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摘要水泥混凝土路面因其整体性能好、强度高、使用寿命长、维护费用低等优点,在公路和城市道路建设中广泛采用。水泥混凝土路面存在一些缺点和不足主要的是路面普遍存在裂缝和断板问题。混凝土板一旦产生断板,其它病害就会伴随着发生,如水泥、错台、脱空、裂缝破碎、拱起、裂缝延长、跳车等破坏。对水泥混凝土路面产生破坏的主要原因做分析,然后就防治措施做相应的探讨和阐述。
关键词水泥混凝土路面;病害;防治措施
中图分类号U416.2文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0144-01
1水泥混凝土路面的破坏及分析
1)裂缝。混凝土路面板的裂缝是由混凝土板的收缩和翘曲引起的,环境条件(温度、湿度和风速等)的不一,造成混凝土板上下失水快慢不一,温度降低引起收缩,混凝土板上下温差产生翘曲等,这些变形的组合在混凝土板与基层间的摩阻力、粘结力以及板周边约束下,使混凝土板内产生拉和弯拉应力,这种力超过混凝土板的极限抗拉强度时,即发生裂缝。
有资料表明,由温差引起的应力,当混凝土弹性模量Er=2.5×104MPa,温差达到30℃时,板中的温度应力能达到5.9MPa,而一般混凝土的抗拉强度仅为4.3～5.0MPa,所以,当温差达到30℃时,裂缝就难以避免。基层是路面的基础,其强度好坏直接影响混凝土面层的质量。面层要求基层平整、密实、强度一致、稳定性好。但在实际施工中往往由于基层的质量达不到要求造成混凝土面层厚薄不均、收缩时容易在薄弱地方产生裂缝。切缝的时间应在混凝土强度达到设计强度的25～30%时进行,时间过早易松动集料颗粒,缝边不齐,强度降低;时间过晚,混凝土由于温度下降和水份蒸发因板块长度受阻,产生裂缝。由于混凝土的早期强度受温度、湿度影响较大,具体的切缝时间应根据当时的气候、养护温度等确定。混凝土终凝成型后,随着外界温度增高(尤其是高温季节)水份蒸发快,如果没有及时覆盖并充分洒水养护,混凝土失水过快,内部和表面的温差过大,则容易产生干缩裂缝。
2)断板。所谓刚性路面断板,是指水泥混凝土板产生横向或纵向贯通裂缝,使板块整体断裂的现象。断板是水泥混凝土路面最典型的破坏形式,其危害也是最严重的。水泥混凝土断板,按裂缝的方向可分为纵向断板和横向断板、水泥混凝土路面断板按其损坏程度分为三类:轻微断裂。断板的产生主要为:路面施工质量控制不严、原材料不满足规范要求,在车辆荷载及环境因素的重复作用下造成面板断裂;基层处理不匀,使路基强度不足、稳定性差,导致面板断裂;路面在使用过程中,面层接缝填封料失效,混凝土板不能自由伸缩,板内产生过大拉应力,引起路面板断裂;早期细微裂缝未反应到表面,使用一段时间后,受行车荷载及温度应力的双重作用,部分裂缝将逐渐增长、变深,以致造成面板断裂;路基及基层排水不良,长期受水浸泡,引起路基失稳或强度不足,使路面产生不规则断裂。
2水泥混凝土路面病害的防治措施探讨
2.1表面裂缝处理
对于断裂轻微、裂缝无剥落或剥落轻微、缝宽小于3cm的开裂,可采用灌入粘结剂的方法进行修补。聚硫环氧树脂灌缝料采用聚硫橡胶,环氧树脂=16:(2-16)比例配兑而成,其抗拉强度可达32MPa,用于灌窄缝。它的特点是改善了环氧树脂的耐老化性和脆性。环氧树脂灌缝料一由环氧树脂(胶结剂)、二甲苯(稀释剂)、邻苯二甲酸二丁脂(增韧剂)、乙二胺(固化剂)、水泥或滑石粉(填料)组成,其配合比为胶结即:稀释剂:增韧剂:固化剂:填料=100:40:10:8:(200～400)。直接灌入法适于施工中产生的混凝土收缩裂缝。在开放交通前,若发现混凝土板块出现裂缝,则可用聚硫环氧树脂灌缝料直接灌注;喷嘴灌入法适于通车路段冬季裂缝修补。主要操作工艺为:清缝→埋设灌浆嘴封闭裂缝→配灌浆材料→灌浆→加热增强;钻孔灌浆法适用于非冬季裂缝修补;注射器注射法使用于通车时间较短、裂缝杂物少、缝宽在3mm左右的裂缝修补。
