水泥混凝土路面破損及其修復(fù)研究

摘要:隨著我國經(jīng)濟建設(shè)和交通運輸業(yè)的發(fā)展，公路交通量越來越大，超載現(xiàn)象和重載車輛也越來越多，隨之而來水泥混凝土路面板破損的現(xiàn)象也越來越嚴重，路面修復(fù)已成為許多公路部門越來越關(guān)注的問題。本文首先分析研究了舊水泥混凝土路面破損的產(chǎn)生原因，并提出了幾種可供選擇的修復(fù)方案，提出采用鋼纖維混凝土路面加鋪層做修復(fù)罩面，并介紹了加鋪鋼纖維混凝土路面的施工要點。

關(guān)鍵詞:水泥混凝土路面 破損修復(fù) 鋼纖維混凝土 加鋪層

1 引起水泥混凝土路面破損的原因

1.1 水是引起水泥混凝土路面病害產(chǎn)生的直接外因

筑路先治水，水是公路工程和公路養(yǎng)護工作中首先必須解決好的一個主要問題，是水泥混凝土路面早期病害引發(fā)的一個直接外因。每到春、冬季節(jié)，由于地表水的滲入，地下水位的上升，直接改變路基的濕度，使路面的強度降低，路基的承載力下降，從而導(dǎo)致路面病害的產(chǎn)生，一場大雨和幾場連綿陰雨過后，路面便開始小面積的裂縫，繼而出現(xiàn)大面積的松散、翻漿、坑槽等現(xiàn)象。

1.2 超限超載車輛是水泥混凝土路面早期病害產(chǎn)生的潛在外因

公路運輸車輛的超限超載是公路水泥混凝土路面早期病害產(chǎn)生的又一個主要外因。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計:車輛超限重量的增大和其對路面的損害是呈幾何倍數(shù)增長的，超限10%的貨車對道路損壞會增加40%，一臺超載2倍的車輛行駛一次，對公路的損害相當于不超載車輛行駛16次，一臺36噸的超載車輛對道路毀壞程度相當于9600輛1.8噸重汽車對道路的破壞，超限超載車輛對路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞造成路面網(wǎng)裂、變形、松散、沉陷和坑槽。

1.3 路面設(shè)計、施工不合理和不規(guī)范

路面設(shè)計、施工不合理和不規(guī)范是水泥混凝土路面早期病害產(chǎn)生的內(nèi)因。一是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，瀝青面層結(jié)構(gòu)選用不當，混合料類型不合理。二是路面基層(底基層)補強厚度設(shè)計不當，導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生早期病害，如龜裂、松散，局部沉陷等。三是路面施工不規(guī)范，材料把關(guān)不嚴，施工機具陳舊不配套，使得瀝青混合料的配合比設(shè)計、拌和均勻性、壓實度、平整度都達不到規(guī)范要求，從而導(dǎo)致面層松散、裂縫等病害。

1.4 路面初期養(yǎng)護不及時、得當

水泥混凝土路面面層初期養(yǎng)護及時得當會延長水泥混凝土路面的使用年限，否則會縮短其使用年限。由于養(yǎng)護資金不足或管養(yǎng)體制不明確，從而出現(xiàn)重建輕養(yǎng)的現(xiàn)象，有些地方，特別是現(xiàn)在的通鄉(xiāng)通村水泥混凝土路面，有的公路修好一年以后，從來沒有人去養(yǎng)過，更談不上初期養(yǎng)護。

2 水泥混凝土路面破損的修復(fù)方案

水泥混凝土路面的翻修對修復(fù)破損混凝土路面是簡單易行的，但需大量擊碎舊路面、振實路基、重新鋪設(shè)基層和面層，工作量大，施工期間交通難以維持，而且以前對部分地段也進行過翻修，效果均不理想。所以理想的修復(fù)方案如下:

首先按普通混凝土加鋪層計算加鋪層厚度:鋼纖維混凝土加鋪層采用普通混凝土加鋪層厚度的0.55～0.65倍;連續(xù)配筋混凝土加鋪層采用普通混凝土加鋪層厚度的0.9倍，且厚度還應(yīng)滿足加鋪層最小厚度的規(guī)定。普通混凝土加鋪層厚度h的確定，采用等剛度原則，按分離式加鋪層的結(jié)合條件，將雙層混凝土板換算成等效單層混凝土板計算其荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力，然后計算舊混凝土板與加鋪層底面的應(yīng)力。當舊混凝土路面的應(yīng)力和加鋪層的應(yīng)力都滿足規(guī)范要求時，則加鋪層厚度h確定，否則重新計算。假設(shè)對該路段進行24h的交通量調(diào)查，將汽車軸載換算為標準軸載作用下的次數(shù)Ns=125 n/d，設(shè)計使用年限為20年，交通量年平均增長率為14%，舊水泥混凝土路面板的彎拉強度fem=4.3MPa，彎拉彈性模量Ee=28×103 MPa，基層頂面當量回彈模量Et=87.83MPa。經(jīng)計算，普通混凝土加鋪層厚度h=17cm，故連續(xù)配筋混凝土加鋪層厚度ha′=0.9×h= 16cm;鋼纖維混凝土加鋪層厚度ha=0.6×h=11cm。

