水泥混凝土路面破坏的研究及处理措施

水泥混凝土路面破坏的研究及处理措施1引言水泥混凝土路面通常称为混凝土路面,属于刚性路面。其断面一般由混凝土面板、基层或垫层组成,路面板具有较高的承载力和扩散荷载的能力。水泥混凝土是以水泥为胶结材料,以普通砂石为集料并以一定的比例加水搅拌成型的复合材料,其主要的技术性质包括新拌混合料的工作性、硬化混凝土的强度、变形及耐久性[1]。对于水泥混凝土路面,因为其在长期的交通荷载及温度的反复作用,和施工工艺的控制及路面本身设计等因素影响下,道路在开放交通后三年左右,路面病害将会相继出现。作者选取的几处调查路段均为特殊路段,因为长期受重型车辆的荷载等作用,路面破损较为严重,具有一定的代表性。2路面破坏类型及原因[2]～[5](1)接缝破碎。水泥混凝土路面板接缝两侧倾斜的剪切挤碎即接缝碎裂。接缝碎裂主要表现于横向接缝(主要是胀缝)两侧数十厘米宽度内。这是由于胀缝的宽度随温度而变化,温度升高时填缝料被挤出;而气温下降时因缝料的性能较差又不能恢复,缝中形成空隙,泥沙、石屑等杂物容易侵入,成为板块伸张时的障碍,阻碍了板的伸长,使混凝土在膨胀时受到较高的挤压应力,当其超过混凝土的抗剪强度时,板即发生剪切挤碎,呈接缝碎裂。再经长期的车辆荷载作用和填缝料老化、脆裂造成接缝料脱落。(2)唧泥。当汽车行经水泥混凝土路面接缝时,由缝内喷溅出泥浆的现象称为唧泥。在车辆的重复频繁作用下,面板底下的细粒基层或基础材料由于塑性变形累积而同面层板脱空,地面水沿接缝或裂缝渗入板下积聚在脱空的空隙内;在轮载作用下,板向下移动抽吸相邻板间的水及细小颗粒混合喷溅出来,使面板边缘失去支承,在板边、板角以及横缝处产生大量的空隙,导致面板开裂。因而往往在距离接缝1.5～1.8m以内产生横向裂缝。(3)错台。路面横向接缝两侧路面板出现的竖向相对位移,是由板下细粒基层或基础材料的唧泥引起的。当胀缝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,抽吸的材料在接缝或裂缝附近的前方板下堆积起来时就会产生错台。空隙主要产生于后方板的下面。当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,也会导致错台的产生。同样由于交通量或基础承载力在横向各幅板上分布不均匀,导致其沉陷不一致时,纵缝也会产生错台现象。(4)表面裂缝。混凝土面板的表面裂缝主要是由混凝土早期过快失水干缩和碳化收缩引起的。①在路面水泥混凝土施工中,发生的颗粒不均匀分层离析,大多是粗骨料从混合料中分出,水分向上迁移,形成表面泌水,使水泥混凝土路面表面含水量增加,由水的蒸发而导致形成凹面。由于表面凹面较凸面所受压力大,固体颗粒间产生毛细管张力,促使颗粒凝聚。当混凝土表面尚未充分硬化,不能抵抗这一张力,则混凝土表面发生裂缝。②混凝土的收缩也会引起混凝土表面龟裂。混凝土的收缩分为塑性收缩、化学收缩、物理收缩和碳化收缩四种形式。混凝土的收缩使混凝土产生内应力,并在其内部产生微裂缝,破坏混凝土的结构,降低混凝土的耐久性。③严重的表面裂缝,会使混凝土路面较快出现裸露砂石现象,如不及时处理,将会降低水泥混凝土路面的表面抗滑能力与行车舒适性。