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1、浅谈公路路面病害控制及预防措施 沥青混凝土路面病害 摘要：本文通过笔者自己的实际经验总结一些减小混凝土自缩的途径；从裂缝产生的原因入手，对沥青路面层间应力进行了较详细的分析，并有针对性地提出了预防裂缝出现的相应措施 关键词：路面病害控制预防措施 近年来，随着混凝土科学的发展，尤其是高效减水剂和矿物掺合料在混凝土中的广泛应用，混凝土的水灰比（或水胶比）大大降低。这种低水灰比的混凝土（水灰比不大于0.40）有很高的强度和很低的渗透性，在不发生裂缝的前提下是十分耐久的。但在低水灰比的情况下，强烈的水化会促使混凝土中毛细管弯月面快速向内推进和相对湿度的很快下降，在混凝土中出现自干燥现象。混凝土的自干燥
2、必将引起混凝土宏观体积的减小，这种现象被称为混凝土的自缩。在低水灰比的情况下，混凝土在硬化的早期就会产生很大的自缩。在实际的混凝土工程中，混凝土又不可避免地受到约束的作用。在约束存在的情况下，这种高自缩的混凝土发生开裂的可能性大大增加。由于混凝土的自缩与混凝土的早期开裂现象关系紧密，因此有必要对混凝土的自缩性能加以研究。下面就水泥砼路面自缩及沥青路面裂缝问题稍做浅析。 A、水泥砼路面 1、混凝土的自缩及产生机理。混凝土的自缩是指混凝土硬化阶段（终凝以后），在恒温、与外界无水分交换的条件下混凝土宏观体积的减小。自缩和干缩不同，它在混凝土体内相当均匀地发生，而不仅仅在混凝土表面发生。其中影响混凝土
3、自缩的因素有水泥、外加剂、矿物掺合料及其他因素。 2、控制自缩的方法综上所述，混凝土的自缩是在混凝土硬化阶段中由于水泥水化产生的毛细管张力作用的结果，自缩值的大小受到原材料的种类、配合比以及外界条件的影响。综合水泥、矿物掺合料对自缩的影响，可将其影响分为材料的活性和材料的细度两个方面。 在材料活性相近的情况下，同样龄期时较细的材料引起的自缩值较大，正如较细的水泥或矿渣产生较大的自缩。这是由于（1）较细的材料水化较快，产生较大的水的消耗；（2）较细的材料使毛细管细化，较细的毛细管失水时产生较大的张力。在材料细度相近的情况下，在同样龄期时，活性较高的材料引起较大的自缩。就不同品种的水泥而言，铝酸盐
4、水泥和早强水泥的活性较普通硅酸盐水泥大，其自缩值也较大；中热、低热水泥的活性较普通硅酸盐水泥小，其自缩值也较小。 就使用的矿物掺合料而言，硅灰和偏高岭土均属于特细的材料，其中硅灰更细一些，若二者的活性相近，硅灰的自缩值应更大一些。但由于偏高岭土中含有大量铝的氧化物，其活性远高于硅灰。因此，在10%偏高岭土取代量的情况下，普通硅酸盐水泥的水化和偏高岭土的火山灰反应能达到匹配，达到最大自缩值；而掺加硅灰时的自缩值则随其掺量的增加而增大。 就比表面积相近的矿渣和粉煤灰矿物掺合料而言，矿渣的活性要大于粉煤灰，因而掺加粉煤灰可以减少自缩而掺加矿渣则不能减少自缩。而由于矿渣水泥中矿渣的颗粒很粗，活性较小，
5、所以矿渣水泥的自缩值小于普通硅酸盐水泥的自缩值。加入经防水处理的粉末能减小自缩值，其原因可能有以下两点：（1）这种憎水性物质的活性很低，就相当于加入了惰性材料，减少了活性材料；（2）这种物质的加入使毛细管的管径变粗。 通过上述分析，从原材料的种类、配合比来综合考虑控制混凝土的自缩的方法。减少混凝土自缩的途径大致可分为以下几点。 （1）尽量避免使用高细度的水泥和矿渣。 （2）硅灰和矿渣的掺量不要太大；使用偏高岭土做矿物掺合料时，避免使用10%的取代量。 （3）在混凝土中掺加一定量的粉煤灰作为矿物掺合料。 （4）考虑使用于缩减少剂或经防水处理的硅质粉末。 （5）考虑使用有吸水性的人工或天然骨料，并
6、在使用前吸足水分。 （6）在情况许可的情况下，适当加大骨料的含量以及水胶比。 B、沥青路面 1、沥青路面裂缝分析 (1)沥青路面开裂的主要原因可分为两大类：一种是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝，一般称之为荷载型裂缝。另一种主要是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝，一般称之为非荷载型裂缝。 (2)由于我国现行沥青路面设计规范中规定或推荐沥青路面采用半刚性基层。所以还存在着因为半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝或对应裂缝。此类裂缝主要是非荷载型的，在某些情况下也可能是由温度和荷载共同完成的。 2、沥青路面裂缝应力分析 2.1结构性破坏裂
7、缝 沥青路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下，大于半刚性基层材料的抗拉强度时，半刚性基层的底部就会很快开裂。在半刚性基层下采用半刚性材料做底基层，可使基层底面由行车荷载产生的拉应力明显减小，甚至还小于半刚性底基层底面产生的拉应力，这对半刚性基层承受行车荷载的反复作用是十分有利的。 2.2温度裂缝 沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝有两种，一种是低温收缩裂缝或简称低温裂缝，另一种是温度疲劳裂缝。 2.2.1低温裂缝 沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松驰性能，温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩
