水泥混凝土路面中過(guò)渡層的聯(lián)結(jié)與破壞分析

(河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院， 河南 平頂山 467000)

0 引言

隨著國(guó)家的進(jìn)步，交通事業(yè)飛速發(fā)展，我國(guó)高速公路總里程已經(jīng)突破了13萬(wàn)公里，公路總里程457.73公里，但是需要養(yǎng)護(hù)的養(yǎng)護(hù)維修的就有446.56公里占總里程的97.6%，這些公路中水泥混凝土路面所占的的比例是最大的。這些水泥混凝土路面中出現(xiàn)路面斷裂，結(jié)構(gòu)受損情況的不占少數(shù)，雖然造成這種情況的原因有許多，造成這些原因的情況也很多。在這些造成路面損壞的情況中有一部分是因?yàn)檫^(guò)渡層發(fā)生了破壞而使路面發(fā)生破壞。過(guò)渡層很薄，但是一旦過(guò)渡層被破壞，水泥混凝土?xí)S著過(guò)渡層破碎的裂縫向路面蔓延，最終導(dǎo)致整個(gè)的路面的破壞。

1 過(guò)渡層的產(chǎn)生與性質(zhì)

如今我國(guó)的公路事業(yè)高速發(fā)展，特別是黨中央提出了一帶一路這個(gè)偉大的戰(zhàn)略思想之后，道路行業(yè)又一次走向了春天。但是，在工程施工中最重要的不應(yīng)該是修建了多少路，而是修建的路是否可以滿足國(guó)家的要求，是否可以讓人們使用的時(shí)間更久，使用的更加舒適。因此本文對(duì)影響路面質(zhì)量的其中一個(gè)因素‘過(guò)渡層’進(jìn)行了分析。

1.1 過(guò)渡層的產(chǎn)生

在鋪設(shè)水泥混凝土路面時(shí)，由于路基存在一定的空隙，在施工人員進(jìn)行水泥混凝土澆筑時(shí)由于水泥混凝土存在自重導(dǎo)致一部分水泥進(jìn)入到路基的孔隙之中。慢慢的，水泥混凝土發(fā)生固化，從而在路面與路基之間形成了這樣一層薄薄的，易碎的結(jié)構(gòu)。硬化后的水泥混凝土是一種典型的水泥基復(fù)合材料。這個(gè)薄層是一個(gè)富水區(qū)域，厚度大約20-100um，該區(qū)域的W/C高，孔隙大，結(jié)晶顆粒大。有時(shí)漿體-骨料邊界存在裂縫，孔隙率隨著離骨料表面距離增大而降低，約是靠近骨料的表面，產(chǎn)生的空隙也就越多。而這層結(jié)構(gòu)就是對(duì)水泥混凝土路面存在極大殺傷了的過(guò)渡層。這層極為特殊的結(jié)構(gòu)的性質(zhì)也極為特殊，它既和水泥混凝土路面的性質(zhì)不一樣，又與路基的性質(zhì)不一樣，就是因?yàn)檫@個(gè)極為特殊的結(jié)構(gòu)層的出現(xiàn)導(dǎo)致了整個(gè)水泥混凝土路面不能在工程師為它預(yù)期的使用壽命之內(nèi)完成自己的使命。因?yàn)檫^(guò)渡層內(nèi)膠凝材料粒子堆積密度較低，從而在界面出現(xiàn)了一種效應(yīng)‘邊壁效應(yīng)’，因?yàn)檫@個(gè)過(guò)渡區(qū)的孔隙率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地基的孔隙率，形成了極易破損的缺陷部位。因此在水泥混凝土施工中認(rèn)為過(guò)渡層是水泥混凝土最為脆弱的連接部位，

1.2 過(guò)渡層的性質(zhì)

過(guò)渡層被認(rèn)為是水泥混凝土路面最為薄弱的環(huán)節(jié)，它的結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度比較低，在受到外界因素的影響下，這個(gè)極為薄弱的區(qū)域非常容易出現(xiàn)破壞，產(chǎn)生裂紋。裂紋極易發(fā)生擴(kuò)散，從而影響了整個(gè)混凝土路面的整體強(qiáng)度。過(guò)渡層對(duì)水泥混凝土路面產(chǎn)生的影響還有許多，他可以降低交界面的粘結(jié)強(qiáng)度，從而從一定強(qiáng)度上降低了水泥混凝土路面的抗拉強(qiáng)度，由于水泥混凝土是一種抗壓不抗拉的建筑材料，因此，這種影響對(duì)水泥混凝土路面是致命的；在集料成分比例不變時(shí)，界面的厚度越大會(huì)導(dǎo)致水泥混凝土的彈性模量下降，并且骨料的體積分?jǐn)?shù)越大會(huì)使過(guò)渡層的彈性模量影響越為強(qiáng)烈；因?yàn)檫^(guò)渡層存在疏松多孔的性質(zhì)，過(guò)渡層的這一性質(zhì)在一定程度上影響了水泥混凝土的擴(kuò)散性和滲透性，不止這些，過(guò)渡層的高空隙率還會(huì)存留對(duì)水泥混凝土有害的物質(zhì)，從而加速了水泥混凝土的損壞。

