水泥混凝土路面板塊病害修補的力學特性分析與方案確定

摘要：隨著全國公路建設事業的飛速發展，水泥混凝土路面的鋪筑里程與日劇增，但是，水泥混凝土路面一經損壞，修補工作較難進行，快速修補則更難，及時的修復和日常的養護是延長路面使用壽命的關鍵。通過研究板塊破壞的類型及傳統修補方法，對某高速公路混凝土路面狀況的調查，對其常見板塊病害的原因進行了分析，并提出了相應的修補方案。

關鍵詞：板塊病害；力學特征；水泥混凝土

中圖分類號：U41文獻標識碼：A文章編號：16723198（2007）11027302

1引言

水泥混凝土路面是一種剛度大、擴散荷載能力強、穩定性好的路面結構。加之水泥混凝土路面的適應性及抗災能力強，能較好地滿足現代化交通的要求，自20世紀90年代以來得到了迅猛發展。但隨著公路里程的增加，養護維修的任務越來越重，況且由于路面經常受重交通荷載、環境條件等因素的作用，水泥混凝土路面在使用初期或經過一段時間使用后，容易出現一定程度的損傷破壞，如路面表面出現細小的裂縫、坑槽、露骨；路面板出現裂縫、斷板；接縫產生錯臺、碎裂等病害。這些病害降低了路表使用性能，減小了路面結構的承載能力，降低了道路的通行能力，應迅速予以修復，否則在車輛荷載和環境因素繼續作用下，路表使用性能將迅速降低，路面承載能力將進一步下降，會引起整個路面結構迅速破壞。從而會大大增加今后的維修成本。

2板塊破壞的類型及傳統修補方法

在水泥混凝土路面的板塊修補方面，常采用的方法是將損壞的混凝土除掉，將局部板塊鑿成5～7cm的長方形凹槽，清除刷洗干凈后重新補鋪路面，鋪上與原路面混凝土相同強度或略高于路面混凝土原設計強度的普通混凝土。

2.1板塊破壞的類型

板塊破壞修補的類型一般包括：

（1）板角斷裂：裂縫垂直通底，并從角隅到斷裂兩端的距離等于或小于板邊長的一半。（2）邊緣有中等或嚴重的混凝土開裂或成碎塊。（3）坑洞，板表面出現直徑為2.5～10cm、深為1.2～5cm的坑洞。

2.2傳統的修補方法

（1）瀝青混凝土。長期以來，公路部門都習慣于采用瀝青混凝土對損壞的水泥混凝土路面進行修補，盡管方法簡便，但隱患較多。①道路強度不均勻，傳荷不一致。②使用壽命短。瀝青混凝土本來的使用壽命就較水泥混凝土路面短得多，夾在水泥混凝土板面中間，更易發生破壞，有的其至一個冬季或雨季過后，就要進行重新修理。③影響路面平整度，降低表面使用功能。由于瀝青混凝土的熱穩性較差，夏季在外部荷載作用下，瀝青混凝土易產生變形，導致路面平整度下降，影響路面使用功能。④不美觀。在整片灰白色的水泥混凝土路面中補上一塊黑色的瀝青混凝土，路面景觀受到影響，行車者見了也很不舒服。

（2）普通水泥混凝土。公路上另一種傳統的修補水泥混凝土路面的方法是將破損的混凝土除掉，新鋪上與原設計標號相同或高標號的普通混凝土，采用普通水泥混凝土修補被損壞的混凝土路面，主要有如下缺點：①收縮大，易導致新老混凝土拉開。②水泥混凝土本身粘度低，與老混凝土結合差。③新老混凝土間的界面缺陷，易使混凝土開裂。④養生期長，影響交通。

3板塊病害修補結構形式研究與力學分析

3.1基本幾何性能

水泥混凝土路面在進行受力分析過程中，可以按薄板的基本幾何來進行。對混凝土板塊建立如圖1所示的坐標系，板在x-y平面內，在z方向的厚度為t，板的表面在z=±t/2處，中面在z=0處，它滿足薄板的基本幾何：（1）板的厚度比它的平面尺寸b和c要小得多，既t<

