袁梅芳
目前,我国公路发展迅猛,路面的舒适、平坦已日益为人们所注重。由于水泥混凝土路面强度高、刚度大、使用寿命长、养护费用低等原因已被广泛地应用于高等级路面。但随着水泥混凝土路面的发展,路面病害引起了人们广泛的关注,设计理论不完善、设计假设不合理、施工质量不符合规范和设计要求、材料不合格等各种原因造成的病害严重影响了水泥混凝土路面的质量。下面对这些常见的病害,我们做一下探讨。
水泥混凝土路面的主要病害可分为裂缝病害、变形病害、接缝病害和表面病害四大类型。
横向裂缝是指垂直于路线方向的有规则的裂缝。其产生的主要原因:1)土基强度不够或不均匀;2)混凝土浇筑后缝切割较晚;3)真空吸水的搭接处,处理不合理,造成混凝土板含水量分布不均匀,中部已达到塑性强度,边部仍呈弹软状态,这样搭接处也容易出现断裂;4)养生不及时,或因路面有纵坡出现养生空白段,致使强度降低,都可出现裂缝;5)因施工时不封闭交通,半幅施工,浇筑时由于旁边重型车辆的行驶产生的振动,混凝土板有可能出现裂缝;6)施工时两车料相接处振捣时没有特别注意,振捣不密实,蜂窝较多,因而形成一个强度薄弱的横断面,也容易在断面上出现裂缝。
纵向裂缝是指与路线走向平行或基本平行的裂缝。产生原因主要是路基体填料土质不均匀、含水量不均匀、施工方法不当等,导致路基不均匀沉降,从而使路面板在自重和行车压力作用下产生纵向裂缝,即由于路基横向不均匀沉降或板下的不均匀支撑造成。
两条或两条以上相互交叉的裂缝称为交叉裂缝。产生交叉裂缝的主要原因:1)水泥混凝土路面自身强度不足;2)路基和路面基层的强度和水稳定性差;3)使用了性能不稳定的水泥,浇筑的水泥混凝土路面板就会产生大面积的龟裂。
板角断裂是指与板角两边接缝相等的贯穿水泥混凝土路面板全厚度的裂缝,从板角到裂缝两端点的距离分别不大于端点所在路面板边长的一半。板角裂缝原因:通常是由于板角处受连续荷载作用、基础支撑强度不足及翘曲应力等因素综合作用而产生。
由于水泥混凝土硬化后是非塑性的,因此水泥混凝土路面板的变形破坏是指水泥混凝土路面板接缝处产生的错台、拱起和沉陷等现象。
1)错台。错台是指相邻水泥混凝土路面板在接缝处产生的垂直高差。错台产生的原因主要是:横缝处未设置传力杆,由于基层或路基体压实不均匀,致使相邻水泥混凝土路面板在车辆的重复荷载作用下产生不均匀沉降。
2)拱起和沉陷。拱起是指横缝两侧的混凝土路面板板体发生明显抬高的现象,相反,沉陷则是指横缝两侧的混凝土路面板板体发生明显下沉的现象。拱起产生原因:主要是胀缝被硬物阻塞,或胀缝设置过少,使路面板受热时不能自由伸张。沉陷产生的原因主要是填缝料损坏导致雨水从接缝处下渗,软化基层,甚至软化路基体,使路面板接缝下方的基层和路基体承载力下降,路面板跟着下沉。
1)填缝料损坏。填缝料损坏是指接缝内无填料,填料破损及接缝内混杂砂石等不正常现象。填缝料损坏的主要原因有:填缝料本身质量不合格,填缝料在长期外界环境作用下老化,脆裂,或由于混凝土路面板受热膨胀,挤压胀缝,致使填缝料被挤出,不能正常复原等。
2)接缝挤碎。接缝挤碎是指邻近接缝或裂缝约半米宽度范围内,出现未扩展整个板厚的裂缝或者混凝土分裂碎块,接缝挤碎主要是由于接缝施工不当或者因填缝料,剥落,挤出,老化,接缝被硬石子阻塞,则当混凝土伸胀时,混凝土板的上部产生集中压实力,在超过混凝土的抗剪强度时,板即发生剪切挤碎,接缝处两端混凝土强度不一致,由于传力杆的作用,同样会造成混凝土板破碎现象,但这种情况一般在普通路段上比较少见,多出现在构造物接头部位。
3)拱起。混凝土板胀缝间距较长,前一两年混凝土板在伸胀时还不明显。收缩时,因接缝填缝料失效,板缝就会掉进土或石子,加上养护不及时清扫,年复一年的热胀冷缩,板缝一年年加宽,导致混凝土板伸胀时产生的压力大于基层与混凝土板间的摩擦力,由于板的伸长,两板就会向上拱起。
4)唧泥和板底脱空。唧泥和板底脱空病害是指板接裂缝或边缘下的基层细料被渗入并滞在板底的有压水从缝中或边缘处唧出,由此造成板底面与基层顶面出现局部范围脱空。接缝填缝料失效,基层材料不耐冲刷,接缝传荷能力差和重载反复作用是引起唧泥的主要原因。
1)纹裂、网裂。纹裂和网裂是指路面板表层出现的浅而细或发丝状的表面裂纹和网状裂纹。产生的原因主要是水泥混凝土水灰比过大,施工时过度抹面、养护不及时,在水泥混凝土拌和过程中用了含盐量偏高的水和质量低劣的集料,或水泥中的碱与集料中的特定矿物质发生碱硅反应等。
2)磨耗层局部脱落。磨耗层局部脱落,出现露骨麻面现象,水泥混凝土路面板表面结合料磨失,成片或成段路面板呈现过度的粗糙表面的现象。麻面一般是由于水泥混凝土路面施工时,在混凝土初凝前遇雨所致。其原因:施工中,因缓凝剂级配不合理或指标不稳定,造成成型时间超过了初凝时间及面层强度损失。在施工中,振捣过后混凝土板不够厚度,为了省事,只拌砂浆找平,从而形成一层砂浆层,这地方不仅造成表面水灰比不均匀,出现网裂,在车轮反复作用下,出现脱皮,露骨,如果水泥稳定性能差一些,就很容易出现麻面现象。
3)坑槽、孔洞。由于水泥混凝土混合料是一种多相不均匀材料,因此在水泥混凝土路面板强度较低处易出现局部破损,并形成有一定深度的洞穴,即孔洞。面层骨料局部脱落而产生的长槽称为坑槽。孔洞、坑槽产生的原因主要是由于施工质量差,或混凝土材料中夹带朽木纸张和泥块树叶等杂物,还有春季施工,水中夹带冰块造成的。
总之,通过这些研究,可以使得我们在工程建设中和养护中使用更得当和更先进的方法,使得混凝土路面得到更长远健康的发展。
[1] 黄晓明.水泥路面设计[M].北京:人民交通出版社,2004.
[2] 傅 智.公路水泥混凝土路面施工技术规范(JTG F30-2003)实施与应用指南[M].北京:人民交通出版社,2003.
[3] 王秉纲.水泥混凝土路面设计与施工[M].北京:人民交通出版社,2004.
[4] 邴文山.水泥混凝土路面工程[M].北京:人民交通出版社,2005.
[5] 王明怀,田克平.高等级公路施工技术与管理[M].北京:人民交通出版社,2000.