水泥混凝土路面開裂機理及破壞過程研究

易 鵬

(重慶市地產集團，重慶 401121)

水泥混凝土路面開裂機理及破壞過程研究

易 鵬

(重慶市地產集團，重慶 401121)

隨著社會和經濟的快速發展，我國公路工程事業也不斷進步，水泥混凝土是公路工程中常用的施工材料，混凝土路面具有較強的耐久性和穩固性，受到了廣泛的應用。然而，混凝土路面的開裂問題卻沒有得到有效的解決，使得混凝土路面的推廣和應用受到了一定的阻礙。基于此，本文就主要從理論層面上對混凝土路面開裂機理進行探討，并且提出了相應的防治辦法，以期促進我國公路工程的健康發展。

水泥混凝土 混凝土路面 開裂機理 破壞

水泥混凝土路面具有強度高。剛度大等特點，因此在國內外的公路工程中得到了廣泛的應用，但是低應力水平狀況下的路面開裂和破壞問題，卻對混凝土路面的應用產生了嚴重的影響。國外專家對于混凝土路面開裂機理進行了大連話的研究，為混凝土裂縫的處理提供了大量的科學依據。我們需要借鑒國外的成功理論，并且從我國公路工程建設的實際情況出發，對國內公路工程混凝土路面的破壞機理進行詳細的分析，才能為解決裂縫問題提供更加全面的理論指導。

一、混凝土路面的開裂機理

水泥混凝土路面開裂的原因，可以從三個方面進行分析：

1.損傷力學原理

損傷力學的研究需要建立在變量場的基礎上，該變量場是由于材料本身的缺陷而形成的，利用損傷度對材料受到的傷害程度進行測量，并且根據材料在受損傷的過程中發生的變化規律對其內部受到損傷的情況進行評估。從水泥混凝土的角度來說，其本身就存在微空隙的狀況，所以由水泥混凝土形成的路面也存在著一定的損傷可能性，這種損傷度可以定義為D。S，S*則分別代表連續介質中受到損傷的單元受到損傷內外法線n 的某一截面損傷之前與之后的面積，可知: D =1 - S* /S。E 為混凝土損傷前的彈性模量，E* =E(1-D)。當混凝土路面投入使用以后，長期受到車輛荷載和溫度應力作用，就會使混凝土路面受到的損傷程度不斷增加，處在路面裂紋位置的混凝土受到損傷程度加劇，會導致裂紋的進一步開裂，最終導致混凝土路面的開裂，如圖1所示。

圖1 路面開裂機理圖

2.路面裂縫

通過對混凝土裂縫的內部缺陷規律進行研究可以發現，在混凝土裂縫內部存在著很多雜質和毛細孔，并且隨機分布，當毛細孔的分布與水灰比達到一定的比例關系時就會形成干縮裂縫。通常情況下，水灰比較高的路面結構中，其中含有的顆粒狀水化物較多，而且在受到相同作用力的影響下，大晶體和小晶體會呈現出不同取向的結合，所以在混凝土路面水灰比較高的部位，形成的裂縫與毛細孔就相對 較多。水泥混凝土路面的損傷過程，也可以理解為內部很多微小缺陷不斷擴展、增加的過程，當這些內部缺陷擴大到一定程度時，就會對路面結構產生不同程度的損傷。路面最初受到的損傷是不均勻的，隨著路面荷載的不斷增加，這種微小的損傷逐漸形成較大的裂縫，對路面造成較大影響。

3.路面應力

當材料受到損傷時，進行有效應力的計算應當根據公式σ=σ＇/(1-D)進行計算，當損傷度發生變化，材料的有效應力也會隨之發生變化。根據大量學者關于水泥混凝土路面受到的損傷規律，如圖2所示。

圖2 路面應力示意圖

從圖2中可以看出，受到單調荷載的影響，當應力處在某個區域值的范圍內，水泥混凝土本身的彈性模量不會發生變化。如果材料的損傷度沒有發生變化，就說明構件的結構應力也不會發生變化，路面結構內部的微小裂紋沒有發生變化。當應力大于某一個區域值時，無線的傾斜度逐漸降低，同時也意味著損傷度在發生了較大的變化；同時還可以看出，在循環拉應力的作用下，地何在處在某個區域范圍內時，材料的損傷度沒有發生變化，當荷載高于區域中的曲線，就說明材料的損傷度在增加。循環拉應力的次數越多，曲線向著右側移動的頻率也越多，這說明混凝土路面受到反復的荷載作用形成了一定的規律。在彈性力學中，如果某一處發生裂縫，整個構件就會對其受到的應力進行充分分配，而最終將會使應力集中在裂縫的間斷，使得細小的裂縫逐漸擴展。

二、水泥混凝土路面的破壞過程

水泥混凝土路面的破壞過程，主要分三個階段：第一階段，薄弱層受到破壞，并且產生細微的裂縫。水泥混凝土路面的施工，是將混凝土直接澆筑在基面上，基面凹凸不平，或者沒有進行細致的清除處理，就會由于基面表面層存在的孔隙而使得澆筑過程中水泥砂漿的滲入，所以當混凝土結構凝固以后，就會將路面表層和基面形成一個整體。隨著使用時間的增加，路面和基面各自的彈模也不斷發生變化，同時混凝土也會產生周期性的變形，使得路面和基面之間的產生較大的空隙，過度等受到破壞，使得路面和基面形成剝離狀態，最終導致裂縫的產生。第二階段，板中微裂縫的形成于板底微裂縫的聯通。在長期的荷載作用下，路面面板會發生振動，而板的作用對于路面的車輛也會形成反作用，這種相互的應力對于路面的平整度、行車的速度都會產生影響，同時也會影響到路面基層材料的性能，對于板的開裂會產生較大的影響。第三階段，受到疲勞盒子啊的作用產生破壞性的斷裂裂縫。疲勞強度是進行混凝土路面工程設計時必須參考的重要參數。在板底裂紋已經產生的情況下，板的疲勞壽命實際上僅相當于第二階段的疲勞作用次數，這正是水泥混凝土路面往往未到設計年限而發生斷裂破壞的原因。

三、混凝土路面裂縫的防治辦法

混凝土路面裂縫的防治，首先要對材料的質量進行嚴格的控制，選擇具有較強安全性、收縮變量小的水泥，減少混凝土結構內部裂縫的產生；其次，對混凝土的配比進行科學的設計，力求達到科學、穩定、均勻的配比要求；第三，保證足夠的攪拌時間，確保混凝土拌合物的成熟度和均勻性，將混凝土結構的坍塌度控制在合理的范圍內，可以預防由于混凝土拌合物不均勻而引起的面板裂縫；第四，加強施工工藝的控制，嚴格按照混凝土施工的標準和要求進行施工，并且做好必要的養護工作，可以有效的預防混凝土裂縫的形成。

結束語：

綜上所述，本文主要針對水泥混凝土路面開裂的機理進行了簡單的分析，并且提出了預防混凝土路面開裂的防治辦法，從理論上說，混凝土路面的開裂過程，就是細微裂縫的產生和擴展的過程，也是對路面、路基造成破壞的過程。隨著科學技術的不斷發展，公路工程施工技術也將不斷的完善，影響混凝土路面開裂的因素有很多，而且比較復雜，在實際的工作中，我們應當借鑒國外成功的理論經驗和施工技術，對混凝土性能有更全面的認識，促進公路混凝土路面質量的不斷提升，預防路面開裂現象的發生。

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