第四讲-水泥混凝土路面的病害与防治

水泥混凝土路面的病害与防治李晋博士山东交通学院水泥混凝土路面遇到的主要损坏类型可按损坏模式和影响程度分为五类：1、裂缝类主要指纵向裂缝、横向裂缝、斜向裂缝、破碎板或交叉裂缝、板角断裂等。2、变形类主要指面板整体并未破坏，但出现较大的竖向位移，影响行车舒适性，主要类型有错台沉陷、唧泥隆起、拱起。3、接缝类主要指与相邻板传荷系统有关的损坏，相邻板大约范围内，板边缘混凝土的开裂、断裂或成破屑，破裂通常不扩展到整个板厚。4、松散类主要指层状剥落、坑洞、麻面、裂纹。5、其它类主要指修补损坏。水泥混凝土路面病害及成因分析1、裂缝类主要指纵向横向斜向交叉裂缝，或者板角断裂，由于板内应力大于水泥混凝土的强度而出现，或者由于板的尺寸太大出现较大的温度翘曲应力，下层稳定性差产生过量的变形使板底脱空失去支撑，施工中切缝不及时也会产生裂缝。（1）横向裂缝指垂直于行车方向的有规则的裂缝，导致水泥混凝土出现横向裂缝的原因很多，大致可以归纳为如下几个方面。a干缩裂缝。在水泥混凝土混合料中，水以化学结合水、层间水、物理吸附水、毛细水等状态存在。当水在混凝土硬化过程中失去时，水泥浆体就会因收缩产生收缩应力而引起干燥收缩裂缝。从配合比来看，虽然混凝土的塌落度、水泥标号、用量、集料粒径、细集料含量等对水泥混凝土的干缩有影响，但最重要的影响因素还是混凝土中的单位含水量，因此水泥混凝土施工时在满足施工和易性的前提下，应尽量减少单位用水量，有资料表明干缩引起的路面横向裂缝有发生在龄期内。b冷缩裂缝。水泥混凝土具有热胀冷缩性能，其线膨胀系数为10-5，板块的热胀冷缩是在相邻部分或整体限制条件下发生的，故热胀是压缩变形，冷缩是拉伸变形，很容易引起开裂。水泥水化是一个放热过程，在混凝土硬化过程中，释放出大量的热能，使温度上升，混凝土内部体积膨胀，而板面温度夜间降低又由于湿水养生导致冷却收缩，使混凝土路面内部膨胀，面部收缩，产生很大的温度应力，当温度应力大于板的极限拉应力时，板块就会出现裂缝或横向断裂，温度从高温突然下降时也会引起板块的断裂。c切缝不及时。为防止混凝土的干缩裂缝和冷缩裂缝，要把路面分块为防止混凝土路面的横向裂缝，施工要求及时切缝。（2）纵向裂缝顺路方向出现的裂缝称为纵向裂缝，水泥混凝土路面大传荷顺序为面层、基层、路基。尽管面板传到路基顶面的荷载应力很小，往往不超过，但路基的稳定条件很重要。由于路基填料不均匀、湿度不均匀、压实不足等多种原因，很可能导致路基不均匀，在混凝土浇筑之前未严格检查基层顶面弹性模量是否符合规范要求，盲目施工，在路基稍有沉陷的情况下，及板块自重和行车压力作用下而产生纵向断裂。开始裂缝很细，一般小于0.05mm，但随着雨水浸入和浸泡，基层表层软化、液化，而产生唧泥、淘空，使裂缝加大。在拓宽路基时，由于路基处理不当，新路基出现沉降，混凝土板下沿纵向出现脱空，在车轮荷载作用下，使混凝土板发生纵向断裂。所以为预防纵向裂缝的发生，在施工中要严格控制基层、路基的质量及验收标准。（3）交叉裂缝水泥混凝土在拌和、运输、振捣、凝结、硬化的过程中，始终存在着水泥的水化反应。水化反应可分初始期、休止期、凝结期及硬化期四个阶段。水泥水化反应在混凝土发生升温和降温过程中产生体积的胀缩变形，在内部骨料及外部边界约束下使混凝土的自由胀缩变形受阻，而产生拉压应力。水泥的安定性对混凝土的质量影响很大。