文档介绍：水泥混凝土路面板后期加速断裂影响因素分析
水泥混凝土路面板后期加速断裂影响因素分析
摘要:水泥混凝土路面是路面结构的重要组成部分,但在服役年限内大面积断裂破坏现象非常突出。通过阐述层间粘接破坏、支承条件改变、水的侵蚀和接缝损坏下的水泥混凝土路面板破坏过程,揭示了影响水泥混凝土路面板加速断裂的影响因素。
关键字:水泥混凝土路面,后期破坏,开裂过程,影响因素

中图分类号:414 文献标志码:A 文章编号:

一、水泥路面板早期破坏过程
在摊铺新拌混凝土的过程中,混凝土直接浇筑在路面基层上。基层表面的凹凸不平和孔隙的存在,使得水泥砂浆部分渗入基层,形成了弹性模量,泊松比和强度介于面层和基层的过渡层。过渡层的顶面和底面分别与面层底面和基层顶面粘接,约束了路面板的收缩变形,从而在过渡层界面产生剪应力,形成水平的裂缝,在面层底部产生拉应力,形成与拉应力垂直的裂缝[1]。路面板在行车荷载和温度应力的反复作用,路面损伤达到一定程度时,裂缝将进一步扩展,直至出现第一条裂缝贯穿整个路面板。
二、层间粘接的破坏
水泥砼面层和基层是实现路面功能的重要结构组成部分,两者在行车荷载作用下协同工作。对已出现裂缝的水泥路面板,面层和基层的粘接程度对板的后期破坏有很大影响。据研究表明,随着接触面的粘聚力增加,即基层和面层粘结层度增加,行车荷载作用下的水泥路面板层底拉应力逐渐减小,基层底拉应力逐渐增加。标准轴载作用下,基层底拉应力通常远小于基层抗拉强度,即使将轴载增至两倍标准轴载和三倍标准轴载,基层拉应力仍然很小,不会引起基层开裂破坏。
相比于层间粘接良好的水泥路面,已开裂的水泥路面在过渡区形成的水平裂缝削弱了面层和基层的粘接,面层底部拉应力大,基层受到的拉应力小,行车荷载冲击力不能有效的传递,面层所受拉应力大于路面板抗拉强度,导致路面板在荷载反复作用下断裂。
其中,路面板处于最不利的情况是面板与基层之间的接触表面粗造、不平滑,且两者之间由于路基沉陷或面板收缩或受到温度应力的影响而导致板与基层之间形成透空状态[2]。此时,路面板底的拉应力、最大挠度、最大主应变都是最大的,设计中应尽量避免这种状况发生,施工时注意保证路基的压实质量和路面混凝土的养生质量。
三、支承条件的改变
和其他混凝土结构工程相比,路面工程要承受繁重的交通荷载、冲击及磨损破坏、重在车轮的作用、动载疲劳损坏,还要承受温度,湿度和腐蚀等外界因素的破坏作用。为保证道路在服役周期内的结构性能和使用性能,水泥混凝土路面设计时,需确保良好的支承条件。
由于混凝土面层的刚度大,路面结构的承载能力主要由面层提供,对基层的强度要求不高计算表明,车辆荷载在均匀支承的水泥混凝土路面板内产生的弯拉应力不大。随着车辆荷载的反复作用,路面基层将产生弯沉变形,也会使路基产生塑性形变,特别是以石灰,水泥等无机结合料稳定细粒土为基层的道路[3]。路面板在荷载驶离后恢复原状而路基则残留了部分塑性变形不能恢复。荷载每次作用后的微小变形累积量形成了脱空且荷载在路面板不同部位产生的弯沉量不同,板中部弯沉量最小,板角隅处大于板边缘处。这样,在板中形成了不同程度沉降的脱空。
此外,由于温度,湿度的影响,混凝土板将产生挠曲变形,致使混凝土板不再与路基保持连续紧密接触。自然环境下,裸露的水泥混凝土路面板