水泥混凝土疲劳寿命

水泥混凝土路面（素混凝土）一、影响因素1.初步损伤水泥混凝土是多相混合的材料，其中有天然的碎石或卵石、砂子，也有水泥的水化物晶体和凝胶。这些成分的分布紊乱，没有规律可循。而弥散于混凝土体之中的，还有一些微小的杂质、孔隙和裂缝等等。这些杂质和微孔隙、微裂缝是水泥混凝土与生俱来的缺陷，它们构成了水泥混凝土的初始损伤。它们的产生有其必然的缘由，是不可避免的。1.1.1.杂质的带入及其不利影响在拌制水泥混凝土的水和原料中，不可避免地要存在诸如泥土、硫酸盐、硫化物、有机物、云母、轻物质等等有害杂质，尽管这些杂质的含量虽然在施工中受到了严格的控制，但仍然在一定程度上降低了骨料的强度，妨碍了水泥的水化反应，降低了骨料与水泥浆的粘结能力，或者与水泥的水化物产生不良的反应，在局部的区域降低了混凝土的力学性能。1.1.2.气孔的形成水泥混凝土在搅拌过程中会带入一些空气。一般情况下，在水泥混凝土混合料中，气体约占总体积的1%～3%。这些气体大部分在浇注和震捣时排出混凝土体外，也有小部分陷入混凝土中。存在于混凝土中的气体便产生了气孔。1.1.3.毛细孔的形成在水泥混凝土的凝结过程中，水泥颗粒不断与水反应生成水化物。水化物的体积约为水泥颗粒体积的两倍。这些水化物不断填充固体颗粒间的空隙，并与颗粒粘结在一起形成整体。尽管水化物填充了大部分的空隙，但总是有一小部分空隙未被填充，因为这些空隙被水占据。这些被水占据而未被水化物填充的空隙就形成了毛细孔。混凝土中水分越多的地方毛细孔的密度和宽度就越大1.1.4.干缩裂缝的形成水泥混凝土在硬化过程中要产生体积收缩，这是失去水分所导致的后果，产生张力，促使孔隙周围的颗粒凝聚，导致水泥浆的体积收缩。骨料之间的堆挤和摩擦使得。它们不能自由移动，而水泥浆收缩前恰好填充了骨料之间的间隙，所以它的收缩必然受到骨料的限制。因此，干缩导致了水泥浆体中产生拉应力。水泥混凝土的初始损伤分布是不均匀的。当水泥混凝土受到足够大的应力作用，首先破坏的应该是过渡区，然后才是其他的部位。在受损的水泥混凝土试件的断面上可以观察到，大部分的细小裂缝分布于过渡区，随着荷载的增大或者循环次数的增加，这些细小的裂缝逐步汇集，构成了更大的裂缝。过渡区微裂的发展和有效受力面积的减少，使硬化水泥浆所承受的应力越来越大，导致水泥浆体中的微裂缝扩展和汇聚，最终使众多的微裂缝贯通起来，形成宏观的裂缝。2.成分比例2.1.炭化收缩裂缝的形成当水泥用量小、水灰比大时，空气中的CO2就会渗透到混凝土中，与碱性物质发生炭化反应生成碳酸盐和水。炭化反应也会导致混凝土的体积收缩。炭化引起的收缩仅限于混凝土表面，所以只可能导致混凝土的表面开裂。2.2.集料粒径分布根据国外大量研究和应用的结果证明：混凝土粗集料的最大粒径越小，其抗冲击与疲劳的强度就越好。但是粗集料的粒径减小（国外一般都以20mm为最大粒径），会使包裹它们的砂浆需要量增大，也有不利之处，就要通过增加中间颗粒部分来补偿。3环境因素3.1.平整度汽车在不平整路面上行驶时,车轮对路面会产生一个附加动荷载,它对路面的使用性能和使用寿命有很大的影响,是引起路面破坏的重要原因。3.2.荷载、空气、水、温度这些因素包括公路上行驶的汽车所带来的垂直荷载与水平荷载和空气，水，温度等自然环境因素。二、改进措施①由于路面不平整引起的行车对路面的冲击,加剧了路面的破坏作用,其结果是路面的疲劳寿命呈现大幅度下降的趋势.建议在施工中尽量整平路面,提高路表的平整度指标。②高速公路水泥混凝土需要增设表面磨耗功能层。水泥混凝土路面虽然有专门制作的宏观抗滑构造和细观抗滑构造，而砂浆表面的粗糙度远远不够，可以加铺沥青混凝土表面磨耗功能层或者采用树脂或高分子聚合物的表面功能层，形成复合式水泥混凝土路面，这样有效的增加了路面的使用寿命。③水泥混凝土路面设粒料垫层。粒料垫层材料有：级配碎石、不分级配的统装碎石、级配砂砾、原装砂砾、粗砂。这样能够起到很大的缓冲作用，有效的避免由于长期的超负荷导致的路面沉降问题。并且还能够有效的排出积水，使路基震动减小而更加的稳定，整体增加路面寿命。④冲击压实和采用土壤固化剂。采用冲击式压实机冲碾，结束后能够形成整体稳定、连续均匀的路床。采用土壤固化剂稳定砂性土，对粉沙性土壤有显著的稳定作用，并且可以提高路床顶面强度减少基层不均匀沉降，在基层中加入适当的硫酸钠可以增加抗拉抗裂能力，使路面的裂缝大大的减少，增加疲劳寿命。⑤改进集料粒径分布。水泥混凝土路面材料是由多种成分组成的复合材料，它们有上千种各有优劣的组合。比如混凝土粗集料的最大粒径越小，其抗冲击与疲劳的强度就越好。但是粗集料的粒径减小（国外一般都以20mm为最大粒径），会使包裹它们的砂浆需要量增大，也有不利之处，就要通过增加中间颗粒部分来补偿。⑥严格控制水泥路面的搅拌过程、摊铺过程。减少杂志、气孔、毛细孔的影响，减少水泥混凝土的初始损伤程度。