在水泥的生产过程中，有时会出现一些过烧的CaO和MgO，它们的水化速度较慢，往往是在水泥硬化后再水化，引起水泥浆体积膨胀、开裂甚至溃散。如果使用了安定性不良的水泥，浇筑的混凝土路面就会产生大面积龟裂。一些工地由于管理混乱，技术力量较弱，加之监理单位的质量行为不到位，对原材料的把关不严，使部分小窑水泥流入施工现场进行使用，造成了质量隐患。所以为预防交叉裂缝的产生，在设计中要选择水稳性好的材料做基层及底基层在施工中要严把水泥质量关，各项指标必须达到规范要求，施工中严格按配合比操作，保证混凝土强度。（4）板角断裂与混凝土板角两边接缝相接的贯穿板厚的裂缝为板角断裂。板角是混凝土路面板的薄弱部位，由于侧模的模壁效应，施工时很难使混凝土完全振捣密实，板角密实度不够，强度相对较小，而在受力上板角却较为不利。相邻板角之间无传力杆，传荷能力较差，在车轮荷载的作用下荷载应力较集中，在施工混凝土路面过程中，一些施工单位为图方便和节约材料，往往不按设计要求加设角隅及边缘钢筋。一旦混凝土路面板接缝进水，板下就会出现唧泥、脱空现象，板角更是处于不利状况，车轮荷载作用在板角时，很容易出现板角断裂。预防板角断裂的产生应采取以下措施：采用水稳性好的基层横纵缝填缝前要清理干净，填料要饱满，防止填料老化渗水施工中板角、板边要振捣密实。2、变形类病害（1）错台沉陷错台是指接缝处相邻面板的垂直高差。其产生的原因是路面板在车辆轴载的作用下，造成接缝处板块不均匀下沉，在温度和湿度梯度作用下，板在接缝处产生翘曲，横缝处未设置传力杆，基层、路基强度压实不足，施工操作不当。（2）唧泥隆起唧泥是指车辆通过时基层细料和水一起从板接缝处挤出，逐渐使基础失去支撑能力，在荷载的重复作用下，最终将产生板断裂的现象。产生的主要原因是填缝料损坏、雨水下渗和路面排水不良。（3）拱起拱起是指横缝两侧的板体发生明显抬高的现象。其产生的原因主要是缝被硬物阻塞或胀缝设置不当，使板受热时不能自由伸长。3、接缝类（1）接缝碎裂水泥混凝土路面板接缝两侧倾斜的剪切挤碎现象称为接缝碎裂。水泥混凝土路面的接缝分为纵缝和横缝。横缝又分为胀缝和缩缝两种。胀缝在使用中随气温而变化，气温上升时填缝料会被挤出当气温下降，填缝料不能恢复，使缝中形成空隙，泥、砂、石屑等杂物侵入，成为再次胀伸时的障碍，且雨水也能沿此空隙渗入，损坏基层和垫层，造成路面板接缝处的变形和破损。缩缝的变化较小，但经过若干次收缩，能把假缝折断成真缝，填缝料自身老化，也会造成象胀缝一样的后患。施工中由于施工、养护不规范，切缝、清缝不及时或没有达到规定的深度而造成的。故为预防接缝碎裂，在施工及养护中，切缝要达到规定的深度，清缝要及时，填缝料要使用热胀冷缩性能好的材料。（2）板边缘开裂边、角剥落是指接缝两侧各处内或板角内的碎裂。其原因是接缝落入坚硬的杂物，板在膨胀时产生了超应力，边缘被硬物挤碎、重交通荷载的重复作用、传力杆设计或施工不当接缝处混凝土强度低。（3）填缝料损坏接缝内无填料，填料破损，缝内混杂砂石称为填缝料损坏。填缝料损坏主要是由于填料脆裂、老化、挤出与板边脱离造成。质量较差的填缝料，短时间内就会发生填缝料损坏现象。4、表面损坏类（1）起皮、剥落水泥混凝土表面表层上下脱开，这种板面浅层内所发生的病害称为起皮。距接缝宽度内的板边，板角半径内不垂直贯通板的破碎裂现象称为剥落。起皮主要是施工中水灰比过大或因混凝土施工时表面砂浆有洒水提浆现象所致。剥落主要是由于混凝土强度不足，缝内进入杂物所引起。