(5)横向裂缝。垂直于行车方向的有规则的贯穿混凝土板全厚度的裂缝即横向裂缝。造成横向裂缝的原因很多,大致分为:干缩裂缝、冷缩裂缝和切缝不及时引起的裂缝等。①水泥混凝土的自由收缩不会导致裂缝产生。而处于限制状态下的混凝土结构,由于其本身的抗拉弹性应变以及徐变应变两者与混凝土硬化干燥过程中的自由收缩不相适应时,混凝土就会发生裂缝。有资料表明,水泥混凝土20年收缩量的14%～34%发生在14天龄期内,40%～80%发生在3个月龄期内,所以干缩裂缝引发的路面横向裂缝往往是在混凝土水化硬化早期。②水泥混凝土同样具有热胀冷缩性能。冷缩属于拉缩变形,容易引起开裂。当外部混凝土所受拉应力一旦超过混凝土当时的极限强度时,板块就会产生横向裂缝,这种裂缝大多贯穿整个路面。③混凝土抗拉强度一般仅为抗压强度的1/8～1/7,约4.3～5.0MPa。有资料表明,温度下降30°时应力将超过抗拉强度,必然产生横向裂缝。所以,切缝不及时将会导致水泥混凝土路面横向裂缝的产生。(6)纵向裂缝。平行于道路行车方向产生的贯穿混凝土板全厚度的裂缝即纵向裂缝。其产生的主要原因是由于地基的不均匀沉降或路基未达设计强度或基层稳定性不够造成的。填料的质量、湿度、膨胀性、冻胀、压实度等性能未达到要求,可能导致路基支承不均匀,产生垂直沉降及侧向滑移。最终导致因路基沉陷受板块自重和行车压力作用而产生纵向裂缝。(7)交叉裂缝。水泥混凝土路面板上出现两条或两条以上相互交错的裂缝即为交叉裂缝。在调查路段中尤其严重。交叉裂缝产生的主要原因是:①在长期车辆荷载以及温度变化的作用下,由于水泥混凝土强度不足导致裂缝产生;②因为路基和基层的水稳定性较差,受水侵入发生不均匀沉降,最终受到荷载等作用导致裂缝产生;③混合料中水泥的水化反应及碱骨料反应均可以导致裂缝产生。(8)板角断裂。与水泥混凝土路面板板角两边接缝相连的并贯穿板全厚的裂缝即板角裂缝。板角是混凝土路面板的最薄弱部位,往往因为侧模的模壁效应,导致板角不密实,强度不足而埋下隐患。由于水泥混凝土面板间设置接缝减弱了板边的承载能力,使板角在长期的荷载等作用下出现断裂。其次在温度变化的作用下,也会导致板角产生温度疲劳应力,更易因荷载作用产生断裂。水泥混凝土路面的破坏形式还有很多,如板面起波、剥落;坑槽、孔洞;麻面露骨;松散;磨光等,不再赘述。3水泥混凝土路面破坏的处理措施(1)接缝处理。接缝是水泥混凝土板块的薄弱部位。①当填缝料出现老化损坏,则必须立即更换填缝料。以免填缝料与板块之间被拉出空隙,受雨水进入造成唧泥、错台等。或因质硬的石子进入缝内,导致板边破碎。②由于温度影响,接缝在冬季时缝隙增宽,应及时进行填缝料的增补或更新,以利于其强度的发挥。目前国内填缝料采用聚氨酯类或沥青胶泥类较为广泛。③填补缝料施工,首先用小扁凿凿除旧填缝料,并用钢丝刷清理缝壁、用吸尘器吹吸干净缝内尘土;然后用稀释的沥青涂刷缝壁;在缝的两侧路面上各撒一层石粉(或用石灰水涂刷),防止灌填接缝材料时污染路面;最后用配制好的接缝材料进行填缝,并在缝的顶部预留5mm的膨胀空间;最后在已填好的缝上用烙铁烙平,使接缝密实。如缝隙过宽,可在缝的下部填入25～30mm高的泡沫塑料嵌条后再填缝。(2)裂缝处理。