8、。 2.2.2温度疲劳裂缝 这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳，使沥青混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小，加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松驰性能降低，最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。 2.2.3光弹试验 在面层和基层均无裂缝的情况下，表面降温30，在沥青面层中产生的温度应力分布。在面层已有裂缝时，光弹试验得到的温度应力分布状况。一方面温度向沥青面层底部传递需要一定的时间，不是瞬时完成的，而且沥青面层内部和底部的温度不可能与其暴露表面的温度相同，始终有温度差，即沥青面层中会产生较大的温度梯度。沥青面层愈厚，表面温度与底部温度差愈大，层间温度梯度
9、也愈大。 另一方面沥青面层表面的温度应力随着面层的增厚而增加，面层内的应力随深度而很快减小，同时面层表面的温度应力随降温幅度变小而减小。沥青面层的表面一旦开裂，随着持续低温或另一次降温，在裂缝尖端会产生较大的应力集中，使裂缝向下延伸并逐渐穿透整个沥青面层；由于面层底部与基层表面的粘结作用，裂缝呈现上宽下窄现象。 2.3半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝2.3.1由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝 通常假设导致反射裂缝的机理是处于沥青面层下的半刚性基层已经开裂，并且允许有垂直位移和水平位移。垂直位移是由行车荷载引起的下卧路面结构在裂缝处的差动位移，水平位移是由温度变化或水分变化引起的膨胀和收缩。 冬
10、季或在寒冷地区，在结合得好的沥青面层下，开裂的半刚性基层的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变，由于在较低温度下沥青面层通常较硬，它只能承受小的拉应力或拉应变，因此容易被拉裂，并且裂缝的扩展途径是由下至上的。沥青面层的厚度愈薄，反射裂缝形成的愈早和愈多。 2.3.由半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝或对应裂缝 对于新铺的半刚性基层，随着混合料中水分的减少，要产生干缩和干缩应力；水分减少得愈多愈快，产生的干缩应力和干缩应变就愈大。在已经产生干缩裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层，在较薄沥青面层的情况下，半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂，并较快形成反射裂缝。一旦行车产生
11、的拉应力与温度应力相结合，反射裂缝会形成得更快。在较厚沥青面层的情况下，由于温度应力在表面最大，基层的裂缝将促使面层先从表面开裂，然后逐渐向下传播形成对应裂缝。以上结论已被长沙交通学院光弹模型试验所证实，表面降温30时，不同厚度沥青面层内下层裂缝上方的温度应力分布规律。 不同的应力分布规律不难推断，通过进一步的试验或计算，将会得到一个临界面层厚度。面层厚于此临界厚度时，裂缝将主要从表面开始；薄于此临界厚度时，裂缝可能主要从底部开始。此临界厚度与气候条件、面层混合料的劲度模量、温缩性以及基层混合料的温缩性有关。 3、影响裂缝产生的主要因素有沥青及沥青混合料的性质、基层材料的性质、气候条件、交通量
12、和车辆类型及施工因素。 4、减轻沥青路面裂缝的措施 根据规范，通过路面结构设计和厚度计算可以满足沥青路面强度和承载能力要求，基本解决荷载型裂缝产生的问题。对于如何避免或减轻非荷载型裂缝的产生，应从设计与施工两个方面来进行考虑。 4.1设计方面 (1)在进行半刚性路面设计时，首先应选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。 (2)选用松弛性能好的优质沥青做沥青面层。在缺少优质沥青的情况下，应采取改善沥青性质的措施。 (3)在稳定度满足要求的前提下，优先选用针入度较大的沥青做沥青面层。 (4)沥青面层采用密实型沥青混凝土。 (5)采用合适的沥青面层厚度，确保半刚性基层在
13、使用期间一般不会产生干缩裂缝和温缩裂缝。 (6)为进一步提高表面层抗温度裂缝性能，可采用橡胶沥青或聚合物沥青在沥青混凝土表面做一封层。 (7)设置应力消减(应力吸收)中间层。 4.2施工方面 (1)严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。 (2)半刚性基层碾压完成后，要及时养生。 (3)半刚性基层碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或封层。 (4)透层或粘层完成后，应尽快铺筑沥青面层。 5、结束语 实际上按照现行沥青路面设计规范要求，沥青路面厚度设计相对偏厚，目前采用的半刚性基层收缩性都比较小，施工工艺水平有很
14、大提高，所以新建半刚性沥青路面上出现的裂缝绝大多数是沥青路面本身产生的温度裂缝。如何提高沥青面层的防裂性能、改善沥青及沥青混合料的使用品质应是我们今后研究的主要方向。 参考文献 公路水泥混凝土路面养护规范（JTJ073.12001） 公路沥青路面养护技术规范（JTJ073.22001） 公路水泥路面设计规范（JTGD402002） 公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006） 公路路面基层施工技术规范（JTJ034-2000） 公路工程质量检验评定标准（JTGF80-1-2004） 公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTGF302003） 公路沥青路面施工技术规范（JTJF40-2004） 第 9 页 共 9 页