其次，從鋼纖維混凝土的性質(zhì)和作用功能上分析。鋼纖維混凝土是在水泥混凝土中摻入一定數(shù)量的低碳鋼或鋼纖維，是一種纖維型與顆粒型相混合而成的復(fù)合材料，通過兩者之間的界面作用成為一體，在受力過程中兩種材料各施所長，顯著地提高了混凝土各項性能指標。而且鋼纖維混凝土路面也可用一般混凝土路面的施工方法來鋪設(shè)、振搗和抹平，不需要特殊的機械，施工簡易。綜合比較，采用鋼纖維混凝土加鋪層是最佳方案。

3 鋼纖維混凝土加鋪層的施工要點

混凝土路面板質(zhì)量的好壞，很大程度上取決于施工質(zhì)量。鋼纖維混凝土路面施工時，除應(yīng)滿足普通混凝土路面施工的一般要求外，還應(yīng)注意:

3.1 舊路面的檢查與整修

對舊路面中嚴重破碎、裂縫繼續(xù)發(fā)展的板，擊碎清除，重新澆筑混凝土。為防止舊水泥混凝土板的裂縫向上反射，先將舊路面清掃干凈，再按1.0～1.5kg/m2的標準涂一層瀝青，并在其上加鋪一層厚度均勻油毛氈作隔離層。

3.2 材料試驗和混凝土配合比

配合比要保證鋼纖維混凝土有較大抗彎強度，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計對抗壓強度與抗折強度的要求及施工的和易性。為保證施工時混合料質(zhì)地均勻、不離析，集料宜采用連續(xù)級配，粗集料最大粒徑不宜大于20mm。鋼纖維長度宜為25～60mm，直徑0.4～0.7mm，長度與直徑的最佳比值為50～70。鋼纖維混凝土的配合比中鋼纖維的體積率為1.0%～1.2%，砂率取值較普通混凝土略有增大。

3.3 混凝土板的施工

①在混凝土攪拌過程中，為保證鋼纖維均勻分布，應(yīng)按碎石、鋼纖維、砂、水泥的順序加料，干拌2min后，再加水濕拌1min。②由于鋼纖維混凝土中水泥含量較高，初凝時間較短，坍落度損失較快，因此要求從出料到澆筑完畢不得超過30min。③為確保鋼纖維的二維分布，宜使用平板振搗器振搗成型。④盡可能在氣溫較低的早晨和夜間施工。當氣溫高于30℃、拌和物溫度為30～35℃時宜停工，以防拌和物水分蒸發(fā)而出現(xiàn)干縮開裂。⑤最好使用強制式攪拌機，因自落式攪拌機出料速度慢，滾動時鋼纖維極易成團。⑥鋼纖維混凝土收縮性小，抗裂性能好，可不設(shè)縱縫，當鋼纖維混凝土澆筑養(yǎng)生達設(shè)計強度50%后可每隔15m切一道縮縫。

3.4 抹面與防滑

鋼纖維混凝土具有粗骨料細、砂率大、纖維亂向分布的特點，宜采用真空吸水工藝，機械抹平，阻止纖維外露。抹面時，需將冒出混凝土表面的鋼纖維拔出，采用壓紋器壓紋工藝可避免拉毛產(chǎn)生的外露現(xiàn)象。

3.5 養(yǎng)生與填縫

采用潮濕養(yǎng)生方法。混凝土表面整修完畢后，立即進行養(yǎng)生，用20～30mm厚的濕砂覆蓋于混凝土表面。每天均勻灑水數(shù)次。養(yǎng)護時間由試驗確定，以混凝土達到28d強度的80%以上為準。養(yǎng)護期滿即可采用改性瀝青填封接縫。填縫時接縫保持清潔、干燥，填縫料應(yīng)與縫壁粘附緊密、不滲水，灌注高度一般比板面低2mm左右。

進行舊水泥混凝土路面修復(fù)方案選擇時，須考慮行車要求和經(jīng)濟要求等，因地制宜，選擇經(jīng)濟可行的方法。呂東線通過比選采用鋼纖維混凝土加鋪層做修復(fù)罩面，修復(fù)工程竣工已有一年多，路面狀況良好，應(yīng)用效果值得推廣。