2.2较宽裂缝处理
对于轻微断裂,但裂缝较宽且有轻微剥落的断板,应按裂缝两侧至少各20cm的宽度放样,按画线范围开凿成深至板厚一半的凹槽,此凹槽应与中线垂直,刷洗干净凹槽,在凹槽底部裂缝的两侧用冲击钻沿与中线平行方向,间距30～40cm,打眼贯通至板厚达基层表面,然后再清干净凹槽和孔眼,在孔眼安设п形钢筋,冲击钻钻头采用30规格,п形钢筋采用22螺纹钢筋制作,钢筋安设完成后,用高强度水泥砂浆填塞孔眼至密实,最后用与原路面相同强度等级的快凝混凝土浇筑至与路面齐平。较为彻底的办法是将凹槽凿至贯通板厚,在凹槽边缘两侧板厚中央打洞,深10cm,直径4cm平间距30～40cm。每个洞应先将其周围润湿,插入一根直径18～20cm,长约20cm的钢筋,用快凝水泥砂浆填塞捣实,等砂浆干硬后浇筑混凝土捣实至与路面齐平即可。
2.3全厚更换处理
1)局部。对于断裂轻微、裂缝有轻微剥落的,但并未贯通,可采用“浅切法”即先划线放样,按划线范围将混凝土板面锯深4～5cm,凿除其中之混凝土使其成为长方形凹槽,必要时也可在剩余底部板上打眼插入短钢筋头,以增加新旧混凝土的整体性,清洗干净后浇筑掺入快凝剂的混凝土并养生,也可采用钢纤维混凝土。
对于轻微断裂、裂缝较宽且有轻微剥落的断板,应按裂缝两侧至少各20cm的宽度放样,按画线范围开凿成深至板厚一半的凹槽,此凹槽应与中线垂直,刷洗干净凹槽,并在其底部裂缝的两侧用冲击钻沿与中线平行方向,间距30～40cm打眼贯穿板厚达基层表面,然后再清干净凹槽及孔眼,在孔眼安设高于保留板面厚度的II字型钢筋,冲击钻头直径采用Φ30规格,II型钢筋采用螺纹钢筋制作,安设后用高标号砂浆填塞孔眼密实,最后用与原路面相同或高一级标号的快凝混凝土浇筑至路面平齐,该方法有时也称“半切法”。
对断裂较严重、裂缝已贯通板厚且有一定缝宽的断板,可采用局部全厚修补,即在断裂两侧各数十公分宽度放样画线,用锯路机将板面全厚切开,形成凹槽,必要时对基层做出处理,然后在凹槽边缘两侧板厚中央打洞,深度大于10cm,直径3～4cm,水平间距30～40cm,每个洞应先将其周围湿润,插入一根直径18～20mm、长度20cm的钢筋,然后用快凝砂浆填满捣实,待砂浆硬化后浇筑快凝混凝土至路面齐平,也可用钢纤维增强混凝土按此方法修补。
2)整板。破路机法主要工艺为:锯缝机沿全厚锯缝;破路机对整板进行破碎,并清除;若基层或路基有问题,对其进行处理;水平钻眼设传力杆或拉杆,对纵向拉杆,钢筋与钻孔间填满结构胶;对传力杆,应严格按规范对传力杆进行端部处理,确保传力可靠;现浇或预制新的混凝土板,并养生至开放交通的强度。
静态胀裂方法主要工艺为:锯缝机沿全厚锯缝;按30cm×30cm的孔间距布置梅花型竖向钻孔;在孔内装入JGl型静态破裂剂对板块破碎,并清理;若基层或路基有问题,应采取措施对其进行处理;水平钻眼设传力杆或拉杆,对纵向拉杆,钢筋与钻孔间填满结构胶;对传力杆,应严格按规范对传力杆进行端部处理,确保传力可靠;现浇或预制新的混凝土板,并养生至开放交通的强度。
3结语
在正常养护情况下,水泥混凝土路面的设计使用年限为20～30年,影响水泥混凝土路面破坏的因素有很多,大多数出现了裂缝、破碎板、错台、卿泥、沉陷和接缝损坏等病害。由于缺乏科学的维修和养护方法,水泥混凝土路面这些病害得不到及时和有效的维修,路面破损程度日趋严重,已严重影响了公路的服务水平和行驶质量。
参考文献
[1]王明海.水泥砼路面断板原因分析及防治对策.民营科技.2009,1.
