寒區混凝土路面病害分析

蓋曉連，王成程，張榮華，趙 磊

(哈爾濱石油學院 土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 凍害機理分析

(1)路基底部的水分向上聚集，冰結冰后膨脹，形成路面裂拱，原路面出現斷板現象。寒冷地區結冰期間，冰穿透了路面材料和路基土壤。路面結構的凍結作用會引起間隙水的膨脹，在失去粘性的粗糙集料上形成分凝冰；在路面粗糙的集料中出現集料松弛現象。

(2)道路兩側的積雪會影響路基溫度差，使道路的中心比兩側凍結得更深，道路的不均勻霜可能與道路橫截面施加的彎矩相同，這樣會使拉伸應力過大，并且會產生縱向或彎曲的裂紋。當裂縫橫跨路基流，將會嚴重影響道路的耐用性。

(3)霜凍現象將導致冬季路面發生變形。降低路面的平坦度，增加路面的裂縫發生，產生不均勻的霜凍主要是因為以下四個原因:①與一維凍結過程的不穩定性有關，在一維霜的土性和環境條件的影響下發展成多維度凍結；②地下土壤凍脹靈敏度的差異，包括水的有效性；③溫度場的差異；④地形或土壤結構及性質等各方面的不同。

2 寒冷地區凍害影響因素

2.1 水泥混凝土路面分析

(1)氯鹽破壞

黑龍江等地區位于寒冷的地區，降雪量豐富，給道路運輸帶來了沉重的負擔。大部分都采用以“氯鹽”為主要成分的無機溶解劑，通過噴灑來降低冰雪的溫度并使之融化。導致路面混凝土大面積腐蝕損傷大部分原因是因為除雪劑在雪水融化后，有害氯離子滲入混凝土。

融化的耐久性周期與使用融化劑引起的氯離子遷移，形成了融化和熔融劑結合引起的侵蝕破壞，進一步基于路面混凝土的耐久性破壞。其明顯的特點是，混凝土路面的表面剝落程度比簡單的凍融侵蝕損傷更嚴重，因此，大范圍的拱門和殼脫落，混凝土越來越松散，暴露出粗糙的骨料，鋼筋混凝土路面容易引起內部流入的暴露和腐蝕。

(2)水分凍結

隨著我國寒冷地區道路行駛距離的增加，水泥混凝土路面結構凍融造成的損失正在增加，凍融作用下混凝土的破壞機理一直作為研究課題廣泛開展。凍融周期導致混凝土斷裂的形式取決于結構的類型、位置、水分狀態等。

①水的凍結壓力

從物理原理可以看出，在不太高的溫度下水通常只有兩相。因為混凝土抗拉強度最高可達5 MPa，為了防止水在-10 ℃處固定，材料必須抵抗100 MPa的壓力。單靠材質本身就很難阻止水的凍結，因為水的凍結壓力比材質固有的強度大很多。路基被水的凍結壓力壓壞的可能性就大了，所以我們在用材方面應考慮到用什么樣的材料來解決水的凍結壓力。

②混凝土中水的結冰

凍害現象會隨著混凝土凍融周期的不同也會有所不同。混凝土第一次凍融后，一般經過每個凍融周期的輕骨料混凝土，溫度下降到0 ℃，隨著溫度下降膨脹的增加，凍害也很嚴重，最后還剩下很大的殘留變形。這種現象不能用水的相變來解釋。一般來說，水的體積會0 ℃時迅速增加，但結冰后會出現熱收縮現象，溫度下降時體積會減少，水泥混凝土在負溫度條件下發生膨脹，該膨脹會隨著溫度的降低而增加。

③粗骨料中水的結冰

混凝土凍害因素中粗骨料起著非常重要的影響作用。在同一個水紋維持不變條件下，由于選擇不同的粗糙骨料，浮動額差異很大。混凝土路基中由于粗粒料孔徑大、透水性好，因此，使路基機構中充滿孔隙水，當外界溫度達到負溫時水體積急速結冰膨脹，從而導致路面機構破壞。

