寒区混凝土路面病害分析

盖晓连，王成程，张荣华，赵 磊

(哈尔滨石油学院 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150028)

1 冻害机理分析

(1)路基底部的水分向上聚集，冰结冰后膨胀，形成路面裂拱，原路面出现断板现象。寒冷地区结冰期间，冰穿透了路面材料和路基土壤。路面结构的冻结作用会引起间隙水的膨胀，在失去粘性的粗糙集料上形成分凝冰；在路面粗糙的集料中出现集料松弛现象。

(2)道路两侧的积雪会影响路基温度差，使道路的中心比两侧冻结得更深，道路的不均匀霜可能与道路横截面施加的弯矩相同，这样会使拉伸应力过大，并且会产生纵向或弯曲的裂纹。当裂缝横跨路基流，将会严重影响道路的耐用性。

(3)霜冻现象将导致冬季路面发生变形。降低路面的平坦度，增加路面的裂缝发生，产生不均匀的霜冻主要是因为以下四个原因:①与一维冻结过程的不稳定性有关，在一维霜的土性和环境条件的影响下发展成多维度冻结；②地下土壤冻胀灵敏度的差异，包括水的有效性；③温度场的差异；④地形或土壤结构及性质等各方面的不同。

2 寒冷地区冻害影响因素

2.1 水泥混凝土路面分析

(1)氯盐破坏

黑龙江等地区位于寒冷的地区，降雪量丰富，给道路运输带来了沉重的负担。大部分都采用以“氯盐”为主要成分的无机溶解剂，通过喷洒来降低冰雪的温度并使之融化。导致路面混凝土大面积腐蚀损伤大部分原因是因为除雪剂在雪水融化后，有害氯离子渗入混凝土。

融化的耐久性周期与使用融化剂引起的氯离子迁移，形成了融化和熔融剂结合引起的侵蚀破坏，进一步基于路面混凝土的耐久性破坏。其明显的特点是，混凝土路面的表面剥落程度比简单的冻融侵蚀损伤更严重，因此，大范围的拱门和壳脱落，混凝土越来越松散，暴露出粗糙的骨料，钢筋混凝土路面容易引起内部流入的暴露和腐蚀。

(2)水分冻结

随着我国寒冷地区道路行驶距离的增加，水泥混凝土路面结构冻融造成的损失正在增加，冻融作用下混凝土的破坏机理一直作为研究课题广泛开展。冻融周期导致混凝土断裂的形式取决于结构的类型、位置、水分状态等。

①水的冻结压力

从物理原理可以看出，在不太高的温度下水通常只有两相。因为混凝土抗拉强度最高可达5 MPa，为了防止水在-10 ℃处固定，材料必须抵抗100 MPa的压力。单靠材质本身就很难阻止水的冻结，因为水的冻结压力比材质固有的强度大很多。路基被水的冻结压力压坏的可能性就大了，所以我们在用材方面应考虑到用什么样的材料来解决水的冻结压力。

②混凝土中水的结冰

冻害现象会随着混凝土冻融周期的不同也会有所不同。混凝土第一次冻融后，一般经过每个冻融周期的轻骨料混凝土，温度下降到0 ℃，随着温度下降膨胀的增加，冻害也很严重，最后还剩下很大的残留变形。这种现象不能用水的相变来解释。一般来说，水的体积会0 ℃时迅速增加，但结冰后会出现热收缩现象，温度下降时体积会减少，水泥混凝土在负温度条件下发生膨胀，该膨胀会随着温度的降低而增加。

③粗骨料中水的结冰

混凝土冻害因素中粗骨料起着非常重要的影响作用。在同一个水纹维持不变条件下，由于选择不同的粗糙骨料，浮动额差异很大。混凝土路基中由于粗粒料孔径大、透水性好，因此，使路基机构中充满孔隙水，当外界温度达到负温时水体积急速结冰膨胀，从而导致路面机构破坏。