板塊在破壞后，按照傳統的修補方法，是將破損的混凝土除掉，新鋪上與原設計標號相同或高標號的普通混凝土，采用普通水泥混凝土修補被損壞的混凝土路面，其修補形式和修補后修補塊的界面受力，采用傳統的修補形式進行修補后，由于界面間骨料的咬合力，修補板塊的邊界上仍舊作用有面應力和剪應力，這些應力從板的中面開始，在z方向線性變化。雖然忽略了板的橫向剪切變形，但是仍舊有橫向剪應力，這些橫向的應力在沿邊界上就產生了彎矩和扭矩。由于界面間各種作用力的存在，在行車荷載的作用下，必定會在接縫處產生接縫碎裂等現象，而且新混凝土的干縮還會使新老混凝土產生裂縫，導致地面水下滲，從而會引起整個板塊的破壞。

4.2修補方案的提出及力學分析

采用膨脹膠條使修補塊與原混凝土板塊分離開，使新舊板塊單獨受力。分離以后，按最不利位置進行加載，以單軸130KN的均布荷載全部作用在修補塊上進行ANSYS受力分析。修補后新舊混凝土界面上的應力值在采用膠條進行修補和采用傳統修補方法進行修補時，界面應力所示。

由新舊混凝土界面剪應力云圖4和圖5可以看出，在新舊混凝土界面上，由于膠條的作用，界面各種應力值明顯減小，有的應力值甚至為0，這樣，單元的受力結構就由圖3變成了另一種受力狀態。由于膠條的作用，減小了修補后的新混凝土與老混凝土之間的界面應力，混凝土板塊作用面上的剪力yzτ和xzτ明顯減小，xσ，yσ也相應減小，使修補的混凝土板塊單獨受力，單獨工作，從根本上改變了傳統的修補思想。

4實驗路修補的施工工藝與效果分析

4.1施工工藝

（1）確定切割范圍：對路面進行清掃，用粉筆畫出處治區域。

（2）切割及清理：按照標線用切割機進行切割，切成5cm以上深的槽，切割完畢后，用風鎬對其破損部分進行破除，破除深度大約為15cm，坑槽底部要求盡量平整，風鎬無法找平的地方，要人工用手錘，剛釬進行整平，清理完畢后，用氣泵除塵，直到潔凈為止。

（3）配制修補用混凝土及樹脂膠。用滾桶式攪拌機拌和混凝土，少量的混凝土也可用人工拌和，在拌和時，要求對膨脹劑和早強劑的劑量要控制準確。樹脂膠在配制完成后，要求在10分鐘內全部涂于混凝土壁面上，以免溫度過高，發生膨脹而無法使用。

（4）對清理好的混凝土面用水浸潤30分鐘后，將界面水清理干凈，然后在界面上涂刷一層水泥凈漿。

（5）粘止水膨脹條：用抹布把邊緣擦干凈，將樹脂膠毛刷均勻地涂在止水膨脹條上及老混凝土邊緣，按照上表面與混凝土表面相同高度的原則，把膠條粘在混凝土切割縫上。

（6）灌注：灌注混凝土，用振搗棒進行振搗，振搗完畢后使混凝土表面高出原路面1cm，用抹子抹平表面，在抹平時應注意不要使止水條低于混凝土表面，抹平后拉毛。

（7）養生：噴灑養生劑或用塑料薄膜覆蓋養生，三天后開放交通。

4.2修補后的效果分析

針對此種修補方案，本項目組于6月末在某高速公路選定3KM范圍內進行了實地的混凝土板塊的修補，并于7月初對修補的混凝土板塊進行了觀測，效果顯著。

采用上述修補方案修補后的混凝土路面，通過一段時間的行車荷載作用后，在新舊混凝土板塊接縫處沒有任何的板邊破碎或掉角等現象，這說明了膠條的存在，緩解了行車荷載的沖擊作用，減小了界面之間的剪力和彎矩。修補后，1d齡期時混凝土抗壓強度達到了17.5MPa，滿足了1d開放交通的要求，證實了采用這種修補方案進行維修混凝土路面的可行性，基本上可以用于實際混凝土路面板塊病害的修補。

參考文獻

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