[2]彭芳,刘占国.水泥混凝土路面裂缝成因及预防措施.科技风,2009,18.
[3]丁艳丽,吴哲军.水泥混凝土路面裂缝成因及预防措施.科技信息(科学教研),2008,25.
关键词水泥混凝土路面;病害;防治措施
中图分类号U416.2文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0144-01
1水泥混凝土路面的破坏及分析
1)裂缝。混凝土路面板的裂缝是由混凝土板的收缩和翘曲引起的,环境条件(温度、湿度和风速等)的不一,造成混凝土板上下失水快慢不一,温度降低引起收缩,混凝土板上下温差产生翘曲等,这些变形的组合在混凝土板与基层间的摩阻力、粘结力以及板周边约束下,使混凝土板内产生拉和弯拉应力,这种力超过混凝土板的极限抗拉强度时,即发生裂缝。
有资料表明,由温差引起的应力,当混凝土弹性模量Er=2.5×104MPa,温差达到30℃时,板中的温度应力能达到5.9MPa,而一般混凝土的抗拉强度仅为4.3～5.0MPa,所以,当温差达到30℃时,裂缝就难以避免。基层是路面的基础,其强度好坏直接影响混凝土面层的质量。面层要求基层平整、密实、强度一致、稳定性好。但在实际施工中往往由于基层的质量达不到要求造成混凝土面层厚薄不均、收缩时容易在薄弱地方产生裂缝。切缝的时间应在混凝土强度达到设计强度的25～30%时进行,时间过早易松动集料颗粒,缝边不齐,强度降低;时间过晚,混凝土由于温度下降和水份蒸发因板块长度受阻,产生裂缝。由于混凝土的早期强度受温度、湿度影响较大,具体的切缝时间应根据当时的气候、养护温度等确定。混凝土终凝成型后,随着外界温度增高(尤其是高温季节)水份蒸发快,如果没有及时覆盖并充分洒水养护,混凝土失水过快,内部和表面的温差过大,则容易产生干缩裂缝。
2)断板。所谓刚性路面断板,是指水泥混凝土板产生横向或纵向贯通裂缝,使板块整体断裂的现象。断板是水泥混凝土路面最典型的破坏形式,其危害也是最严重的。水泥混凝土断板,按裂缝的方向可分为纵向断板和横向断板、水泥混凝土路面断板按其损坏程度分为三类:轻微断裂。断板的产生主要为:路面施工质量控制不严、原材料不满足规范要求,在车辆荷载及环境因素的重复作用下造成面板断裂;基层处理不匀,使路基强度不足、稳定性差,导致面板断裂;路面在使用过程中,面层接缝填封料失效,混凝土板不能自由伸缩,板内产生过大拉应力,引起路面板断裂;早期细微裂缝未反应到表面,使用一段时间后,受行车荷载及温度应力的双重作用,部分裂缝将逐渐增长、变深,以致造成面板断裂;路基及基层排水不良,长期受水浸泡,引起路基失稳或强度不足,使路面产生不规则断裂。
2水泥混凝土路面病害的防治措施探讨
2.1表面裂缝处理
对于断裂轻微、裂缝无剥落或剥落轻微、缝宽小于3cm的开裂,可采用灌入粘结剂的方法进行修补。聚硫环氧树脂灌缝料采用聚硫橡胶,环氧树脂=16:(2-16)比例配兑而成,其抗拉强度可达32MPa,用于灌窄缝。它的特点是改善了环氧树脂的耐老化性和脆性。环氧树脂灌缝料一由环氧树脂(胶结剂)、二甲苯(稀释剂)、邻苯二甲酸二丁脂(增韧剂)、乙二胺(固化剂)、水泥或滑石粉(填料)组成,其配合比为胶结即:稀释剂:增韧剂:固化剂:填料=100:40:10:8:(200～400)。直接灌入法适于施工中产生的混凝土收缩裂缝。在开放交通前,若发现混凝土板块出现裂缝,则可用聚硫环氧树脂灌缝料直接灌注;喷嘴灌入法适于通车路段冬季裂缝修补。主要操作工艺为:清缝→埋设灌浆嘴封闭裂缝→配灌浆材料→灌浆→加热增强;钻孔灌浆法适用于非冬季裂缝修补;注射器注射法使用于通车时间较短、裂缝杂物少、缝宽在3mm左右的裂缝修补。
2.2较宽裂缝处理