2.2 瀝青混凝土路面凍害分析

(1)車轍

瀝青混凝土路面常見病害主要是車轍，因此降低路面平整度，易引發交通事故，當車轍達到一定深度時，易引起車輛水箱積水，發生汽車滑行，造成交通事故。而車轍主要是由于路面設計不當或車輛過載嚴重造成的。影響瀝青路面車轍深度的主要因素有：瀝青混合料油石比例過大；表面磨損過大；雨水侵入瀝青混凝土內部；地面有不穩定的中間層，道路向一邊推，形成波浪形車削。

(2)瀝青路面的松散破壞

路面松散是直接影響駕駛安全的路面疾病。松散可能會出現在整個路面表面，也可以出現在局部區域，但通常由于車輛駕駛而在車輪區域更加嚴重。主要原因包括:①局部地下層和底基層不均勻沉降導致路面損壞；②碎石含有風化顆粒，水侵入，引起瀝青剝落。

(3)瀝青路面基礎的沉降破壞

基礎的沉降破壞是瀝青路面變形中常見的一種，主要出現在挖方和填方交點處。常見原因：①因為土質排水不暢，且路基底部濕潤，形成不均勻沉降，導致路面部分下沉；②當不能適應日益增長的交通量，容易發生疲勞破壞；③路基或基層的強度達不到設計強度時，在大荷載作用下路基或基層結構強度不夠而被破壞，從而引起不均勻沉降；④橋頭堡路面變形不均，與頂板不平，導致沉降。

(4)Rutting破壞

Rutting是在行駛的重復載荷下，由于鋪裝層結構和底座的補充壓縮，結構層材質側向位移累積的永久變形。Rutting是一個變形類，表示深度大于1.5 m的道路上沿車輪痕跡產生的垂直帶狀凹槽。Rutting是一個帶狀凹槽，通過重復行車載荷，鋪裝路面由永久變形積累形成。

2.3 瀝青混凝土路面結構層分析

(1)鋪裝層

根據層面位置及其作用，鋪裝層結構可以分為三個主要級別:裝飾層、基層和墊層。有些路只使用飾面層和底基層兩層結構，另一些只使用一個飾面層。為路面排水做路拱。通過住宅、風景名勝區和療養院的路特別注意灰塵，減少噪音。

(2)涂層

可分為磨損層和關聯層。為了提高路面的抗滑性能，可以防止路面磨損和泄漏，使用年限、中低級表面通常使用堅硬的碎石作為磨損層，而高級或低級表面通常使用瀝青石混合、瀝青混凝土、瀝青砂等作為磨損層。

(3)基層

基層位于涂層下方，可承受涂層傳遞的車輪的垂直壓力，并平均分布在下方的墊子或托基上。基層材質必須具有足夠的強度、水穩定性和漫射載荷的性能。常用材料是由碎石、碎石、碎石、天然碎石、各種石灰、水泥或瀝青穩定處理材料和渣、煤渣、硬質鈣渣、粉煤灰和其他工業廢棄物以及相同的土壤、沙子和石材組成的混合物，以及低級水泥混凝土。在交通繁忙的道路上，需要再鋪上兩層基層。下層叫底層，可以利用廉價的當地資料。上層叫頂層，要使用強度高的材料。

(4)墊層

墊層是位于基層和土基層之間的結構層，以改善土層的水溫狀態，提高土層的強度，防止路面上不均勻的霜凍和倒灌，并防止路基土壤滲入基層，從而影響其穩定性。為了阻止地下水的上升和地表水的滲透而設置的墊層，通常稱為隔離層。同時，具有儲水和排水效果的墊層也稱為排水層。用作防止或緩解道路不均勻霜凍的墊層，稱為防凍層。軟墊材料必須具有良好的水穩定性，以及所需的透水或隔熱性能。

3 結束語

綜合寒區病害問題，我們必須在道路、路基結構和組成方面開展，并加快研究適合寒區使用的道路修復材料，將繼續深入研究公路修復后結構層的工作機理從而，提高寒區道路的耐久性、舒適性。