水泥混凝土路面中過渡層的聯結與破壞分析

(河南質量工程職業學院， 河南 平頂山 467000)

0 引言

隨著國家的進步，交通事業飛速發展，我國高速公路總里程已經突破了13萬公里，公路總里程457.73公里，但是需要養護的養護維修的就有446.56公里占總里程的97.6%，這些公路中水泥混凝土路面所占的的比例是最大的。這些水泥混凝土路面中出現路面斷裂，結構受損情況的不占少數，雖然造成這種情況的原因有許多，造成這些原因的情況也很多。在這些造成路面損壞的情況中有一部分是因為過渡層發生了破壞而使路面發生破壞。過渡層很薄，但是一旦過渡層被破壞，水泥混凝土會隨著過渡層破碎的裂縫向路面蔓延，最終導致整個的路面的破壞。

1 過渡層的產生與性質

如今我國的公路事業高速發展，特別是黨中央提出了一帶一路這個偉大的戰略思想之后，道路行業又一次走向了春天。但是，在工程施工中最重要的不應該是修建了多少路，而是修建的路是否可以滿足國家的要求，是否可以讓人們使用的時間更久，使用的更加舒適。因此本文對影響路面質量的其中一個因素‘過渡層’進行了分析。

1.1 過渡層的產生

在鋪設水泥混凝土路面時，由于路基存在一定的空隙，在施工人員進行水泥混凝土澆筑時由于水泥混凝土存在自重導致一部分水泥進入到路基的孔隙之中。慢慢的，水泥混凝土發生固化，從而在路面與路基之間形成了這樣一層薄薄的，易碎的結構。硬化后的水泥混凝土是一種典型的水泥基復合材料。這個薄層是一個富水區域，厚度大約20-100um，該區域的W/C高，孔隙大，結晶顆粒大。有時漿體-骨料邊界存在裂縫，孔隙率隨著離骨料表面距離增大而降低，約是靠近骨料的表面，產生的空隙也就越多。而這層結構就是對水泥混凝土路面存在極大殺傷了的過渡層。這層極為特殊的結構的性質也極為特殊，它既和水泥混凝土路面的性質不一樣，又與路基的性質不一樣，就是因為這個極為特殊的結構層的出現導致了整個水泥混凝土路面不能在工程師為它預期的使用壽命之內完成自己的使命。因為過渡層內膠凝材料粒子堆積密度較低，從而在界面出現了一種效應‘邊壁效應’，因為這個過渡區的孔隙率要遠遠大于地基的孔隙率，形成了極易破損的缺陷部位。因此在水泥混凝土施工中認為過渡層是水泥混凝土最為脆弱的連接部位，

1.2 過渡層的性質

過渡層被認為是水泥混凝土路面最為薄弱的環節，它的結構疏松，強度比較低，在受到外界因素的影響下，這個極為薄弱的區域非常容易出現破壞，產生裂紋。裂紋極易發生擴散，從而影響了整個混凝土路面的整體強度。過渡層對水泥混凝土路面產生的影響還有許多，他可以降低交界面的粘結強度，從而從一定強度上降低了水泥混凝土路面的抗拉強度，由于水泥混凝土是一種抗壓不抗拉的建筑材料，因此，這種影響對水泥混凝土路面是致命的；在集料成分比例不變時，界面的厚度越大會導致水泥混凝土的彈性模量下降，并且骨料的體積分數越大會使過渡層的彈性模量影響越為強烈；因為過渡層存在疏松多孔的性質，過渡層的這一性質在一定程度上影響了水泥混凝土的擴散性和滲透性，不止這些，過渡層的高空隙率還會存留對水泥混凝土有害的物質，從而加速了水泥混凝土的損壞。

2 過渡層的破壞原因

2.1 水泥混凝土的自身收縮

水泥混凝土自身存在一個特性，在水泥混凝土發生硬化時，水泥混凝土的整體會發生收縮，因為發生了這種收縮使得整個水泥混凝土路面產生了很大的拉應力，由于水泥混凝土的抗拉性能有限，當這種力達到極限時勢必會對路面產生破壞，將會從水泥混凝土的表面發生開裂，裂縫會隨著力的增大而增大，當裂縫徹底貫穿整個水泥混凝土結構時，巨大的拉應力瞬間爆發，這種巨大的力會將過渡層破壞。