水泥混凝土路面板裂缝的情况较为复杂,处理措施应根据其损坏程度等具体情况选择进行。一般采用较多的是压注灌浆法、扩缝灌浆法、直接灌浆法和条带罩面法。①对于宽度较小(约小于0.5mm),且为非扩性的表面裂缝处理,可采用压注灌浆法修补。首先清除缝隙,并在裂缝处每隔30cm安置一个灌注嘴,其余的缝口用胶带贴牢,并在灌注嘴及胶带上加封松香石蜡(1:2,溶化),最后用压力灌浆器将灌浆材料压入缝内。②对于局部性裂缝且缝口较宽者,可采取扩缝灌浆法修补。首先对裂缝进行扩宽,扩宽沟槽的深度根据裂缝深度确定,最大深度不得超过2/3板厚。宽度约为1.5cm。然后清洁缝隙,并填入0.5cm粒径的清洁小石屑(允许含泥量不大于1%)。最后灌缝材料灌入裂缝,养护后即可通车使用。③直接灌浆法适用于非扩展性裂缝。首先清除裂缝尘土并保持无水、干燥;然后在缝内及路面铺一层厚度约0.3±0.1mm聚氨酯底胶层,底胶采用涂刷方法铺设,底胶用量为0.15kg/m2。最后使用灌浆材料灌入缝内,固化后即可通车使用。④当水泥混凝土路面出现贯穿全厚的开裂状裂缝时,最好采用条带罩面法进行修补。其施工工序较为繁琐。首先沿裂缝两侧约20cm平行切出7～10cm深的两条缝,将缝间的混凝土料凿除,沿裂缝两侧10cm钻钯钉孔,每隔50cm钻一对。钯钉长约20cm,用16螺纹钢筋制成,弯钩约长7cm。然后将孔槽内填满快硬砂浆,安装钯钉。为增强新旧混凝土料的粘结力,必须使缝内壁呈现毛边,人工清除表面裸石。刷在修补面上的砂浆配合比一定要与混凝土的相同,随后浇筑快硬混凝土,喷洒养生剂养生。最后用切缝机加深缩缝,并灌填缝料,养护后即可使用。(3)板角处理。水泥混凝土板板角断裂面积较小,修补很难达到预期效果,大多修补后出现“干缩”现象。经翻阅资料并结合实际提出如下处理方案。首先按断裂面的大小确定切割范围,并尽可能保留原有钢筋,凿除破损部分后予以处理干净。然后采用C15贫混凝土,对基层进行补强,并在新老混凝土之间加设传力杆,在原有路面板接缝面涂刷沥青料,浇筑快硬混凝土并用养护剂养护,达到预期强度时,即可开放交通。(4)唧泥、错台处理。通过向水泥混凝土板板下空隙灌注水泥砂浆以恢复路面结构的支承和整体性,来预防唧泥和错台等病害的发生。可用标准轴载试验或者雨后观察缝隙处唧泥状态以判断脱空板的大约位置,两种方法并用可以更好地确定方位。然后,按距板边的距离不小于50cm布孔。原则上使压浆孔在板面上分布均匀,单位孔所承担的压浆面积合理;钻孔的孔距约为7cm,孔深须达到基层底部,不应深入土基,最后进行清孔,用砂浆乳液灌浆。压浆压力达到1.5MPa时,膨胀卡头有清水析出即可停止压浆;若未达到1.5MPa,而冒气孔、接(裂)缝有浆液冒出、沉陷或错台板块隆起也应停止压浆。养护期间不应通车。(5)整块修复处理。如裂缝分布遍及整块水泥混凝土板时,可将该板块击破翻除,必要时还要重做基层,另浇筑新混凝土板。4结语通过对淮南市田家庵几段水泥混凝土路面的调查、分析、研究,发现大多数水泥混凝土路面病害发生的根本原因是混凝土本身抗弯拉强度不足。最主要原因是人们对水泥混凝土路面的养护观念薄弱、忽视。如切实做好路面的经常性和预防性养护,不仅可以避免一些病害的发生,而且可以延长水泥混凝土路面的使用寿命。