對水泥砼路面脹縫板材料的探討

【摘 要】 根據我國水泥砼脹縫板引起的脹縫損壞情況，對傳統的脹縫板進行了試驗分析和提出了存在的問題，并對規范中脹縫板的性能指標進行了分析，提出建議的指標要求，并提出了新型高性能的脹縫材料。

【關鍵詞】 水泥砼路面；脹縫板材料

前言

砼路面設置脹縫的目的是為砼路面板受熱膨脹提供伸長的空間，避免產生過大的熱壓應力，從而使砼路面避免產生拱脹破壞，以及避免對鄰近構造物造成影響。但是，眾所周知，我國以前施工的水泥混凝土路面脹縫絕大部分都發生了不同程度的破壞，其中許多脹縫破壞是由于脹縫板材料選擇不當造成的。

1 傳統的水泥砼路面脹縫板材料存在的問題

目前，國內外主要采有的脹縫板材料主要有三大類：a.木材類； b.塑料泡沫類；c.纖維類。

木材類脹縫板：主要采用無活節劈裂變形的軟質木材，有天然木材如：紅松、白松、白楊、梧桐木及杉木等。木材類脹縫板的壓縮應力一般都較大，所能提供的伸縮量很小，導致了脹縫數量的增加或砼路面板內部過大的熱壓應力得不到有效地釋放。脹縫數量的增加，不僅增加造價，給施工帶來麻煩，而且影響砼路面的使用性能和使用壽命。而砼路面內部過大的熱壓應力得不到釋放，則可能導致砼路面拱脹破壞。更為嚴重的是，有些木材類脹縫板的極限抗壓強度比砼路面內部可能產生的最大熱壓應力還大，用這種杉木板做為脹縫板將是無效的。表1中的試驗數據就充分說明了這一點。而施工時，都沒有對脹縫板做壓縮試驗進行檢驗，導致了將無效的木材類脹縫板應用于工程中。做這樣的脹縫，不僅勞民傷財，而且影響砼路面的使用性能和使用壽命。表1列出了實測的三塊杉木板的壓縮試驗數據。杉木板的尺寸為10cm×10cm×2.5cm。三塊杉木板的材料相同，取材于同一根杉木的同一部位。杉木板的變形量與加載速度有很大關系，我們對1#、2#和3#杉木板分別采用不同的加載速度。對1#杉木板的加載速度為0.01mm/s；對2#杉木板的加載速度為1MPa/4min；對3#杉木板的加載速度為1MPa/8min。從三塊杉木板的試驗數據可知，雖然加載速度越慢，變形越大。但不論加載速度為多大，當杉木板所受到的荷載不大于7MPa時，杉木板的變形量很小，均不到1mm。但在荷載達到14MPa之前，杉木板的壓縮量均可達到原厚度的二分之一。單從對脹縫板壓縮應力的技術要求來說，這種杉木板肯定能滿足《公路水泥砼路面設計規范》（JTJ 012-94）要求的（規范要求值為5.0MPa～20MPa）。雖然表1中的試驗數據不是完全按照標準試驗方法得出的，但通過對試驗數據和試驗方法的分析，可以肯定該杉木板的壓縮應力介于7.0MPa～14MPa之間。在我省氣候條件下，根據應力分析，砼路面內部產生的最大熱壓應力一般都難以達到7.0MPa。如果用這種杉木板做脹縫板，那么，在砼板受熱膨脹時，這種杉木脹縫板產生的壓縮量將小于1mm（當脹縫寬度不大于2.5mm時），幾乎不能為受熱膨脹的砼板提供伸長的空間，換句話來說，這樣的脹縫是一種無效的脹縫。實踐經驗也證明了大多數情況下，木板類脹縫板是無效的。因此，不應在水泥混凝土脹縫結構中采用木材類脹縫板。

b．塑料泡沫類脹縫板：在我國采用塑料泡沫板材做脹縫板的情況很多，工程實踐表明：塑料泡沫板材，由于剛度太小，在施工中易變形損壞，易產生連漿等現象，特別不適應連續攤鋪對其擠壓變形小的要求，不便于在攤鋪水泥砼路面脹縫中采用。而攤鋪是我省乃至全國高等級公路水泥混凝土路面的主要施工方式。因此，有必要尋找一種性能優良的適合連續攤鋪施工的脹縫板來替代以往人工攤鋪中經常使用的塑料泡沫脹縫板。

