道路水泥混凝土耐久性設(shè)計(jì)研究

文/曹洋 中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院 北京 110000

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道路水泥混凝土耐久性設(shè)計(jì)研究

文/曹洋 中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院 北京 110000

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展在很大程度上帶動(dòng)了道路的建設(shè)，為了滿足道路使用的需求，還需要加強(qiáng)對(duì)道路水泥混凝土耐久性的研究，確保水泥混凝土道路在既定的時(shí)間內(nèi)，既可以保持良好的使用性能，又不需要花費(fèi)大量的維修保養(yǎng)費(fèi)用。本文主要針對(duì)影響水泥混凝土道路耐久性的主要因素進(jìn)行深入的分析，探討相應(yīng)的耐久性設(shè)計(jì)方法。

道路；水泥混凝土；耐久性；影響因素；設(shè)計(jì)

水泥混凝土道路在使用過(guò)程中，不僅要承受車輛的荷載，還要受到氣候、環(huán)境等各方面因素的影響，所以其耐久性取決于很多因素。

1、影響水泥混凝土道路耐久性的主要因素

1.1水泥混凝土道路的材料構(gòu)成

從水泥混凝土道路的材料構(gòu)成方面來(lái)看，影響水泥混凝土道路耐久性的因素主要包括骨料的級(jí)配和品種、外加劑的用量及其品種、水泥的用量、標(biāo)號(hào)及其品種、混凝土的配合比及其強(qiáng)度等。

1.2車輪磨耗

水泥混凝土道路在使用過(guò)程重，會(huì)受到車輛荷載的反復(fù)作用，發(fā)生機(jī)械磨損。

1.3混凝土堿骨料反應(yīng)

道路水泥混凝土的堿骨料反應(yīng)指的是水泥混凝土中，水中可溶性堿，如：鈉、鉀等，與摻合料、外加劑、水泥等在混凝土孔隙液中溶解，等到混凝土硬化之后，和骨料中可以和堿發(fā)生反應(yīng)的活性成分，如：二氧化硅所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)生成物吸收水之后會(huì)膨脹，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低、路面開(kāi)裂等。道路水泥混凝土發(fā)生堿骨料反應(yīng)后，路面就會(huì)逐漸出現(xiàn)裂縫，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，裂縫會(huì)越來(lái)越大，最后發(fā)展為龜裂，甚至?xí)霈F(xiàn)松散、脫皮等情況，嚴(yán)重影響道路的正常使用。為了盡量減輕道路水泥混凝土的堿骨料反應(yīng)，可以采取以下措施：在水泥混凝土中加入氯化鋇、氯化鋰等；改善道路排水設(shè)施；在水泥混凝土中加入引氣劑；在水泥混凝土中加入水淬渣、火山灰質(zhì)摻合料；減少堿活性骨料的用量等［1］。

1.4水泥混凝土的凍融破壞

水泥混凝土在水化硬結(jié)之后，混凝土內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)很多毛細(xì)孔。在施工過(guò)程重，為了保證和易性，將確保水泥水化水量低于混凝土用水量，促使混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔中產(chǎn)生游離水。在溫度比較低的情況下，水就會(huì)變成冰，很容易損壞混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。通常來(lái)說(shuō)，在混凝土內(nèi)部水的冰點(diǎn)溫度非常低的情況下，只要毛細(xì)孔中的水量低于 90%，那么毛細(xì)孔中的空氣就會(huì)起到很好的調(diào)節(jié)作用，通過(guò)將結(jié)冰的水?dāng)D入膠凝孔，從而達(dá)到減少混凝土內(nèi)部因膨脹產(chǎn)生壓力的目的，避免混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。在膠凝孔中水分的溫度非常低，且膠凝孔中水分蒸汽壓高于同溫下冰的蒸汽壓時(shí)，毛細(xì)孔中冰的界面處就會(huì)逐漸滲透，從而產(chǎn)生滲透壓力。如果水泥混凝土在飽水狀態(tài)下發(fā)生上凍，就會(huì)在毛細(xì)孔中產(chǎn)生較大的滲透壓力和膨脹壓力，從而導(dǎo)致混凝土內(nèi)部發(fā)生裂縫。在裂縫的損傷程度達(dá)到一定狀態(tài)時(shí)，混凝土的結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞。為了盡量減輕水泥混凝土的凍融破壞，在降低水灰比的同時(shí)，還要在施工過(guò)程中加入適量的引氣劑，從而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微細(xì)氣孔，從而達(dá)到提高水泥混凝土道路抗凍性的目的［2］。

2、路水泥混凝土的耐久性設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)家在2011年12月份頒布的《公路水泥混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》，道路水泥混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要以行車荷載、溫度梯度等綜合作用下產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，表達(dá)式如下：

在（2）式中，引入水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)系數(shù)，（2）式可以改寫(xiě)為：

ηp不僅是水泥混凝土道路結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)系數(shù)，還是可靠度指標(biāo)β（t）的函數(shù)，得出：

具體函數(shù)表達(dá)式如下：

在（5）式中，β0是指《公路水泥混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的可靠度指標(biāo)；βTs是指設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)服役期 Ts年時(shí)應(yīng)有的可靠度指標(biāo)［4］。根據(jù)《公路水泥混凝土路面耐久性分析方法》，按照道路水泥混凝土耐久性研究現(xiàn)有的成果，假設(shè)高等級(jí)水泥混凝土在使用10年內(nèi)可靠度指標(biāo)沒(méi)有下降的跡象，那么30年后的可靠度指標(biāo)將會(huì)由緣來(lái)的β0線性逐漸降低到0.9β0，也就是：

在這個(gè)公式中，β（t）是指路面結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)隨著時(shí)間變化的函數(shù)，受到環(huán)境、結(jié)構(gòu)抗力、結(jié)構(gòu)等各種因素的影響，一般情況下，都按照指數(shù)的規(guī)律逐漸衰減，衰減規(guī)律要根據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果來(lái)確定，公式為：

在（6）式中，α1屬于統(tǒng)計(jì)參數(shù)，根據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果得出，α2、α3屬于材料類型、環(huán)境狀況、基層類型、面層厚度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、交通軸載等函數(shù)，其中，α2是指路面壽命因子，其大小和路面使用壽命長(zhǎng)短成正比，一般在3-15之間。α2是指路面性能衰變模式因子，其大小和路面可靠度衰變模式成正比，一般在0.2-2.0之間。

結(jié)語(yǔ)：

隨著水泥混凝土道路使用時(shí)間的延長(zhǎng)，道路的性能也在不斷惡化，可靠度和耐久性都在不斷降低［5］。所以為了最大限度的延長(zhǎng)水泥混凝土道路的使用時(shí)間，需要對(duì)道路水泥混凝土的耐久性進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，建立水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法。

［1］劉文，李清富，胡群芳.水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)研究［J］.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2005，04∶66-68.

［2］王碩太，周朱仄，張景生，付亞偉，劉慶濤.道面水泥混凝土耐久性設(shè)計(jì)參數(shù)試驗(yàn)研究［J］.建筑技術(shù)，2011，12∶1111-1113+1122.

［3］曲飛.建筑結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)房地產(chǎn)業(yè).2015.7