对于轻微断裂,但裂缝较宽且有轻微剥落的断板,应按裂缝两侧至少各20cm的宽度放样,按画线范围开凿成深至板厚一半的凹槽,此凹槽应与中线垂直,刷洗干净凹槽,在凹槽底部裂缝的两侧用冲击钻沿与中线平行方向,间距30～40cm,打眼贯通至板厚达基层表面,然后再清干净凹槽和孔眼,在孔眼安设п形钢筋,冲击钻钻头采用30规格,п形钢筋采用22螺纹钢筋制作,钢筋安设完成后,用高强度水泥砂浆填塞孔眼至密实,最后用与原路面相同强度等级的快凝混凝土浇筑至与路面齐平。较为彻底的办法是将凹槽凿至贯通板厚,在凹槽边缘两侧板厚中央打洞,深10cm,直径4cm平间距30～40cm。每个洞应先将其周围润湿,插入一根直径18～20cm,长约20cm的钢筋,用快凝水泥砂浆填塞捣实,等砂浆干硬后浇筑混凝土捣实至与路面齐平即可。
2.3全厚更换处理
1)局部。对于断裂轻微、裂缝有轻微剥落的,但并未贯通,可采用“浅切法”即先划线放样,按划线范围将混凝土板面锯深4～5cm,凿除其中之混凝土使其成为长方形凹槽,必要时也可在剩余底部板上打眼插入短钢筋头,以增加新旧混凝土的整体性,清洗干净后浇筑掺入快凝剂的混凝土并养生,也可采用钢纤维混凝土。
对于轻微断裂、裂缝较宽且有轻微剥落的断板,应按裂缝两侧至少各20cm的宽度放样,按画线范围开凿成深至板厚一半的凹槽,此凹槽应与中线垂直,刷洗干净凹槽,并在其底部裂缝的两侧用冲击钻沿与中线平行方向,间距30～40cm打眼贯穿板厚达基层表面,然后再清干净凹槽及孔眼,在孔眼安设高于保留板面厚度的II字型钢筋,冲击钻头直径采用Φ30规格,II型钢筋采用螺纹钢筋制作,安设后用高标号砂浆填塞孔眼密实,最后用与原路面相同或高一级标号的快凝混凝土浇筑至路面平齐,该方法有时也称“半切法”。
对断裂较严重、裂缝已贯通板厚且有一定缝宽的断板,可采用局部全厚修补,即在断裂两侧各数十公分宽度放样画线,用锯路机将板面全厚切开,形成凹槽,必要时对基层做出处理,然后在凹槽边缘两侧板厚中央打洞,深度大于10cm,直径3～4cm,水平间距30～40cm,每个洞应先将其周围湿润,插入一根直径18～20mm、长度20cm的钢筋,然后用快凝砂浆填满捣实,待砂浆硬化后浇筑快凝混凝土至路面齐平,也可用钢纤维增强混凝土按此方法修补。
2)整板。破路机法主要工艺为:锯缝机沿全厚锯缝;破路机对整板进行破碎,并清除;若基层或路基有问题,对其进行处理;水平钻眼设传力杆或拉杆,对纵向拉杆,钢筋与钻孔间填满结构胶;对传力杆,应严格按规范对传力杆进行端部处理,确保传力可靠;现浇或预制新的混凝土板,并养生至开放交通的强度。
静态胀裂方法主要工艺为:锯缝机沿全厚锯缝;按30cm×30cm的孔间距布置梅花型竖向钻孔;在孔内装入JGl型静态破裂剂对板块破碎,并清理;若基层或路基有问题,应采取措施对其进行处理;水平钻眼设传力杆或拉杆,对纵向拉杆,钢筋与钻孔间填满结构胶;对传力杆,应严格按规范对传力杆进行端部处理,确保传力可靠;现浇或预制新的混凝土板,并养生至开放交通的强度。
3结语
在正常养护情况下,水泥混凝土路面的设计使用年限为20～30年,影响水泥混凝土路面破坏的因素有很多,大多数出现了裂缝、破碎板、错台、卿泥、沉陷和接缝损坏等病害。由于缺乏科学的维修和养护方法,水泥混凝土路面这些病害得不到及时和有效的维修,路面破损程度日趋严重,已严重影响了公路的服务水平和行驶质量。
参考文献
[1]王明海.水泥砼路面断板原因分析及防治对策.民营科技.2009,1.
[2]彭芳,刘占国.水泥混凝土路面裂缝成因及预防措施.科技风,2009,18.
[3]丁艳丽,吴哲军.水泥混凝土路面裂缝成因及预防措施.科技信息(科学教研),2008,25.