2.2 溫度變化的影響

水泥混凝土是一種會隨著溫度的變化體積發生變化的建筑材料，這種變化在水泥混凝土路面上由為明顯，在外界溫度發生均勻降低的時候，水泥混凝土會產生收縮的內力，這種收縮力是十分巨大的，由于路基的在低溫下的收縮遠沒有水泥混凝土強烈，因此在巨大收縮力的影響下會將過渡層徹底的破壞；不止低溫會對過渡層發生破壞，溫度升高也會發生這種破壞，水泥混凝土會隨著溫度的上升發生膨脹，當水泥混凝土路面的上表面溫度升高的比下表面高時，水泥混凝土板會向上發生突起，反之，會向下發生突起，水泥混凝土路面的這種變形會使水泥混凝土路面與路基發生分離，從而發生過渡層的破壞。

水泥混凝土這種材料本身存在的一些性質造成了水泥混凝土路面易出現破損，斷面等現象。但是這種情況在一定程度上是可以避免的，水泥混凝土存在熱脹冷縮的現象，應對這種現象我們可以設置分隔縫，以減小熱脹冷縮對水泥混凝土造成的損失。

3 過渡層的強化和改善

3.1 降低水膠比

水泥混凝土的水膠比與水泥混凝土的性質緊密相關，水泥混凝土的水膠比越低界面處的水膠比越低，孔隙率也就越低。不止這些水膠比的降低提高了水泥混凝土的強度模量，從而降低了過渡層的破壞幾率。

3.2 摻加礦物摻合料和高效外加劑

在水泥混凝土中加入一些外加劑可以提高水泥混凝土的各方面性能，在水泥混凝土中可以加入礦物摻合料例如：SF，這些礦物摻有一部分可以與水泥發生反應，從而提高了水泥混凝土的強度，還有一些沒有參加反應的可以成為那些界面空隙的填充物，這些都有利于過渡層的改善；選用有效的外加劑同樣可以改善水泥混凝土的性能，摻入高效的外加劑例如：減水劑。

不止這些可以改善水泥混凝土的性能，選用優良的骨料也可以改善這種情況，可以選用吸水的骨料，這樣就可以降低骨料周圍水泥混凝土的水膠比，通過這種方法就可以改善不利因素，選用水硬活性的骨料也可以做到這些，這種骨料可以在界面處發生水化反應，借用這個特性從而改善了過渡層存在的問題。同樣，改善混凝土的及制作工藝在一定程度上也可以改善界面的性質。

3.3 路基與水泥混凝土層之間放置保護

在水泥混凝土與路基交界處可以放置一些材料來防止水泥混凝土路面發生破壞，在交界處可以鋪設塑料膜，瀝青等物質來防止因過渡層發生破壞而給水泥混凝土路面帶來的損害。但是這種施工方法并不是隨便使用的，必須對接觸面進行一系列的檢查，設計。例如要做到接觸面的干凈，整潔以保證可以讓水泥混凝土路面與路基可以光滑接觸。

4 結語

改善過渡層的方式有許多種，例如：為了應對水泥混凝土本身的熱脹冷縮性質可以設置分隔縫；可以從水泥混凝土的配置上做更改，調節水膠比；添加礦物摻合料，添加添加劑，更換骨料；在水泥混凝土與路基之間設置保護層等方法。如今過渡層對水泥混凝土路面的破壞是可以預防的，方法總比問題多，大膽設想，小心求證，這正是工程人的特點，也凸顯了工程人不怕任何技術難題的昂揚斗志。

[1]谷建義,何小兵,楊慶國,趙朝華,黃鋒. 水泥混凝土路面中過渡層的聯結與破壞[J]. 公路交通科技(應用技術版),2014,10(05):86-88.

[2]易志堅. 路面層間破壞分析與設置隔離層的水泥混凝土路面新結構研究[D].重慶大學,2011.

[3]吳國雄. 水泥混凝土路面開裂機理及破壞過程研究[D].西南交通大學,2003.