水泥混凝土路面耐久性研究综述

贾颖

摘 要：水泥混凝土因其强度高、稳定性好、养护费用少，且水泥来源广而广泛应用于路面结构，但现今在重载交通和自然环境因素的作用下，水泥混凝土路面耐久性病害日益严重，耐久性问题已然成为了当今混凝土界最为重要的问题。耐久性设计成了道路混凝土设计体系中不可忽视的重要组成部分，然而在我国现行的设计规范和方法无法对水泥混凝土路面的耐久性工作状态进行真实的反应，导致水泥路面因耐久性损坏而产生惊人的维修费用。本论文参考了大量相关资料比较全面的分析了国内外道路混凝土耐久性问题的研究现状，认为水泥混泥土路面耐久性的问题是一个很复杂的问题，不是一个因素单一的影响而是多种因素综合作用的结果，不仅与原材料、配合比设计、施工工艺有关，还与交通荷载、气候分区、等有关。

关键词：道路水泥混凝土；耐久性；高性能路面混凝土；

1引言

改革開放30多年以来，我国公路水路交通运输网络的规模和能力迅速扩大，结构不断优化，服务水平不断提升，已经建立了较为完善的公路水路运输系统。高速公路从无到有、通车里程达9.6万公里，公路桥梁达71.3万座、3663万米。耐久性破坏对水泥路面的危害程度要远高于荷载类破坏形式。水泥路面的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗环境气候因素、车辆荷载和路面结构内部缺陷等破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。包括材料耐久性和结构耐久性两个方面。

我国的很多水泥混凝土铺装的路面主干道，仅使用5-10年就出现大面积表面耐久性损坏，这些耐久性病害一般在通车前期就开始出现并迅速发展。北方冰冻地区主要表现为冻融（盐冻）类破坏，南方非冰冻地区主要表现为水渗空蚀和溶蚀类破坏，同时重载路面还普遍存在磨耗类破坏。更为严重的是这些病害形式往往互相交织，导致道路混凝土更加快速丧失了使用性能。

2国内外研究现状

2.1美国等发达国家研究现状

美国等国家早在20世纪70年代就发现50年代所建的混凝土结构大量损坏和耐久性破坏的程度远远大于20年前的混凝土结构，特别是环境恶劣地区的混凝土桥梁桥面铺装结构。根据其报道，全美57.5万座钢筋混凝土桥梁中，有一半以上出现耐久性破坏，四成桥梁承载力不足急需维修加固。氯盐为主的盐害问题也广泛存在于澳大利亚、加拿大、北欧等国家。根据瑞士联邦公路局的调查结果，瑞士有多达3000座的公路桥梁，年维修养护资金达8000万法郎，再加之更换或修理的资金，费用就高得惊人。[2]

20世纪70年代开始，日本开始重视对耐久性方面的研究。于1986年制定了“考虑耐久性的建筑物设计、施工、维修大纲”。日本建筑学会建筑工程标准设计书（JASS）还在钢筋混凝土工程中增加了“高耐久性混凝土"部分的内容。1988年召开了“有关混凝土结构寿命预测和耐久性设计”研讨会。

2.2国内研究现状

1992年中国土木工程学会成立了混凝土耐久性专业委员会，该委员会于2000年7月提出了名为“工程结构的安全性与耐久性研究"的咨询项目，并在2004年编制了《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，对提高我国结构物混凝土的耐久性设计和施工水平有着重要意义。此后，交通部行业规范《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-12）和《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ275-2000）等规范相继提出将耐久性设计与使用年限相联系，这为其他土建工程行业起到了示范作用。

