混凝土路面断板的原因与处治

发布时间：2022-10-05 10:08 热度：

　　摘要：目前高级路面主要有两大类型，沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，其各有优点和不足。在上个世纪我国的公路路面以往一直以沥青路面为主，自从20世纪90年代以来，我国水泥混凝土路面的发展速度明显加快。伴随而来的是各种水泥混凝土路面特有的公路病害，其中尤以路面断板最为突出。本文以水泥混凝土路面断板的分类入手，分析其产生原因，对预防与修复进行研究并提出了可行性方法。

　　关键词：混凝土路面 断板 修复

　　作为高级路面两大类型的沥青混凝土路面和水泥混凝土路面各有其优点和不足。我国的公路路面一直以沥青路面为主。由于沥青资源有限，沥青含蜡量高，用于重交通的道路石油沥青大量依靠进口。20世纪90年代以来，根据我国的资源条件和公路事业发展需要，水泥混凝土路面的发展速度明显加快。在水泥混凝土路面修建技术不断提高的同时，也出现了一些开裂、断板、塌陷等病害，给养护、修复造成很大困难。而且断板病害尤其突出，已成为公路工程的通病之一，笔者经过分析研究，制定以下措施加以预防和处治。

　　一、水泥混凝土路面断板分类

　　水泥混凝土路面断板按其损坏程度分为：

　　(一)、轻微断裂：裂缝无剥落或轻微剥落;未封缝的裂缝宽度小于3mm;已封整的裂缝宽度不限，但封缝良好。

　　(二)、中等裂缝：裂缝处有中等程度剥落;未缝的裂缝宽度为3~25mm;已封缝的裂缝无剥落，但填缝料明显损坏，板被分割成3块以上，裂缝损坏在中等程度以上;有错台，裂块已开始活动。对于断裂板要采取适当的措施处理。

　　二、水泥混凝土路面断板原因

　　温度应力与荷载应力超过混凝土的抗弯拉强度时，水泥混凝土路面板就会产生断裂并发展为断板。下面将早期开裂断板和使用期开裂断板的原因作以下分析：

　　(一)早期开裂断板原因

　　1.原材料不合格

　　(1)水泥稳定性羞，强度不足。(2)砂和碎石的含泥量及有机质含量超标。

　　2.基层标高失控和不平整

　　(1)基层标高失效，造成路面厚度不一致，难以承受拉应力而开裂。

　　(2)基层不平整会大大增加其与混凝土界面的摩阻力，易在路面薄弱处开裂。

　　(3)松散材料处理基层标高失控或不平整时，上层混凝土拌和物的水分或砂浆会下渗或被基层吸收，使下部混凝土变的疏松，强度下降。

　　(4)基层过于干燥，吸收混凝土拌和物中的水分，使底部混凝土失水，强度降低，导致开裂。

　　3.混凝土配合比不当

　　(1)单位水泥用量偏大。(2)水灰比偏大。(3)施工中计量不准，从而影响其初期强度。(4)长期在阳光下曝晒的干骨料，会大量吸收拌和物用水而影响水灰比的准确性，影响混凝土强度。

　　4，施工工艺不当

　　(1)搅拌时间不足，振捣不密实。

　　(2)混凝土拌和时，如果水泥或集料温度过高，在冷却、硬化过程中会因温差收缩加大，导致开裂。

　　(3)混凝土浇筑间断，再浇筑时未进行施工缝处理。

　　(4)切缝不及时。

　　(5)施工车辆过早通行。

　　(6)采用真空吸水工艺时，如果因两吸垫之间未重叠而导致漏吸，则漏吸处水灰比较两侧大，混凝土强度较低，收缩也大，易形成薄弱环节而开裂。

　　(7)传力杆安装不当，上下翘曲。

　　(8)在日温差较大的季节和地区，混凝土表面修整过程中，根避免阳光直射，整修后要及时覆盖养生，防止混凝土白天过多升温，造成夜间降温时收缩过大。

　　(二)使用期开裂、断板原因。

　　1.设计不当

　　(1)路面厚度偏薄。

　　(2)板块平面尺寸设计不当。

　　(3)混凝土原材料的配合比不当，混凝土产生集料反应或抗冻融性差等耐久性问题。

　　(4)排水设计不当。

　　2.超重车的影响

　　由于交通运输业的迅速发展，大吨位车辆逐年增多，单轴轴载比原设计计算轴载增加几倍，由于轴载等效换算系f=(pi/po)16，即超限轴载与标准轴载换算成16次方关系，所以超载和超限车的增加是水泥混凝土路面使用期开裂断板的重要原因。