2.2 沥青混凝土路面冻害分析

(1)车辙

沥青混凝土路面常见病害主要是车辙，因此降低路面平整度，易引发交通事故，当车辙达到一定深度时，易引起车辆水箱积水，发生汽车滑行，造成交通事故。而车辙主要是由于路面设计不当或车辆过载严重造成的。影响沥青路面车辙深度的主要因素有：沥青混合料油石比例过大；表面磨损过大；雨水侵入沥青混凝土内部；地面有不稳定的中间层，道路向一边推，形成波浪形车削。

(2)沥青路面的松散破坏

路面松散是直接影响驾驶安全的路面疾病。松散可能会出现在整个路面表面，也可以出现在局部区域，但通常由于车辆驾驶而在车轮区域更加严重。主要原因包括:①局部地下层和底基层不均匀沉降导致路面损坏；②碎石含有风化颗粒，水侵入，引起沥青剥落。

(3)沥青路面基础的沉降破坏

基础的沉降破坏是沥青路面变形中常见的一种，主要出现在挖方和填方交点处。常见原因：①因为土质排水不畅，且路基底部湿润，形成不均匀沉降，导致路面部分下沉；②当不能适应日益增长的交通量，容易发生疲劳破坏；③路基或基层的强度达不到设计强度时，在大荷载作用下路基或基层结构强度不够而被破坏，从而引起不均匀沉降；④桥头堡路面变形不均，与顶板不平，导致沉降。

(4)Rutting破坏

Rutting是在行驶的重复载荷下，由于铺装层结构和底座的补充压缩，结构层材质侧向位移累积的永久变形。Rutting是一个变形类，表示深度大于1.5 m的道路上沿车轮痕迹产生的垂直带状凹槽。Rutting是一个带状凹槽，通过重复行车载荷，铺装路面由永久变形积累形成。

2.3 沥青混凝土路面结构层分析

(1)铺装层

根据层面位置及其作用，铺装层结构可以分为三个主要级别:装饰层、基层和垫层。有些路只使用饰面层和底基层两层结构，另一些只使用一个饰面层。为路面排水做路拱。通过住宅、风景名胜区和疗养院的路特别注意灰尘，减少噪音。

(2)涂层

可分为磨损层和关联层。为了提高路面的抗滑性能，可以防止路面磨损和泄漏，使用年限、中低级表面通常使用坚硬的碎石作为磨损层，而高级或低级表面通常使用沥青石混合、沥青混凝土、沥青砂等作为磨损层。

(3)基层

基层位于涂层下方，可承受涂层传递的车轮的垂直压力，并平均分布在下方的垫子或托基上。基层材质必须具有足够的强度、水稳定性和漫射载荷的性能。常用材料是由碎石、碎石、碎石、天然碎石、各种石灰、水泥或沥青稳定处理材料和渣、煤渣、硬质钙渣、粉煤灰和其他工业废弃物以及相同的土壤、沙子和石材组成的混合物，以及低级水泥混凝土。在交通繁忙的道路上，需要再铺上两层基层。下层叫底层，可以利用廉价的当地资料。上层叫顶层，要使用强度高的材料。

(4)垫层

垫层是位于基层和土基层之间的结构层，以改善土层的水温状态，提高土层的强度，防止路面上不均匀的霜冻和倒灌，并防止路基土壤渗入基层，从而影响其稳定性。为了阻止地下水的上升和地表水的渗透而设置的垫层，通常称为隔离层。同时，具有储水和排水效果的垫层也称为排水层。用作防止或缓解道路不均匀霜冻的垫层，称为防冻层。软垫材料必须具有良好的水稳定性，以及所需的透水或隔热性能。

3 结束语

综合寒区病害问题，我们必须在道路、路基结构和组成方面开展，并加快研究适合寒区使用的道路修复材料，将继续深入研究公路修复后结构层的工作机理从而，提高寒区道路的耐久性、舒适性。