（2）麻面、露骨水泥混凝土表面结合料磨失，成片或成段地呈现过度地粗糙称为麻面。路面混凝土保护层脱落形成骨料裸露称为露骨。麻面主要是由于混凝土施工时遇雨所致。露骨主要是由于混凝土表面灰浆不足，洒水提浆造成混凝土路面表层强度不足。（3）松散水泥混凝土路面由于结合料不足或失效，成片或成段地呈现过度地粗糙和砂石分离称为松散。松散主要是由于砂石含泥量较大，水泥质量较差或用量较少，混凝土强度不足引起。（4）坑槽、孔洞水泥混凝土路面板表面有局部破损，形成有一定深度的洞穴称为孔洞。面层骨料局部脱落而产生的长槽称为坑槽。坑槽、孔洞主要是由于砂石材料含泥量较大，混凝土内有泥土或杂物所致。（5）磨光水泥混凝土路面磨成光面。其摩擦系数已下降到极限值以下。磨光的主要原因是由于水泥混凝土路面水泥砂浆层强度低，水泥等原材料耐磨性差，路面使用时间较长也会发生磨光现象。集料磨光5、其它类（1）表面裂纹与层状剥落表面裂纹是指浅而细或发丝状的网状裂纹，仅产生在路面表层。在车辆荷载的作用下会发展为深度一表层层状剥落。其产生的原因是水灰比过大、过度抹面、养护不及时、水泥中的碱氧化钠及氧化钾与集料中的某些特定矿物质发生碱硅反应等。（2）修补损坏是路面板损坏修补后的再次损坏。其主要原因是原有病害没有根治，修补质量差。（3）表面裂缝混凝土板面的表面裂缝主要是由混凝土的早期过快失水收缩和碳化收缩引起的。水泥混凝土路面断板的预防与处理水泥混凝土路面的断板是指水泥混凝土路面在修建和使用过程中由于板内应力超过了混凝土的强度而出现的贯穿水泥混凝土面板整个厚度的不规则的横向、纵向、斜向或交叉断裂断板，或者角隅处的折断裂缝，它把水泥混凝土面板分为两块或两块以上，破坏路面结构的完整性。发生断板的原因是多方面的：板太薄或轮载过重板的平面尺寸太大使温度翘曲应力过大地基稳定性差产生过量塑性变形使板底脱空失去支撑养生期内收缩应力过大荷载和温度应力作用下的疲劳开裂等断板的出现，会使水泥混凝土路面在车辆荷载作用下，在断缝处出现剥落、破损，继而形成唧泥、错台，直至造成破坏，使混凝土面板丧失部分以至大部分承载能力。水泥混凝土路面断板的预防水泥混凝土路面断板主要是在施工过程中或使用过程中出现的，因而断板的预防就应针对其出现的不同时期进行控制：1、良好的结构组合设计能够有效预防断板水泥混凝土路面在使用过程中，由于设计、超限荷载的因素都会导致水泥混凝土路面出现断板。设计因素的影响主要是由于结构组合设计、排水设计考虑不周到而造成的。结构组合设计中应着重考虑路面基层对水泥混凝土面板的影响，即路面基层除满足有足够的强度、刚度外，还应具有良好的水稳性和平整度。良好的水稳性能够有效地避免唧泥的产生、从而避免基层的破坏与板底的脱空，为水泥混凝土面板提供良好的支撑，避免断板。良好的平整度能够有效避免荷载作用下水泥混凝土面板出现应力集中区域，避免断板。2、施工过程断板的预防严格控制水泥混凝土混合料的配合比，避免水灰比过大或混合料离析，确保混凝土混合料有足够的强度，同时，严格掌握切缝时间一般控制在300个温度小时以内，避免由于混凝土的收缩而产生断板，因为温度、湿度和风的变化，都会引起混凝土出现较大的干缩。3、使用过程中断板的预防水泥混凝土路面在使用过程中，会因超限荷载、各种地面水进入水泥混凝土路面的缝隙，形成唧泥，进而产生断板，因而应严格控制超限荷载，及时对水泥混凝土路面的各种缝隙进行灌缝，防止各种地面水进入水泥混凝土路面结构内部，消灭唧泥源，避免断板。