2000年，《水泥混凝土路面耐久性设计研究》一文在公路水泥混凝土路面可靠性研究的基础上，分析水泥混凝土路面耐久性的影响因素。主要包括材料影响、碱-集料反应、抗冻性、物理作用。材料组成主要是与配合比、水泥品种用量、外加剂品种用量、骨料级配有关。碱-集料反应是混凝土中水泥、外加剂、掺和料和水中的可溶性碱荣誉混凝土孔隙液体中，与骨料中的二氧化硅在硬化后发生的一种化学反应，会使混凝土产生内应力，导致混凝土的开裂上拱强度降低等破坏。低温情况下游离水会结冰，结冰的水体积膨胀导致混凝土内部结构的破坏。在车辆荷载的反复作用下，水泥混凝土路面会产生机械磨损。[3]

2007年，在《道路高性能混凝土耐久性研究与应用》一文中，李俊等从耐磨性、干缩、抗裂性等方面，研究了粉煤灰、矿渣两种矿物掺合料对道路高性能混凝土性能的影响。研究结果表明：有矿物掺和料的道路高性能混凝土的和易性得到明显改善，坍落度增大，且后期扛着强度有提升，可以满足重交通开放交通的要求。掺入质量参数为20%-40%粉煤灰和矿渣的道路高性能混凝土可显著改善路面的路用性能。[4]掺有矿物掺和料的混凝土后期收缩明显降低，尤其是掺超细粉煤灰的混凝土干缩值很低。并且与普通混凝土相比具有更好的抗裂能力，开裂等级评价为Ⅰ级。

3现阶段存在的问题

通过以上国内外研究的调查分析，参考国内外建筑、水工、路面混凝土研究领域的先进成果，可知目前我国道路混凝土的耐久性研究还存在以下不足：

1、我国对道路混凝土耐久性领域的研究现状还处于滞后阶段，仍存在很多问题得不到解决，而且我们对耐久性的研究针对性不足，现行的设计方法主要基于强度而非性能设计。设计指标和控制参数大多都是参考其他行业的设计规范，对于是否同样适用于道路混凝土有待进一步的研究和商榷。

2、对于建筑、水工等行业的研究成果虽可以对我们的道路混凝土设计提出很多科学合理的建议。但与结构物混凝土不同的是道路混凝土为减缩抗裂结构，通常采用低水泥用量和高粗集料体积分量配合比，如直接引用《混凝土结构物耐久性设计和施工指南》等中所推荐的耐久性设计原则明显不能充分适合水泥混凝土路面设计。

综上所述，道路混凝土的耐久性研究及设计方面，我国的现有研究仍存在不足，道路混凝土耐久性设计体系尚未建立完善。

4 未来研究方向

《混凝土结构物耐久性设计和施工指南》是国内外建筑和水工领域的专家学者们潜心研究出的有指导意义的成果，可以为我国的耐久性研究提供依据。但道路混凝土毕竟与用于保护配筋的结构物混凝土有较大区别，耐久性的影响因素也更为多样化且相互交织，量化研究的重现性较差，加上车辆荷载引起的反复弯折、冲击作用和磨耗都会耦合加剧耐久性破坏，此外，从其独特的施工特点、防早期开裂和经济性考虑，道路混凝土追求低塑性、低水泥用量和高粗集料用量的材料配比，这与目前高坍落度、高胶凝材料用量的结构物混凝土存在显著的差异，所以《混凝土结构物耐久性设计和施工指南》中的很多建议并不适用，我们需要有一部针对道路混凝土的专项指南。

参考文献

[1] 孙增智.道路水泥混凝土耐久性设计研究[D].西安：长安大学，2010.

[2]黄侨等.桥梁结构耐久性研究综述[C]. 中国公路学会桥梁和结构工程分会2007年全国桥梁学术会议论文集.北京：人民交通出版社，2007.

[3]韩静云.掺和料超吸水聚合物混凝土抗冻性能研究[D].宁夏：宁夏大学，2008.

[4]李俊，尹健. 道路高性能混凝土耐久性研究与应用[J].混凝土，2009，09：15-16.

[5]战高峰，阮炯正，董伟智. 水泥混凝土路面耐久性设计研究[J].公路交通科技，2000，Z1：33-38.