水泥混凝土路面常见病害与预防

刘再成 富志鹏 韦 刚

水泥混凝土路面的使用性能在行车和自然因素的不断作用下逐渐恶化,以致出现各种类型的损坏现象。混凝土路面破坏形式的分类方法很多,本文将其分为两大类:一类是接缝处破坏,另一类是混凝土面板内破坏。

1 接缝处损坏

接缝处是混凝土板体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、板块活动和唧泥、填缝材料的破坏等。

1.1 错台

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,产生唧泥,随着唧泥的连续不断发生,路基游离土被不断带走,路基表面标高不断降低,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。

1.2 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、施工时胀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阻时,某一接缝两侧的板突然向上拱起。这是由于混凝土板收缩是缝隙张开,填缝料失效,坚硬碎屑等不可压缩材料塞满缝隙,使板在膨胀时产生较大的压应力,从而出现纵向压曲失稳。

1.3 脱空、板块活动和唧泥

唧泥是在车辆荷载作用下,板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间隙,脱空往往伴随唧泥的发生和发展而出现。

1.4 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、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,进而诱发其他病害。

2 接缝处损坏的预防

1)选择适宜的基层材料,提高基础的抗冲刷能力。高等级公路一般采用强度较高和抗冲刷的无机结合料或是沥青稳定粒料作基层,杜绝细粒土在基层上的应用,给混凝土面板提供均匀支撑,防止唧泥。2)加强防排水措施。a.采用路面排水措施加强路面排水;b.加强接缝处理;c.采用合适的路面结构,增强排水能力;d.加强中央分隔带排水设施建设。3)减小荷载应力以防止唧泥发展。唧泥的发展与荷载应力的大小有关,应减小混凝土板接缝、裂缝及板边底部荷载应力,有利于减少唧泥的发生,并通过横向接缝(缩缝、胀缝、施工缝)设置传力杆,纵向接缝(施工缝、缩缝)设置拉筋,从而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。

3 路面板内损坏

水泥混凝土路面裂缝可分为以下几种:1)表面裂缝:产生在水泥混凝土路面表层的裂缝。2)贯通裂缝:贯通水泥混凝土板全厚的裂缝。包括:a.横向和斜向裂缝。b.纵向裂缝。c.交叉裂缝与网裂(破碎板)。d.角隅裂缝。

3.1 认真选择混凝土原材料

1)水泥。对于特重型交通,可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥,但其标号必须在42.5级以上;对于重、中等和轻型交通,也可采用矿渣硅酸盐水泥,其标号不得低于32.5级。2)骨料。采用质地坚硬、洁净的河砂或海砂,级配应符合规范要求,砂的含泥量应控制在不大于3%。

粗骨料可为碎石或砾石,应质地坚硬、耐久、结晶,符合规定级配,最大粒径不超过40 mm,含泥量不超过 1.0%,硫化物及硫酸盐含量不超过1.0%,针状、片状颗粒不超过15%。

3.2 处理好混凝土施工质量控制

1)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;混凝土的搅拌充分,出料要均匀,减少离析都有利于减少路面病害的发生。2)采用混凝土真空脱水技术。混凝土振捣完毕,用真空脱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,提高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。3)选择适宜的切缝时间。准确掌握切缝时间很重要,一般以混凝土抗压强度达到5 MPa～10 MPa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。4)加强混凝土的养护。加强混凝土路面的养护,可及时阻止混凝土表层水分蒸发,从而有效防止混凝土裂缝的产生。

3.3 防止路基的不均匀沉降

1)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,应予以置换;对中等及弱膨胀土需加以改良。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18 cm。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)路基边坡的加固处理。a.土工格栅加固边坡:将土工格栅分层埋在土中,具有抗老化的优点,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体性,同时土体抗拉强度得到改善,增加了土体的变形模量。b.选择合适的坡比也是维护路基很重要的方面,对膨胀土,坡比采用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∶1～1∶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。c.选择适宜的路基边坡加固方法:可采用拱形骨架与种植草坪结合的方案,骨架可采用浆砌石,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、矮挡土墙等方案。

4 结语

针对水泥混凝土路面因强度高、硬度大、养护期较长,且路面破坏后难于清除,修复难度大等缺点,本文把水泥混凝土路面的破坏分为两种:接缝处破坏和板内破坏。对水泥混凝土路面病害,最关键、最根本的是预防为主,即在设计和施工阶段,应采取严格有效的、全面的预防措施,文中根据出现病害的原因进行了深入分析归纳,提出了如何预防这些病害产生的方案和方法,从而提高水泥混凝土路面的长期性和耐久性。

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