂縫的產(chǎn)生。 

　　(6)縱向裂縫。平行于道路行車方向產(chǎn)生的貫穿混凝土板全厚度的裂縫即縱向裂縫。其產(chǎn)生的主要原因是由于地基的不均勻沉降或路基未達設(shè)計強度或基層穩(wěn)定性不夠造成的。填料的質(zhì)量、濕度、膨脹性、凍脹、壓實度等性能未達到要求，可能導(dǎo)致路基支承不均勻， 產(chǎn)生垂直沉降及側(cè)向滑移。最終導(dǎo)致因路基沉陷受板塊自重和行車壓力作用而產(chǎn)生縱向裂縫。 

　　(7)交叉裂縫。水泥混凝土路面板上出現(xiàn)兩條或兩條以上相互交錯的裂縫即為交叉裂縫。在調(diào)查路段中尤其嚴重。交叉裂縫產(chǎn)生的主要原因是： 

　?、僭陂L期車輛荷載以及溫度變化的作用下， 由于水泥混凝土強度不足導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生； 

　?、谝驗槁坊突鶎拥乃€(wěn)定性較差，受水侵入發(fā)生不均勻沉降， 最終受到荷載等作用導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生；

　?、刍旌狭现兴嗟乃磻?yīng)及堿骨料反應(yīng)均可以導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。 

　　(8) 板角斷裂。與水泥混凝土路面板板角兩邊接縫相連的并貫穿板全厚的裂縫即板角裂縫。板角是混凝土路面板的最薄弱部位，往往因為側(cè)模的模壁效應(yīng)， 導(dǎo)致板角不密實， 強度不足而埋下隱患。由于水泥混凝土面板間設(shè)置接縫減弱了板邊的承載能力，使板角在長期的荷載等作用下出現(xiàn)斷裂。其次在溫度變化的作用下， 也會導(dǎo)致板角產(chǎn)生溫度疲勞應(yīng)力， 更易因荷載作用產(chǎn)生斷裂。 

　　水泥混凝土路面的破壞形式還有很多， 如板面起波、剝落； 坑槽、孔洞； 麻面露骨； 松散； 磨光等，不再贅述。 

　　3、水泥混凝土路面破壞的處理措施 

　　(1) 接縫處理。接縫是水泥混凝土板塊的薄弱部位。①當(dāng)填縫料出現(xiàn)老化損壞，則必須立即更換填縫料。以免填縫料與板塊之間被拉出空隙， 受雨水進入造成唧泥、錯臺等?；蛞蛸|(zhì)硬的石子進入縫內(nèi)，導(dǎo)致板邊破碎。②由于溫度影響， 接縫在冬季時縫隙增寬， 應(yīng)及時進行填縫料的增補或更新，以利于其強度的發(fā)揮。目前國內(nèi)填縫料采用聚氨酯類或瀝青膠泥類較為廣泛。③填補縫料施工， 首先用小扁鑿鑿除舊填縫料，并用鋼絲刷清理縫壁、用吸塵器吹吸干凈縫內(nèi)塵土； 然后用稀釋的瀝青涂刷縫壁； 在縫的兩側(cè)路面上各撒一層石粉(或用石灰水涂刷)， 防止灌填接縫材料時污染路面； 最后用配制好的接縫材料進行填縫， 并在縫的頂部預(yù)留5 mm的膨脹空間；最后在已填好的縫上用烙鐵烙平， 使接縫密實。如縫隙過寬，可在縫的下部填入25～30 mm高的泡沫塑料嵌條后再填縫。 

　　(2) 裂縫處理。水泥混凝土路面板裂縫的情況較為復(fù)雜，處理措施應(yīng)根據(jù)其損壞程度等具體情況選擇進行。一般采用較多的是壓注灌漿法、擴縫灌漿法、直接灌漿法和條帶罩面法。①對于寬度較小(約小于0.5mm) ， 且為非擴性的表面裂縫處理， 可采用壓注灌漿法修補。首先清除縫隙， 并在裂縫處每隔30 cm安置一個灌注嘴，其余的縫口用膠帶貼牢， 并在灌注嘴及膠帶上加封松香石蠟( 1： 2， 溶化)，最后用壓力灌漿器將灌漿材料壓入縫內(nèi)。②對于局部性裂縫且縫口較寬者， 可采取擴縫灌漿法修補。首先對裂縫進行擴寬，擴寬溝槽的深度根據(jù)裂縫深度確定，最大深度不得超過2 /3板厚。寬度約為1.5 cm。然后清潔縫隙， 并填入0.5cm粒徑的清潔小石屑(允許含泥量不大于1 % ) 。最后灌縫材料灌入裂縫，養(yǎng)護后即可通車使用。③直接灌漿法適用于非擴展性裂縫。首先清除裂縫塵土并保持無水、干燥； 然后在縫內(nèi)及路面鋪一層厚度約0.3±0.1mm聚氨酯底膠層，底膠采用涂刷方法鋪設(shè)， 底膠用量為0.15 kg/m2。最后使用灌漿材料灌入縫內(nèi)，固化后即可通車使用。④當(dāng)水泥混凝土路面出現(xiàn)貫穿全厚的開裂狀裂縫時， 最好采用條帶罩面法進行修補。其施工工序較為繁瑣。 