　　3路基不均匀沉降

　　路基不均匀沉降主要发生在：填挖相交断面处。软弱地基、失陷性黄土以及采空区、陷穴等特殊路段。桥涵、构造物附近压实机械难以施工的部位。路基不同填料的界面或层面。压实度不足的部位。

　　4.基层失稳

　　(1)施工质量不好，强度不均匀或较低，当受到的弯拉应力大于水泥混凝土板强度时既发生断裂。

　　(2)面层接缝填料失效，板的弯沉使空隙内的积水变成有压水，侵蚀冲刷基层，并沿接缝缝隙喷出，即产生唧泥，在荷载作用下板发生断裂。

　　5.排水不良

　　(1)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)裂隙水或边沟水等渗入路基、基层和底基层，冬季冻胀时使路面产生纵向开裂。

　　三、水泥混凝土路面断板预防措施

　　针对上述造成水泥混凝土路面断板原因的分析，经过多年研究和实践，采取一些预防措施，可减少断板数量，延长水泥混凝土路面的使用年限。

　　(一)早期开裂、断板的预防

　　1.合格的原材料是保证水泥混凝土质量的必要条件

　　(1)禁止使用稳定性差的水泥，不同标号.不同厂家、不同种类、不同批产的水泥严禁混合使用，尽量采用发热量少、收缩量小的硅酸盐道路水泥或普通硅酸盐水泥。

　　(2)集料(砂、碎石)含泥量超标时应更换料源，选择合格的，含泥量较少材料，或将其认真冲洗至达到要求方可使用，对有机质含量起标的集料应严格禁止使用。

　　2.基层标高，平整度的控制

　　(I)严格控制基层顶面标高，确保水泥混凝土路面板厚度的均匀一致。

　　(2)水泥混凝土路面平整度要求控制基层平整度，可采取加铺塑料薄膜等方法减少水泥混凝土路面板与基层的摩阻力。

　　(3)对于标高不足的基层应坚央返工重做，禁止采用抛撒松散基层材料填补标高的方法，

　　(4)加强基层养护工作，保持基层湿润状态，直至浇筑水泥混凝土路面板。

　　3.严格控制水泥混凝土配合比

　　(1)按实验水泥混凝士配合比准确配料;单位水泥用量要精确称量误差直要控制在1%以内。

　　(2)集料的含水量要及时实验取得，控制适宜的用水量，保持水灰比准确;为减少用水量改善和易性可使用合适的外掺剂;用水量误差不超过1%，外加剂控制在1%以内。

　　(3)电子称或其他精度准确的配料机械设备集料称量误差控制在3%以内。

　　4.施工工艺的控制

　　(1)水泥混凝土配合料的拌和时间要根据机械性能准确掌握，最长拌和时间不应超过最短拌和时间的3倍;震捣应均匀密实，避免漏振或超振。

　　(2)控制砂石含泥量;加强水泥质量的复检，特别是水泥的安定性;控制好施工水灰比。

　　(3)水泥混凝土混合科拌和时，若集料温度过高，应采用降温措施后再配料拌和。

　　(4)水泥混凝土路面施工开盘前，要仔细检查发电机、振动粱、运输车辆等机具设备，确保其完好。对于气候突变、停电.停料等情况，应提前做好准备工作，调整工序，暂停面板施工。重新铺装时应按施工缝处理接缝。

　　(5)重视水泥混凝土面板养生，呆用优质养护剂，或湿法养护，不要采用没有覆盖物仅洒水的养生方法。

　　(6)及时切缝，根据施工现场气温及水泥品种试验确定最早切缝时问，切缝深度为水泥混凝土板厚的1/3至1/4，不宜切缝太浅或太深，剩余断面部分能吸收由于高温产生的内应力。

　　(7)控制交通车辆，避免在混凝土强度不足的条件下，过早开放交通。

　　(8)采用真空吸水工艺时，一定要注意两吸垫之间重叠足够尺寸，避免漏吸。

　　(9)正确安装传力杆，肪止上下翘动，浇筑下一块水泥混凝土板时要按设计要求安设塑料套管和涂沥青隔层。

　　(10)在昼夜温差较大的季节或地区，要合理安排作业时间，避开中午高温段;水箱加盖水管掩埋降低水温;缩短作业时间;及时覆盖养生，防止大风吹干拌和料;以保证温度变化不致太大。

　　(二)使用期开裂、断板的预防

　　1.设计要与交通发展相一致

　　(1)在水泥混凝土路面厚度、平面尺寸的设计计算阶段，应充分考虑交通发展状况，准确调查交通量及运输车辆的发展状况，避免因设计厚度偏小，平面尺寸不合理，在设计使用年限内由于交通量的快速增长或重载车辆增加造成面板提前破坏。

