水泥混凝土路面常見病害與預防

劉再成 富志鵬 韋 剛

水泥混凝土路面的使用性能在行車和自然因素的不斷作用下逐漸惡化,以致出現各種類型的損壞現象。混凝土路面破壞形式的分類方法很多,本文將其分為兩大類:一類是接縫處破壞,另一類是混凝土面板內破壞。

1 接縫處損壞

接縫處是混凝土板體應力分布比較集中的地方,是最容易引起破壞的部位。初期的病害主要是集中在接縫處的破壞,接縫處的破壞可分為:錯臺、拱起、板塊活動和唧泥、填縫材料的破壞等。

1.1 錯臺

一方面,填縫料的喪失,會造成路面水的滲入,在車輛荷載的作用下,產生唧泥,隨著唧泥的連續不斷發生,路基游離土被不斷帶走,路基表面標高不斷降低,產生錯臺。另一方面,路基若處理不好,如壓實程度不一致,則會隨著通車時間的增長,不均勻沉降和變形也會增加,也可產生錯臺。

1.2 擠碎和拱起

在橫向接縫,特別是脹縫兩側數十厘米范圍內,由于脹縫內的滑動傳力桿位置不正確、滑動端的滑動功能失效、施工時脹縫內部有混凝土搭連、使用期間脹縫內落入堅硬雜屑等原因,阻礙了板的伸長,使混凝土在膨脹時受到較高的擠壓應力,當該應力超過混凝土的抗剪強度時,板即發生剪切擠碎。混凝土板在受熱膨脹而受阻時,某一接縫兩側的板突然向上拱起。這是由于混凝土板收縮是縫隙張開,填縫料失效,堅硬碎屑等不可壓縮材料塞滿縫隙,使板在膨脹時產生較大的壓應力,從而出現縱向壓曲失穩。

1.3 脫空、板塊活動和唧泥

唧泥是在車輛荷載作用下,板下基層的細粒材料從接縫或裂縫處與水一同噴出,致使板體與基礎逐步脫空,并在接縫或裂縫附近常有污跡存在;脫空是面板與基層之間存在一定間隙,脫空往往伴隨唧泥的發生和發展而出現。

1.4 填縫料的失效、損壞

使用一段時間后常常會出現填縫料剝落、擠出、老化碎裂現象。填縫料的失效、損壞,接縫內逐漸被砂、石、土等填塞,阻礙了板的膨脹,從而引起板的壓曲、破碎和接縫剝落等損壞。路面表面水流入基礎,導致基礎軟化唧泥或凍脹,進而誘發其他病害。

2 接縫處損壞的預防

1)選擇適宜的基層材料,提高基礎的抗沖刷能力。高等級公路一般采用強度較高和抗沖刷的無機結合料或是瀝青穩定粒料作基層,杜絕細粒土在基層上的應用,給混凝土面板提供均勻支撐,防止唧泥。2)加強防排水措施。a.采用路面排水措施加強路面排水;b.加強接縫處理;c.采用合適的路面結構,增強排水能力;d.加強中央分隔帶排水設施建設。3)減小荷載應力以防止唧泥發展。唧泥的發展與荷載應力的大小有關,應減小混凝土板接縫、裂縫及板邊底部荷載應力,有利于減少唧泥的發生,并通過橫向接縫(縮縫、脹縫、施工縫)設置傳力桿,縱向接縫(施工縫、縮縫)設置拉筋,從而加強接縫的傳荷能力,將板上所承受的荷載有效地傳遞給相鄰板,降低板底應力。

3 路面板內損壞

水泥混凝土路面裂縫可分為以下幾種:1)表面裂縫:產生在水泥混凝土路面表層的裂縫。2)貫通裂縫:貫通水泥混凝土板全厚的裂縫。包括:a.橫向和斜向裂縫。b.縱向裂縫。c.交叉裂縫與網裂(破碎板)。d.角隅裂縫。

