水泥混凝土路面疲劳特性研究

水泥混凝土路面疲劳特性研究

何辉

江苏大顺园林绿化建设工程有限公司江苏223600

摘要：随着国民经济的发展和社会运输市场的繁荣，公路交通量有了大幅度的增长，同时车辆荷载的日益重型化，载货汽车的超载现象也变得越来越严重。这种现象的不利发展对公路造成的破坏已成为公路早期损坏的重要原因，受到广大公路科技人员和各级主管部门的关注。本文对水泥混凝土路面疲劳特性进行研究分析。

关键词：疲劳性：水泥混凝土路面；分析

引言

水泥混凝土路面具有刚度大、强度高、使用耐久和日常养护工作量小等优点。随着交通事业的发展，国产优质重交通路用沥青逐渐变得短缺，价格不断上涨。这样，水泥混凝土路面在重交通公路中就处于愈加重要的地位。然而，在水泥混凝土路面修筑里程逐年增加的同时，水泥混凝土路面过早损坏也变得越来越明显，许多地区的水泥路面达不到设计使用年限，往往在使用3-5年后即出现错台、断裂等损坏。如河南省境内107国道一些路段于1989年修建，1991年即出现断板，1996年破板率已超过10%，并且满载一侧占总病害的98%；京市东直路、北三环、永内大街的水泥混凝土路面在使用初期的7年内，折断板的数量达到5一6。4%；河南焦作郑常线1991年开始使用的水泥混凝土路面，1995年已出现了严重的损坏，并开始大修处理。混凝土板过早损坏大大增加了路面的养护维修费用，也给运输部门造成了不必要的经济损失。

1国内外研究现状

1.1长寿命混凝土路面的提出

随着社会经济的快速发展，对道路交通服务水平的要求也越来越高。大交通量、重载使得许多路面达不到设计年限就出现了较为严重的早期损坏，不得不进行大修。这不仅增加了道路修建成本，而且路面大修造成的道路拥挤及堵塞也大大增加了用户的使用费用，成为经济发展的瓶颈。为提高路面在寿命周期内的费用效益比，欧美国家的道路工作者提出了长寿命混凝土路面的设计理念，暨永久性水泥混凝土路面，这已成为世界各国研究混凝土路面较为关注的课题。长寿命混凝土路面具有以下特点：（1）在总费用上，其初期修建费用比较高，日常养护费用较少，总费用效益比较大；（2）设计年限达到40年的使用寿命；（3）在损坏模式上，其路面的损坏只发生在表面层，如表面开裂，不存在结构性破坏；（4）在养护维修上，只需要进行日常养护，通过灌缝等来保持路面的使用功能，不需要进行结构性大修。长寿命混凝土路面的设计方法认为，由于混合料疲劳极限的存在，当混凝土底面出现结构性脱空后，在温度和荷载的祸合作用下，会出现断板。目前我国广泛采用的半刚性基层混凝土路面，一般设计寿命为20年。当出现严重的结构性损伤以至于影响正常的道路使用性能时便需要进行大修，由于大修时往往需要基层和面层一起进行重建，不仅投资大，而且维修周期长，对通行车辆影响很大。从寿命周期费用分析的角度来看，这显然是很不经济的。半刚性基层最薄弱的环节是它的冲刷问题，能否克服半刚性基层混凝土路面的这个缺点，修建长寿命的半刚性基层混凝土路面，在我国进行大规模公路建设的今天，己成为急需解决的问题。