　　(2)选用适合当地环境条件的原材料，注重材料的冻融性和耐久性。

　　(3)设计全面的排水系统，确保地表水.地下水不会对路基、路面造成侵蚀破坏。

　　2.依法治路，严格控制超限车辆通行。

　　3.路基质量的控制

　　(1)路基压实质量要求达到规定的实度值和弯沉值，保证路基有足够的、均匀的强度;

　　(2)排水设计应完善，并要充分考虑地下水对路基稳定的影响。

　　(3)路基填筑中，不同类型的土壤应分层填筑，避免土壤类型在路基上的突变造成沉降不一致，影响路面板结构性能：

　　(4)对于填挖交界、半填半挖结合处应按路面板的要求进行特殊设计，施工中要对路槽以下部分进行处理：

　　(5)对于路基不稳定，特殊软弱土基、湿陷性黄土、采空区、滑坡等路段，应避免采用水泥混凝土路面，其它特殊路基应经过特殊处理后方可进行水泥混凝土路面施工。

　　4.路面基层质量的控制

　　水泥混凝土路面不要求基层有很高的强度，最重要的是基层强度的均匀性、稳定性要好。

　　(1)基层应尽可能采用水泥稳定基层，严格控制细料，以增加基层水稳性防止唧泥。

　　(2)建立验槽制度，确保基层厚度一致，保证强度均匀。

　　(3)采用厂拌法拌和基层材料，确保拌和均匀和配料准确。

　　(4)按照设计要求，保证基层的密实度。

　　5.及时采取措施，封缝微裂缝，如灌注环氧树脂等。

　　6.加强养护工作，对排水系统中发现的问题及时处理，避免形成较大的危害。

　　7.桥涵施工过程中，应结合桥面铺装，认真处理好路桥结合部位，防止不均匀沉降。

　　四、断板的处理与修复

　　断板的处理，根据其损坏程度不同需分别对待。处理断板的方法分为裂缝修补、局部修补、整块板更换三种。

　　(一)裂缝修补

　　对于轻微断裂，裂缝无剥落或轻微剥落，裂缝宽度小于：3mm的断板，采用灌入粘结剂的方法进行修补。

　　1.粘结剂材料

　　粘结荆材料有聚胺脂，聚硫环氧树脂、甲凝、环氧树脂(6106、6343，618等品种)、日产BI-GROUT等高分子树脂工程材料。

　　(1)聚胺脂灌缝料：为双组分A组为多元醇和二异氰胺脂的预聚体;B为固化剂，A、B二料可采用100：27比例配成聚胺脂灌缝料，抗弯拉强度达6. 5MPA，适宜灌宽缝。这种材料的特点是潮湿界面以及碱性界面处，能与界面紧密结合沿伸性好耐老化。

　　(2)聚硫环氧树脂灌缝料：采用聚硫橡胶：环氧树脂=16： (2～16)，配成聚硫环氧树脂灌缝料，其抗拉强度可达 32MPA，用于灌窄缝。特点是能改善环氧树脂的耐老化性能和脆性。

　　(3)甲凝灌缝料：由甲基丙烯酸甲脂(亲水剂)、过氧化二苯酰(引发剂)，二甲基苯胺(促凝剂)、对甲苯亚磺酸(除氧剂)六种材料组成，采用配合比为主剂：增塑剂：亲水剂：引发剂：促凝剂：除氧剂=100ml：25ml：20ml：1.5g：2ml：lg。在材料不易采集的情况下，也可采用简化配方，其配合比为主剂：引发剂：促凝剂：=100：2：2 5。配置顺序：先将主剂、增塑剂、亲水剂按比例依次混合，然后加入除氧剂、引发剂最后加入促凝剂，待混台液呈枯黄色，即可进行灌缝。抗拉强度达57—70Mpa，适于灌细缝。特点是粘度小，收缩性小，耐酸碱、油等。

　　(4)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，采用配合比为胶结剂、稀释剂、增韧剂、固化剂、填料=100：40：10：8：300，填料视缝隙宽度掺加。

　　(5)BL-GROUT高分子牯结剂：为双组份，A组为主剂，B组为固化剂，A、B二料采用2：l的比例配成灌缝料，抗弯拉强度达6.5 Mpa，适宜于灌宽度为3mm左右裂缝。特点是粘度小，收缩性小，耐老化和延伸性好。但要求裂缝结合界面干燥。

