旧水泥混凝土路面的破损原因及处理方法研究

2023-01-03

水泥混凝土路面是高等级公路主要的路面结构型式之一, 在我国20世纪90年代发展最快, 里程增加最多。截止2003年底, 我国建成的沥青与水泥混凝土两种高级路面的总里程为34.4万km, 其中水泥混凝土路面为19.9万km, 占总里程的58%, 加上我国城市道路水泥混凝土路面9万km, 公路与城市道路水泥混凝土路面总里程达到了约30万km, 目前仍以每年约2万km左右的速度增长, 我国已成为世界上水泥混凝土路面拥有里程最多的国家。水泥混凝土路面的修建, 推动了沿线经济及社会的发展。

我国水泥混凝上路而始建于六十年代中期, 目前早期修建的水泥混凝上路面由于设计、施工、后期养护及超重载交通等原因, 已不同程度地发生了结构性和非结构性的损坏。对旧水泥混凝上路面进行维修或改建已是必然, 水泥混凝土路面修补困难、维护费用高, 并且修复效果并不十分理想, 对水泥混凝土路面如何维修、改造一直是困扰道路部门的技术难题。近几年来, 我国各地区都对旧水泥混凝土路面开始进行大量的修复整治, 其主要的措施是加铺沥青混凝土罩面层, 来改善原水泥混凝土路面的使用性能, 提高路面行驶的舒适性, 同时又能充分利用旧水泥混凝土路面的剩余强度, 而沥青加铺层改造旧水泥混凝上路而具有工期短、对交通影响小、投资少、行车舒适等优点, 已成为国内外的一种简单有效的修复措施。

1 旧水泥混凝土路面的破损原因分析

分析混凝土路面损坏原因, 不仅可以为以后的水泥混凝土路面设计、施工与养护提供经验, 而且是确定水泥混凝土路面修复方案的重要依据。因此, 必须充分做好调查, 查明原因, 以便采取针对性的处理方法。

(1) 裂缝:产生的原因是重复荷载应力、翘曲应力及收缩应力等综合作用;水的浸入及过大的竖向位移的重复作用, 使基层受到侵蚀产生脱空;土基和基层强度不够;接缝拉开后, 丧失传荷能力, 在板的周边产生过大的荷载应力;水泥质量差、不稳定;粗细集料质量差;施工操作不当, 养生不好。 (2) 角隅断裂:产生的主要原因是由于养护不力, 地表水由接缝下渗后汇集在板下, 使基层湿软, 在车辆荷载作用下, 板角应力集中, 在板角处产生唧泥, 板下被淘空, 板角处被折断而产生角隅断裂。角隅断裂发生后, 地表水下渗量增加, 断裂的板下继续产生唧泥, 使板角进一步断裂, 显网状断裂;一板角呈网状断裂后, 渗入相邻板块的地表水量增大, 引起相邻板块在车辆荷载作用下产生唧泥, 相继产生断裂和网裂破坏。 (3) 边、角剥落:其原因是接缝落入坚硬的杂物, 板在膨胀时产生了超应力, 边缘被硬物挤碎;重交通荷载的重复作用;传力杆设计或施工不当;接缝处混凝土强度低。 (4) 错台:产生原因是混凝土板接缝处渗水造成不同程度的冲刷, 接缝的传荷能力差地基不均匀时, 在车辆荷载的反复作用下产生不均匀沉陷就会逐渐形成错台;接缝设置两侧混凝土板施工高度不一或胀缝在施工中横板被振歪而形成两侧混凝土壁而不垂直, 缝旁两块板在伸胀挤压过程中也会上下错开而形成错台。 (5) 唧泥:产生的主要原因是填缝料损坏, 雨水下渗和路面排水不良。 (6) 表面裂纹与层状剥落:产生的原因是水灰比过大、过度抹面、养护不及时、用盐化冰雪、冻融循环和集料质量低劣、水泥中的碱 (氧化钠及氧化钾) 于集料中的某些特定矿物质发生碱硅反应等。 (7) 坑洞:其原因是施工质量差或混凝土材料中夹带朽木、纸张和泥块等杂物;某些车辆的金属硬轮或掉落硬物的撞击。 (8) 修补损坏:其主要原因是原有病害没有根治;修补质量差及交通荷载过大。