3.1 認真選擇混凝土原材料

1)水泥。對于特重型交通,可采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和道路硅酸鹽水泥,但其標號必須在42.5級以上;對于重、中等和輕型交通,也可采用礦渣硅酸鹽水泥,其標號不得低于32.5級。2)骨料。采用質地堅硬、潔凈的河砂或海砂,級配應符合規范要求,砂的含泥量應控制在不大于3%。

粗骨料可為碎石或礫石,應質地堅硬、耐久、結晶,符合規定級配,最大粒徑不超過40 mm,含泥量不超過 1.0%,硫化物及硫酸鹽含量不超過1.0%,針狀、片狀顆粒不超過15%。

3.2 處理好混凝土施工質量控制

1)混凝土生產控制。施工中應嚴格控制配比:控制好砂率、水泥用量和水灰比;混凝土的攪拌充分,出料要均勻,減少離析都有利于減少路面病害的發生。2)采用混凝土真空脫水技術。混凝土振搗完畢,用真空脫水技術可將混凝土表面及內部的游離水和空氣排出,以降低混凝土的孔隙率和水灰比,增加混凝土的密實度和強度,提高水泥與骨料的界面結合力,可防止混凝土泌水過多而產生的收縮裂縫,減少混凝土缺陷。適時收光抹面,在混凝土初凝前進行第一次抹面,在終凝前板面無泌水時實施第二次抹面收光。3)選擇適宜的切縫時間。準確掌握切縫時間很重要,一般以混凝土抗壓強度達到5 MPa～10 MPa為適宜的切縫時間。切縫時間還與水泥的品種、氣候溫度、濕度有關,施工人員可憑現場施工經驗用指甲在混凝土表面刻劃,若出現灰白色,指甲有磨損感便可進行切縫。4)加強混凝土的養護。加強混凝土路面的養護,可及時阻止混凝土表層水分蒸發,從而有效防止混凝土裂縫的產生。

3.3 防止路基的不均勻沉降

1)改良土質。將膨脹土分為強、中等、弱膨脹土三種類型,強膨脹土不能作為路基材料,應予以置換;對中等及弱膨脹土需加以改良。改良方法通常是根據膨脹大小加入6%～8%石灰,分層碾壓,每層壓實厚度18 cm。該方法使用后效果較好,據調查和現場了解,改良后的膨脹土路段和其他非膨脹土路段在病害發生率方面基本相同。

2)路基邊坡的加固處理。a.土工格柵加固邊坡:將土工格柵分層埋在土中,具有抗老化的優點,其主要機理是網格與土體的摩擦力限制了土體的側向位移,因而提高了土體的整體性,同時土體抗拉強度得到改善,增加了土體的變形模量。b.選擇合適的坡比也是維護路基很重要的方面,對膨脹土,坡比采用1∶1則穩定性極差,理論分析(極限平衡法)和現場試驗均說明這一點;坡比1∶2則即使對基坡不做處理,其穩定性仍然很好,而坡比在1∶1～1∶2之間時,可采取適當的加固處理即可保證基坡的穩定性,從而保證路面不出現由此而引起的病害。c.選擇適宜的路基邊坡加固方法:可采用拱形骨架與種植草坪結合的方案,骨架可采用漿砌石,也可采用低標號混凝土或條石。類似的加固方法還有格式護坡、矮擋土墻等方案。

4 結語

針對水泥混凝土路面因強度高、硬度大、養護期較長,且路面破壞后難于清除,修復難度大等缺點,本文把水泥混凝土路面的破壞分為兩種:接縫處破壞和板內破壞。對水泥混凝土路面病害,最關鍵、最根本的是預防為主,即在設計和施工階段,應采取嚴格有效的、全面的預防措施,文中根據出現病害的原因進行了深入分析歸納,提出了如何預防這些病害產生的方案和方法,從而提高水泥混凝土路面的長期性和耐久性。

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