　　2.裂缝修补工艺

　　粘结剂灌入方法分为：直接灌入法、喷嘴灌入法、钻孔灌浆法、注射器注射法。

　　(1)直接灌入法：适用于施工中产生的混凝土收缩裂缝。在未通车前，一旦发现混凝土板出现裂缝，可用聚硫环氧树脂材料等直接灌注。

　　(2)喷嘴灌入法：适用于通车路段冬季修补裂缝，操作工序：清缝.埋设灌浆嘴封闭裂缝.配灌缝材料.灌浆.加热增强。

　　a)清缝：采用压缩空气配特制喷嘴，用细铅丝小钩子掏除缝隙中的泥土等杂物。

　　b)埋设灌浆嘴封闭裂缝：灌浆嘴一般约30(：M设一个，用按l：2配比的松香和石蜡加热熔化粘住裂缝，再用胶布将缝口贴好，并涂上松香和石蜡。

　　c)配灌缝材料：根据缝口宽窄及要求开放通车时间选用适宜的灌浆材料及配比混合调匀倒入小铝锅中。

　　d)灌浆：将配制好的灌浆材料倒入有机玻璃管注射器或其它特制的灌浆器中，宜在30-40分钟内用压力将灌缝科由各灌浆嘴中灌入缝中，至灌满将要顶动上面的胶布为止其上宜加一层水泥浆或砂浆抹面并喷养护剂，使表面颜色一致。

　　e)加热增强：一般宜用红外线灯或装有60.100W灯泡的长条形灯罩，在已灌浆裂缝在加温，温度控制在50.60度，加热1.2H，即可通车。

　　(2)钻孔灌浆法：可用于非冬季修补裂缝。

　　a)沿裂缝用冲击电钻打一排直径为15ram的孔槽，一形成一带状槽;

　　b)用压缩空气喷枪深入槽内清除混凝土残屑：

　　c)向孔槽内添洁净的小碎石(直径5.10mm)：

　　d)沿孔槽灌浆;

　　e)用乳胶拌和水泥覆盖装饰槽口;

　　f)用红外线灯加热l一2小时，促使灌浆料强度增加，即可开放通车。

　　(3)注射器注射法：此法适用于通车时间短、裂缝内杂物少，较清洁、干燥，裂缝宽度在3mm左右的路面断板修补。

　　a)清缝：采用空气压缩机配特制喷嘴吹干净缝隙，并用细铅丝小钩子充分掏除缝隙中的泥土等杂物：

　　b)配灌缝材料：将小包装主剂与固化剂按2：l比例掺配。一般小包装为lkg5昆合剂分A桶主剂0 67kg和B桶固化剂0.33kg二个桶装，操作时只需将固化剂直接倒入主剂中，搅拌至颜色均匀即可。

　　c)注射器注射：使用50ml医用注射器抽入混合剂，对准插入缝隙注射，由中线向两边逐点注射，直至缝隙填满。若先注射段落渗入较多，应及时补注至饱满，若15min内不再渗入，则可认为已注满缝隙，整个缝隙注射完成后，撒少许干水泥拌砂混合料覆盖，3h后即可开放通车。该操作应在配料开始90min内完成，否则材料将凝固无法使用。

　　(二)局部修补

　　板面局部断裂损坏，进行小块缪复时，应视板面断裂损坏程度不同分两种方式修补：

　　1.裂缝有轻微剥落的，先画线放样，按画线范围开凿成深约5—7cm 长方形凹槽，刷洗干净后，用快凝小石子混凝土填补。

　　2.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，水平间距30-40cm。每个洞应先将其周围润湿，插入一根直径18-20mm、长约20cm的钢筋，然后用快凝水泥砂浆填塞捣实，等砂浆干硬后浇筑混凝土，捣实至与路面平即可。

　　3.整块板更换

　　对于严重断裂，裂缝处有严重剥落，有错台或裂块已开始活动的断板，应采用整块更换的措施。切不可用沥青砼进行填补压实，砼路面与沥青砼路面颜色不一致，会给司机一种错觉，在高速行驶的公路上易发生交通事故。

　　由于基层强度不足或渗水软化，以及路基不均匀沉降，造成混凝土板断裂成破碎板用混凝土预制块或条块石换补。对于路基稳定性差，沉降没有完全结束的路段，采用预制块换补断板，对基层也要求采用水泥稳定结构层。修补块的缝隙宜用水泥砂浆或沥青橡胶填满，以防渗水破坏。采用重新浇筑新的水泥混凝土面板时，若采用常规材料修复或更换，则养护期长，影响交通，因此应采用快凝材料。

　　五、小结

　　近几年经过水泥混凝土路面断板的原因和处治措施的深入研究，总结出了上述对水泥混凝土断板预防和处治的措施，可减少断板数量，延长水泥混凝土路面的使用年限，提高行车的舒适性。