1.2疲劳研究现状

基于疲劳模型是研究各类承受循环载荷材料强度损伤发展的工具，道路基层由于长期受到动水压力的循环作用，表现为材料经过一定时间作用后强度下降，所以疲劳模型是研究长寿命路面基层使用状况的重要手段之一。研究材料的使用寿命，必须了解材料的疲劳性能，以此作为理论计算的重要依据。材料在循环应力作用下，微观结构逐渐发生变化，引起微缺陷成胚、孕育、扩展和汇合，导致材料宏观力学性能的劣化，最终形成宏观开裂破坏现象。疲劳损伤在物理形式上是多种多样的，这是疲劳强度和疲劳寿命分析困难的根本所在。目前分析损伤变量有两种途径：（1）微观的或物理的；（2）宏观或微观的。从微观的、物理学的观点来看，损伤是材料组分晶粒从无限寿命设计发展到有限寿命设计，有限寿命设计尚处于完善阶段。目前材料疲劳模型的发展趋势是：（1）宏观与微观结合，探讨从位错、滑移、微裂纹、短裂纹、长裂纹到断裂的疲劳全过程，寻求寿命估算各阶段统一的物理一力学模型；（2）研究不同环境下的疲劳及其寿命估算方法；（3）概率统计方法在疲劳中的应用，如随机载荷下的可靠性分析方法及耐久性设计等。疲劳模型大多应用于水泥混凝土面板的研究，真正用疲劳模型分析道路基层冲刷后强度损伤还从未进行过。

2水泥混凝土路面基层使用状况及破坏机理

水泥混凝土路面基层结构上，基本上以柔性基层、半刚性基层和刚性基层为主要铺筑形势。柔性基层具有变性能力强，抗剪强度大、抗弯拉强度和耐疲劳性好，不易产生收缩开裂和水损坏等优点，但存在整体强度不足，抵抗变形能力差，重复作用下易产生塑性变形累积的缺点；刚性基层具有承载能力强，抗冲刷能力好等优点，但也存在变形协调能力差等不足。半刚性基层具有刚度大，承载能力强等优点，同时也伴随着变形协调能力差、易开裂、抗水损坏能力差等缺点。各种道路基层结构具有各自的特点，我国道路基层主要以半刚性基层为主，从长期的调研中发现半刚性基层最主要的破坏是由于其抗水损坏能力差等原因所致。由于这些不利因素的存在，加速了水泥混凝土路面的早期破坏，致使很多地方的水泥混凝土路面在通车4、5年后就出现大范围开裂、面板断裂等病害，即“4、5年现象”。

3水泥混凝土路面破损程度检测技术的应用

3.1水泥混凝土路面破损程度检测

混凝土路面发生损害的情况主要分为四类，分别为：裂缝病害、松散病害、变形病害以及其他类的病害。其中，裂缝病害的产生是非常常见的，裂缝又分为纵向裂缝、横向裂缝、龟裂等；松散则主要会形成麻面、坑槽这两种较为严重的病害；变形就是车辙或者沉陷问题；其他类主要就是冻胀问题。因此，判断路面损害程度的指标就是破损率，在进行检测过程中，主要是通过工作人员来操作，检测设备是起到辅助作用的工具。因此，检测中会出现很多影响因素，跟人员是有直接关联的，所以，检测技术运用中一定要强化其监测工作，保证检测质量。

3.2水泥混凝土路面平整度检测

3.2.1连续式平整度仪法

这种方法最为主要的特点就是设备相对复杂，但是能够对路面情况进行连续检测，工作效率是非常高的；一般都是通过计算机进行相应的处理，将路面中平整度的相关数据自动显示，同时平整度如果存在偏差，其会通过曲线来展示，这种方法主要是运用在竣工验收阶段进行路面平整度检测以及对相关情况进行数据采集，在一些坑槽严重并且破损较为严重的路面中就不适用。

3.2.2车载式颠簸累积仪法

此方法最大的特点就是检测的结果能够反映出路面舒适性，同时操作上非常简单，也能够实现对监测数据自动收集并且连续检测，但是需要特别注意检测方法的使用，严格地按照相关规范和方式进行操作。这种方法主要是运用在路面质量以及舒适程度的检测上，并不适用于损害较大的路面。

结语

应按照不同类别的病害进行分类治理，运用检测手段对病害进行检查，以求更好地保证水泥混凝土路面病害的治理效果，提升水泥混凝土路面的整体质量。

参考文献：

[1]黄睿.高速公路路基路面早期病害检测及处治技术研究[D].西安：长安大学，2015（5）：19-23.

[2]张通贤.公路路基路面早期病害检测及处治技术[J].交通世界（建养机械），2014（8）：114-115.