　　首先沿裂縫兩側(cè)約20 cm平行切出7 ～10 cm深的兩條縫， 將縫間的混凝土料鑿除， 沿裂縫兩側(cè)10 cm鉆鈀釘孔，每隔50 cm 鉆一對。鈀釘長約20 cm， 用<16螺紋鋼筋制成， 彎鉤約長7 cm。然后將孔槽內(nèi)填滿快硬砂漿，安裝鈀釘。為增強新舊混凝土料的粘結(jié)力， 必須使縫內(nèi)壁呈現(xiàn)毛邊，人工清除表面裸石。刷在修補面上的砂漿配合比一定要與混凝土的相同， 隨后澆筑快硬混凝土，噴灑養(yǎng)生劑養(yǎng)生。最后用切縫機加深縮縫， 并灌填縫料， 養(yǎng)護后即可使用。 

　　(3) 板角處理。水泥混凝土板板角斷裂面積較小， 修補很難達到預(yù)期效果，大多修補后出現(xiàn)“干縮”現(xiàn)象。經(jīng)翻閱資料并結(jié)合實際提出如下處理方案。首先按斷裂面的大小確定切割范圍， 并盡可能保留原有鋼筋，鑿除破損部分后予以處理干凈。然后采用C15貧混凝土， 對基層進行補強， 并在新老混凝土之間加設(shè)傳力桿，在原有路面板接縫面涂刷瀝青料，澆筑快硬混凝土并用養(yǎng)護劑養(yǎng)護， 達到預(yù)期強度時，即可開放交通。 

　　(4) 唧泥、錯臺處理。通過向水泥混凝土板板下空隙灌注水泥砂漿以恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)的支承和整體性，來預(yù)防唧泥和錯臺等病害的發(fā)生。可用標準軸載試驗或者雨后觀察縫隙處唧泥狀態(tài)以判斷脫空板的大約位置，兩種方法并用可以更好地確定方位。然后，按距板邊的距離不小于50 cm布孔。原則上使壓漿孔在板面上分布均勻，單位孔所承擔(dān)的壓漿面積合理；鉆孔的孔距約為7cm， 孔深須達到基層底部， 不應(yīng)深入土基， 最后進行清孔，用砂漿乳液灌漿。壓漿壓力達到1.5 MPa 時， 膨脹卡頭有清水析出即可停止壓漿； 若未達到1.5MPa， 而冒氣孔、接(裂) 縫有漿液冒出、沉陷或錯臺板塊隆起也應(yīng)停止壓漿。養(yǎng)護期間不應(yīng)通車。 

　　(5) 整塊修復(fù)處理。如裂縫分布遍及整塊水泥混凝土板時， 可將該板塊擊破翻除， 必要時還要重做基層， 另澆筑新混凝土板。 

　　4、結(jié)語 

　　通過對淮南市田家庵幾段水泥混凝土路面的調(diào)查、分析、研究，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)水泥混凝土路面病害發(fā)生的根本原因是混凝土本身抗彎拉強度不足。最主要原因是人們對水泥混凝土路面的養(yǎng)護觀念薄弱、忽視。如切實做好路面的經(jīng)常性和預(yù)防性養(yǎng)護，不僅可以避免一些病害的發(fā)生， 而且可以延長水泥混凝土路面的使用壽命。 

　　參考文獻： 
　　[ 1 ] 鄧學(xué)鈞. 路基路面工程. 人民交通出版社， 2000. 
　　[ 2 ] 李華等. 水泥混凝土路面修補技術(shù)(修訂版). 人民交通出版社， 2000. 
　　[ 3 ] 杜國敏. 高等級水泥混凝土路面破壞的原因與防治. 中國科技信息，2005， (5). 
　　[ 4 ] 黃衛(wèi)， 錢振東. 高等級水泥混凝土路面設(shè)計理論與方法. 科學(xué)出版社， 2000. 
　　[ 5 ] 中華人民共和國行業(yè)標準. 水泥混凝土路面施工及驗收規(guī)范(GBJ97 -87). 中國計劃出版社， 1987