一般损坏特性铺面工程学

与沥青路面类似，水泥混凝土路面的性能也包括功能性能和结构性能两个方面。同样，功能性能反映了路面的服务水平，与路面结构的初始平整度以及路面的后期损坏和修补状况有关；而结构性能反映了路面的损坏及其发展状况，反映了路面的服务潜力。

路面的结构性能会随着行车荷载和环境因素的作用而不断退化，如图9-12所示［10］。路面使用初期的状况优良，断板率（开裂板板块占路段总板块数的百分比）的增加十分缓慢，当荷载作用到达一定次数（图中3×106次和4×106次）后，断板率急剧增长。随着断板率和变形等其他病害的增加，路面的平整度和行驶舒适性下降，路面的总体使用性能也随之下降。

图9-12　混凝土路面断板率随标准轴载作用次数的增长

路面开裂、变形等结构性能的变化影响其表面特性，继而影响其功能特性。有关文献对此进行了详细的阐述［10］。如图9-13所示，波长小于0.5 mm的表面，称为路面的细构造（细纹理），它与水泥砂浆和粗集料的表面粗糙度有关，为轮胎面提供附着力，有助于路面的抗滑能力；波长为0.5～50 mm的表面称为粗构造（粗纹理），通过拉毛、刻槽等措施在混凝土表面形成的细沟槽则处于这一范围，它能为路表水从快速滚动的轮胎胎面下迅速排除提供通路，以增加雨天高速行车的安全性；波长50 mm～0.5 m的路表不平整称为宏构造，一般由路面施工或路面材料不均匀造成；波长1 mm以上的粗构造和宏构造，都会使滚动的车轮轮胎产生较大的噪声；波长0.5 m～50 m范围的路表面起伏成为不平整，它直接影响行车的舒适性和经济性。路表面的细构造和粗构造是保证行车安全所必需的，而宏构造和不平整则不利于使用性能，应尽量减少。

图9-13　路面表面不平整特性与轮胎或车辆间的相互作用

1.损坏特性

1）断裂类［8，10］

断裂类损坏包括纵向裂缝、横向裂缝、板角（角隅）断裂、交叉裂缝和破碎板等（图9-14、图9-15）。这些裂缝的宽度随时间和荷载的反复作用而逐渐变大，并在裂缝边缘出现剥落。断裂的进一步发展是一般出现两条以上的交叉裂缝，并进一步断裂成三块以上的破碎板。裂缝的出现是由于板内的应力超出了混凝土的强度或疲劳强度。混凝土板的断裂破坏了路面结构的完整性，使其承载能力迅速降低。在断裂出现的初期，裂缝对路面行驶舒适性一般没有很大影响，但随着裂缝的进一步发展，特别是出现破碎板后，可能严重影响路面的平整度。

图9-14　角隅裂缝　

图9-15　交叉裂缝和破碎板

2）变形类

由于软弱地基或路基、基层填料压实不足而出现沉降、沉陷变形，或者由于季节性冰冻地区路基的冻胀，造成混凝土路面的沉陷或隆起，或者高温造成混凝土路面材料膨胀受阻，造成横缝两侧的数块混凝土板的屈曲失稳突然出现向上拱起现象。这类变形不严重时，造成路面的行驶质量下降；变形严重时，会在路面中造成附加应力而导致路面板出现断裂。

3）接缝损坏类

接缝损坏包括接缝料损坏、边角剥落、唧泥、脱空与错台。

接缝料损坏是指填缝料剥落、挤出、老化和缝内填料脱落（图9-16）。

边角剥落（图9-17）是指临近接缝60 cm内，或板角15 cm内，混凝土开裂或成碎块脱落，一般因为填缝料损失后缝内落入坚硬杂物阻碍了膨胀，胀缝内滑动传力杆排列不正或不能正常滑动而造成，通常并不扩展到整个板厚。

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图9-16　接缝料脱落　

图9-17　边角剥落

图9-18　唧泥　

图9-19　错台

唧泥是指荷载作用板发生弯沉时，水和细料、泥浆在轮载的作用下从接缝或裂缝中喷出（图9-18）。在重载的重复作用下，板边缘和角隅下的基层由于塑性变形累积而同混凝土面板底面脱离接触；路表水的下渗造成脱空区内水分的积聚。轮载的作用、路面板的弯沉使脱空区内的水受到挤压，造成水的高速流动；高速流动的水将对基层形成冲刷而形成泥/灰浆，并沿接缝/裂缝喷溅出来。唧泥的产生扩大了脱空的区域，使板边缘、角隅更大范围的混凝土面板失去支撑。所以，在水泥混凝土路面设计时，应严格限制基层中的细料和泥灰含量。

错台是指在接缝或裂缝两边出现高差（图9-19）。在唧泥的发生和发展过程中，高速水流冲刷基层形成的泥浆或灰浆一部分从接缝/裂缝中喷出，一部分冲抬并积滞在（行车前进方向的）后方板的板底区域，使该板抬高，而前方板则因板下基层被冲刷、脱空而下沉，错台由此形成。错台的出现，使路面的行驶舒适性降低，并诱发混凝土板的断裂。

4）表面损坏类

表面损坏类包括坑洞，表面纹裂与表面剥落。坑洞是指面板表面上的凹洞，通常直径为2.5～10 cm、深为1.3～5.0 cm。坑洞一般由施工质量差或混凝土材料中夹带朽木、纸张和泥块等杂物，或某些车辆的金属硬轮或掉落硬物的撞击，以及冻融循环和膨胀性集料的联合作用等因素引起。表面纹裂（图9-20）与表面剥落（图9-21）是指路面表面有网状浅而细的裂纹或表层的剥落。

图9-20　表面纹裂　

图9-21　表面剥落

2.耐久性

混凝土的耐久性一般是指其抗渗性、抗冻性和抗侵蚀性。混凝土路面的设计寿命一般为30年，考虑其耐久性尤为必要。原材料质量是保证混凝土耐久性的基础，所以构成水泥混凝土的原材料必须满足要求。水泥作为混凝土的胶结材料，必须满足自身的耐久性和标号要求；碎石作为骨料必须具有足够的强度，其压碎值、针片状含量、含泥量、有机质含量、级配等指标均应符合要求；砂作为级配组成的重要材料，应满足规范的要求。

施工时，应保证混凝土的级配满足设计要求，并充分捣实、压实。还需要采取适当的养生措施，并保证充分的养生，尤其是在气温高、湿度小、风速大的条件下，因表面水分蒸发快，极易形成干缩裂缝。

北方冬季在路面上撒布除冰盐或融雪剂等材料时，或当地的酸雨比较严重时，容易造成碱骨料反应。碱骨料反应也叫碱硅反应，是指混凝土中的碱性物质与除冰盐、融雪剂或酸雨中的活性成分发生化学反应，引起混凝土骨料膨胀而开裂的现象。碱骨料反应通常取决于几方面的条件，首先是水泥和/或骨料中含碱量高，其次是活性成分和潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。碱骨料反应的出现严重影响了混凝土路面的耐久性，实践中应特别注意避免。