關于水泥混凝土路面耐久性的分析

【摘要】隨著國民經濟的發(fā)展，我國的公路建設得到了大力發(fā)展，因此，如何確保公路的有效使用壽命，確保維護管理的經濟性是一個值得我們探討的問題。本文主要對水泥混凝土路面耐久性的影響因素進行了分析，提出了于使用壽命的耐久性設計方法與思路，以供同仁參考！

【關鍵詞】水泥混凝土路面；耐久性指標；使用壽命

結構耐久性是工程領域的一個重要的課題，需要從多個方面進行研究，但大多數(shù)仍集中在房屋建筑和大型工業(yè)建筑方面，對混凝土路面結構耐久性的研究相對較少，同時水泥混凝土路面結構與其他的建筑結構從受力、環(huán)境、載荷等方面也有著較大的差異。因此，作為一名公路設計者，我們更應該了解水泥混凝土路面的耐久性，從而有效的確保在設計和施工的過程中更加注重公路的耐久性和使用壽命。

一、水泥混凝土路面耐久性的影響因素

水泥混凝土路面耐久性的影響因素主要是材料和結構設計。材料的耐久性決定著路面結構的耐久性，路面結構長期承受著外界載荷的作用，當路面結構達到設計的累積軸載作用次數(shù)或使用壽命年限而不產生結構破壞，稱該路面結構耐久，否則結構會出現(xiàn)早期破壞。影響結構耐久性的內部因素主要有結構設計和材料的選擇。

1、材料耐久性對路面的影響

（1）各層材料對結構耐久性的影響。公路由路基、基層、面層構成，面層材料的失效只影響到了路面結構，若破壞了可以及時修復，難度不大?；鶎硬牧鲜Р荒苤皇呛唵蔚男迯?，需要開挖基層，重新修筑才能完成，基層材料的破壞對路面耐久性的影響很大。同樣，路基材料的失效更將引起整個結構功能的失效。

（2）混凝土對結構耐久性的的影響。①混凝土的碳化：混凝土的碳化速度主要是受時間的影響，同時還與其他很多因素有關，具體可以根據(jù)相關的經驗公式進行確定。②溫度變化的影響：溫度變化對混凝土結構耐久性有著重要的影響，內外溫度差容易引起路面的開裂。③堿集料反應：堿集料反應的破壞是相當嚴重的，直接影響到混凝土結構內部受力，一旦發(fā)生就難以控制。④化學侵蝕：路面結構內部發(fā)生各種化學反應，朝著路面結構耐久性不利的方向發(fā)展。

2、路面結構設計對耐久性的影響

路面結構設計的內容，主要包括路面結構組合、路面的厚度、材料的選擇等來確定的。材料的性能對路面結構的影響很大，比如說水泥混凝土材料和半剛性基層材料的模量不同，受力也不會相同，因此，耐久極限也會不同，從而在設計的時候，要確保結構的耐久性所采用的結構層厚度也會不同。當路面結構受到外界載荷的長期作用后，若所承受的載荷超過了結構材料的耐久性極限，就會引起公路路面的破壞，影響到了公路路面的使用壽命。從而可見，要確保公路路面結構的耐久性，結構設計至關重要。

二、基于使用壽命的耐久性設計方法與思路

目前關于材料耐久性退化規(guī)律和理論的很多研究尚未完全成熟（碳化、氯離子侵蝕等），不少問題（例如混凝土的堿一骨料反應和凍融循環(huán)等）研究的還很不充分。盡管如此，從工程應用的角度，人們己經能夠利用這些基礎研究成果解決結構耐久性及壽命設計的一些實際問題。在現(xiàn)階段要實現(xiàn)結構耐久性的定量化設計，以材料退化規(guī)律為基礎的方法仍是唯一可能的選擇。以下要討論的基于使用壽命的耐久性設計方法也是以環(huán)境因素作用下的材料及構件性能退化為基礎的。

在直接基于概率原理的耐久性設計方法中是通過對時變抗力及時變環(huán)境荷載的模擬來確定結構的耐久可靠度的。它雖然理論上可行，但由于部分問題尚處于研究階段，且操作過程復雜，又與目前常用的屬于“確定性”的設計方法（但隱含“可靠性”）在操作上有較大差別，不便于推廣使用。因此，提出一種適用于水泥混凝土耐久性的概念明確、計算簡單的確定性設計方法就很有必要了。在使用多年的以半經驗、半概率理論為基礎的承載能力極限狀態(tài)設計方法中是以材料安全系數(shù)來考慮材料性能及計算模式不確定性對于承載力計算結果的影響，由此計算得到的抗力具有相應的保證率，只是這個數(shù)值具體是多少難以確定。2004年頒布的以可靠度理論為基礎的《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTGD62一2004）》中，同樣使用了材料分項系數(shù)來考慮材料性能及計算模式上不確定性，不同之處在于通過大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得到了分項系數(shù)對應的可靠度。這兩種方法在表達及計算過程上都屬于確定性方法。借鑒這個思路，根據(jù)材料性能退化模型，它可以表示為材料及構件等參數(shù)的函數(shù)，通過計算而得到。為了反映使用壽命計算過程中不確定性及離散性因素的影響，可以構建一個類似于材料分項系數(shù)的參數(shù)來確保計算得到的使用壽命有足夠的可靠性。為更清楚認識二者的關系，可以將傳統(tǒng)的基于承載能力極限狀態(tài)的設計方法與基于使用壽命的耐久性設計方法的比較列于表1。

要得到結構使用壽命的分項系數(shù)，除了必須像確定材料分項系數(shù)那樣有大量的基礎性統(tǒng)計樣本外，還需要理論研究的支持。國內目前很缺乏這方面的數(shù)據(jù)及研究，而一些歐洲國家在這方面進行了一些探索。例如，歐洲BILEM的TC13O一CSL委員會在其19%年的報告中認為，在混凝土結構耐久性設計中，可以將時間作為性能和承載功能的一個參數(shù)考慮，總荷載包括環(huán)境對結構的作用，如機械荷載與氣候作用、陽光、溫度變化、水分、污染物等；總性能包括承載力、密實性、裂縫及表面平整度等。該報告首次將統(tǒng)計理論引入實際耐久性設計，在部分安全系數(shù)方法中增加了壽命安全系數(shù)，將性能參數(shù)和耐久性參數(shù)在設計中有機地結合在一起，提出了基于使用壽命的耐久性設計方法。

三、總結

水泥混凝土路面結構耐久性的影響因素很多，需要我們從多方面進行了解，首先應該從設計的角度，根據(jù)公路的等級要求，確定路面結構層所采用的材料和各結構層的厚度，其次，在施工的時候，應該做好質量控制，防止路面開裂或者早期破壞等，再次，做好預防性養(yǎng)護工作，確保路面出現(xiàn)問題了及時進行修護，從而有效的確保路面結構的耐久性，延長公路的使用壽命。如何提高水泥混凝土路面結構耐久性是我們每一個從事公路設計和施工人員需要考慮的。

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