2 旧路面处理方法

水泥混凝土路面在长期的使用过程中, 不可避免地出现磨光、板块破损断裂、局部沉降、接缝破坏等各种病害。在对旧水泥混凝土路面进行沥青罩面改造工程中, 必须先对原路面的病害进行处理。

2.1 缝的处理

(1) 将原水泥混凝土路面的横缝、纵缝进行扩缝处理, 主要目的是将原缝内的积土污物清理干净, 此工序主要包括切缝、清缝、吹缝工作, 缝的深度要满足6cm, 宽要保证5mm~8mm; (2) 通过检验, 缝的宽度及深度满足要求后, 对缝进行灌油、灌石屑。用橡胶类改性沥青进行填缝, 石屑要清洗干净, 灌注要均匀饱满, 并高出地面5mm, 使其经车碾压后增加密实度, 已达到嵌挤紧密的效果。 (3) 在缝的两侧路面上各撒一层石粉 (或用石灰水涂刷) , 防止灌填接缝材料时污染路面。

2.2 断裂及板块破损

对于破损面积不大, 小于2/3的板块采用凿除损坏处补料的方法处理, 关键是要控制好混凝土板的切除厚度及所换混凝土的质量;对于破损面超过2/3的混凝土板, 因已没有修补价值, 所以清除整块板, 将原破碎的混凝土整块凿除干净后, 采用水泥混凝土里掺加钢纤维以达到混凝土的防裂效果。

(1) 对脱空水泥混凝土路面板的处理, 主要采用将旧板破碎, 运走, 清扫基层;用C15混凝土修复松散基层 (如有松软的素淤泥块, 还应挖坑切槽, 直到坚实基层) 。基层表面要平整, 要具有一定的横坡坡度, 然后重新浇筑C30混凝土。 (2) 对有贯穿全板纵、横、斜向裂缝的混凝土板块, 也按脱空板的方式处理, 即:破碎旧板——清运碎块——清扫基层——处理基层——浇C30混凝土新板——养生——开放临时交通。 (3) 对有角隅断裂、接缝碎裂的处理办法为:围绕裂缝按一定长度和宽度用切割机切割成矩形, 破碎清除碎块, 目测基层, 若基层板整体性差, 则下挖基层, 直到有整体性好的层面。然后用处治脱空板的方法, 浇筑新混凝土, 与原有道面平齐。

2.3 错台

在接缝或裂缝处, 缝两边的路面形成了台阶, 其相对高差大于0.5cm。对这种情况如果板块整体性好可机械磨平或用砂粒式沥青混凝土找平。如果是由于基础过软引起的错合, 则用水泥灌浆抬高法或水泥灌浆处治基层后用中粒式沥青混凝土找平。

3 结语

旧水泥混凝土沥青罩面技术是目前国际上道路工程学科技术领域十分重要的研究方向。旧水泥混凝上路面加铺沥青层之前需对旧路状况进行科学的调查评价, 以全面了解旧水泥混凝土路面的使用状况和破损情况, 为旧路损坏的处治提供资料, 旧路结构功能恢复的好坏对加铺设计至关重要, 其中路面破损是旧路评定的重点。虽然国内外的改造工程研究已积累了丰富的理论和实践经验, 仍有许多内容需要进一步的分析研究。

摘要：水泥混凝土路面是高等级公路主要的路面结构型式之一, 确定水泥混凝土路面修复方案, 首先要分析混凝土路面损坏原因, 为以后的水泥混凝土路面设计、施工与养护提供经验;同时, 在对旧水泥混凝土路面进行沥青罩面改造工程中, 必须先对原路面的病害进行处理。

关键词：水泥混凝土路面,破损,处理