c.纖維類脹縫板：纖維類的脹縫板因復原率低，價格相對較高，且密度較大的纖維板可壓縮性能差，因此在我國很少采用。

2 脹縫板的性能要求

在《公路水泥砼路面設計規范》（JTJ 012-94）對不同種類的脹縫板材提出了不同的要求，這是不科學的。不同的材料對其性能指標的要求應當相同。

壓縮應力 規范要求值為：木材類5.0MPa～20MPa；泡沫類0.2MPa～0.6MPa；纖維類2.0MPa～10Mpa。根據分析，我省砼路面在最高氣溫時所產生的熱壓應力一般為4MPa左右，可能產生的最大熱壓應力一般情況下也小于7.0MPa。在我國其它一些氣溫較低的省份，路面在最高氣溫時所產生的熱壓應力及可能產生的最大熱壓應力將更低。如果脹縫板的壓縮應力過大的話，在砼板受熱膨脹的過程中，脹縫板的壓縮量就會太小，甚至幾乎沒有，就像上文所述的杉木板一樣。因此，脹縫板壓縮應力不宜大于4MPa。一般情況下，像杉木板、松木板等木材類材料是不能用做脹縫板的。在大多數情況下，木板的極限抗壓強度比砼路面內部產生的熱脹應力還大，在砼板熱脹應力的作用下，木板產生的壓縮變形非常小，無法滿足砼路面板受熱膨脹的要求。對于壓縮應力過大的纖維板，也有與木材相類似的情況，也是不能用做脹縫板的。至于《公路水泥砼路面設計規范》（JTJ 012-94）對泡沫類脹縫板壓縮應力的上限值規定，我們認為偏小。因為壓縮應力大于0.6MPa的泡沫類材料，沒有理由認為不能用做脹縫板。其實，壓縮應力大于0.6MPa的泡沫類材料用做脹縫板，性能可能更好。因此，對脹縫板壓縮應力的要求應為小4.0MPa為宜。

復原率 規范要求值為：木材類>55%；塑料泡沫類為>90%；纖維類為>65%。事實上，復原率小的脹縫板，容易導致脹縫滲水和泥砂等雜物進入脹縫，從而引起路面病害。因此，對復原率的要求應適當大一點，建議采用大于90%的指標值。

彎曲荷載 規范要求值為：木材類100～400N；塑料泡沫類為0～50N；纖維類為5～40N。對脹縫板來說，在滿足其他各項性能指標的前提下，其承受彎曲荷載指標能力應越大越好，因此不應該有其上限的控制。對于其下限也應該提出一個合理的要求，象塑料泡沫類的下限為0，應是不合適的，該種脹縫板是不能用于實際施工的。

所以，脹縫板應根據水泥砼板塊的脹縮特性，選用能適應水泥砼面板膨脹收縮，具有較大的可壓縮性和復原性，施工時不變形，耐久性良好的材料。其性能技術指標的要求，也根據水泥砼板的脹縮特性，提出一個統一的性能指標要求，而不是按其種類分別提出各種不同的指標要求，根據我們對水泥砼脹縫設置的一些研究分析，建議壓縮應力指標為<4MPa，復原率為>90%，擠出量為<5.0mm，彎曲荷載為>5N。

3 新型的脹縫板材料

在我們設計的山東路、日照路、莒州路水泥砼路面脹縫結構中，采用高彈性塑膠板（密度為0.25t/m3～0.3t/m3）做脹縫板。該彈性塑膠板具有良好的可壓縮性，壓至二分之一厚時，只有0.3MPa左右的壓縮應力，在使用中，一般可壓縮70%～80%。該彈性塑膠板具有良好的彈性，彈性復原率可達95%以上。砼板在低溫收縮時，彈性塑膠板因其良好的彈性，仍然能與砼板側壁保持緊密接觸，在填縫料失效無法密水的情況下，能有效地防止雨水的滲入。另外，該彈性塑膠板具有一定的剛度，彎曲荷載可達30N左右，工程實踐表明可很好地適應連續攤鋪對其擠壓變形小的要求。同時，該彈性塑膠板的擠出量與耐久性均能滿足規范要求，是一種性能優良的脹縫板材料（彈性塑膠板的性能參見表2）。

從山東路、日照路的通車實踐情況來看，高彈性塑膠板的使用效果非常不錯，到目前為止，還沒有發現脹裂現象。

參考文獻

[1]部頒規范《公路水泥混凝土路面設計規范》（JTJ012-94）