2 過(guò)渡層的破壞原因

2.1 水泥混凝土的自身收縮

水泥混凝土自身存在一個(gè)特性，在水泥混凝土發(fā)生硬化時(shí)，水泥混凝土的整體會(huì)發(fā)生收縮，因?yàn)榘l(fā)生了這種收縮使得整個(gè)水泥混凝土路面產(chǎn)生了很大的拉應(yīng)力，由于水泥混凝土的抗拉性能有限，當(dāng)這種力達(dá)到極限時(shí)勢(shì)必會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生破壞，將會(huì)從水泥混凝土的表面發(fā)生開(kāi)裂，裂縫會(huì)隨著力的增大而增大，當(dāng)裂縫徹底貫穿整個(gè)水泥混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，巨大的拉應(yīng)力瞬間爆發(fā)，這種巨大的力會(huì)將過(guò)渡層破壞。

2.2 溫度變化的影響

水泥混凝土是一種會(huì)隨著溫度的變化體積發(fā)生變化的建筑材料，這種變化在水泥混凝土路面上由為明顯，在外界溫度發(fā)生均勻降低的時(shí)候，水泥混凝土?xí)a(chǎn)生收縮的內(nèi)力，這種收縮力是十分巨大的，由于路基的在低溫下的收縮遠(yuǎn)沒(méi)有水泥混凝土強(qiáng)烈，因此在巨大收縮力的影響下會(huì)將過(guò)渡層徹底的破壞；不止低溫會(huì)對(duì)過(guò)渡層發(fā)生破壞，溫度升高也會(huì)發(fā)生這種破壞，水泥混凝土?xí)S著溫度的上升發(fā)生膨脹，當(dāng)水泥混凝土路面的上表面溫度升高的比下表面高時(shí)，水泥混凝土板會(huì)向上發(fā)生突起，反之，會(huì)向下發(fā)生突起，水泥混凝土路面的這種變形會(huì)使水泥混凝土路面與路基發(fā)生分離，從而發(fā)生過(guò)渡層的破壞。

水泥混凝土這種材料本身存在的一些性質(zhì)造成了水泥混凝土路面易出現(xiàn)破損，斷面等現(xiàn)象。但是這種情況在一定程度上是可以避免的，水泥混凝土存在熱脹冷縮的現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)這種現(xiàn)象我們可以設(shè)置分隔縫，以減小熱脹冷縮對(duì)水泥混凝土造成的損失。

3 過(guò)渡層的強(qiáng)化和改善

3.1 降低水膠比

水泥混凝土的水膠比與水泥混凝土的性質(zhì)緊密相關(guān)，水泥混凝土的水膠比越低界面處的水膠比越低，孔隙率也就越低。不止這些水膠比的降低提高了水泥混凝土的強(qiáng)度模量，從而降低了過(guò)渡層的破壞幾率。

3.2 摻加礦物摻合料和高效外加劑

在水泥混凝土中加入一些外加劑可以提高水泥混凝土的各方面性能，在水泥混凝土中可以加入礦物摻合料例如：SF，這些礦物摻有一部分可以與水泥發(fā)生反應(yīng)，從而提高了水泥混凝土的強(qiáng)度，還有一些沒(méi)有參加反應(yīng)的可以成為那些界面空隙的填充物，這些都有利于過(guò)渡層的改善；選用有效的外加劑同樣可以改善水泥混凝土的性能，摻入高效的外加劑例如：減水劑。

不止這些可以改善水泥混凝土的性能，選用優(yōu)良的骨料也可以改善這種情況，可以選用吸水的骨料，這樣就可以降低骨料周圍水泥混凝土的水膠比，通過(guò)這種方法就可以改善不利因素，選用水硬活性的骨料也可以做到這些，這種骨料可以在界面處發(fā)生水化反應(yīng)，借用這個(gè)特性從而改善了過(guò)渡層存在的問(wèn)題。同樣，改善混凝土的及制作工藝在一定程度上也可以改善界面的性質(zhì)。

3.3 路基與水泥混凝土層之間放置保護(hù)

在水泥混凝土與路基交界處可以放置一些材料來(lái)防止水泥混凝土路面發(fā)生破壞，在交界處可以鋪設(shè)塑料膜，瀝青等物質(zhì)來(lái)防止因過(guò)渡層發(fā)生破壞而給水泥混凝土路面帶來(lái)的損害。但是這種施工方法并不是隨便使用的，必須對(duì)接觸面進(jìn)行一系列的檢查，設(shè)計(jì)。例如要做到接觸面的干凈，整潔以保證可以讓水泥混凝土路面與路基可以光滑接觸。

4 結(jié)語(yǔ)

改善過(guò)渡層的方式有許多種，例如：為了應(yīng)對(duì)水泥混凝土本身的熱脹冷縮性質(zhì)可以設(shè)置分隔縫；可以從水泥混凝土的配置上做更改，調(diào)節(jié)水膠比；添加礦物摻合料，添加添加劑，更換骨料；在水泥混凝土與路基之間設(shè)置保護(hù)層等方法。如今過(guò)渡層對(duì)水泥混凝土路面的破壞是可以預(yù)防的，方法總比問(wèn)題多，大膽設(shè)想，小心求證，這正是工程人的特點(diǎn)，也凸顯了工程人不怕任何技術(shù)難題的昂揚(yáng)斗志。

[1]谷建義,何小兵,楊慶國(guó),趙朝華,黃鋒. 水泥混凝土路面中過(guò)渡層的聯(lián)結(jié)與破壞[J]. 公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2014,10(05):86-88.

[2]易志堅(jiān). 路面層間破壞分析與設(shè)置隔離層的水泥混凝土路面新結(jié)構(gòu)研究[D].重慶大學(xué),2011.

[3]吳國(guó)雄. 水泥混凝土路面開(kāi)裂機(jī)理及破壞過(guò)程研究[D].西南交通大學(xué),2003.