水泥混凝土路面耐久性思考(张起森)范例.ppt

水泥混凝土路面耐久性思考 长沙理工大学 张起森教授 清华大学 廉惠珍教授 2005年06月 问题的提出 主要包括： 结构耐久性问题（如抗磨性、抗冲击韧性、抗冻性、抗渗水性、耐钢筋锈蚀性、耐腐蚀性、耐碱集料反应等耐久性问题） 水泥砼路面问题 结构耐久性问题 （1）在世界范围内，不少砼工程仅在服役了约三、四十年左右便进入老化期，为此而进行的大修或更换不但造成巨大经济损失而且引发了严重社会问题。 （2）许多发达国家每年花在建筑维修的费用早就超过了新建费用，如英国1978年的砼建筑维修费上升到1965年的3.76倍，1980年的维修费占总费用的2/3。美国联邦公路署1989年提交给美国国会的一份报告《国家公路和桥梁现状》指出，积压着有待维修的桥梁需花费1550亿美元。美国每年用于砼工程的维修费则高达300亿美元，由除冰盐引起钢筋锈蚀而限载通车的公路桥梁已占全部桥梁的1/4。 （3）我国进行大规模土建工程建设的时期还非常短，但工程耐久性问题已暴露得非常突出。如我国第一座城市立交桥北京西直门立交桥只使用了19年就到了非拆不可的地步，天津中环路上的桥梁仅仅使用了约15～16年后，已有一些需要大修或更换的。山东潍坊辛沙公路上的白浪河大桥地处盐碱地区，建成使用不到十年，现已发生主筋保护层大片剥落、主筋截面锈蚀缺损，必须报废重建。虎门大桥的部分引桥桥墩，由于施工质量问题，钢筋笼偏置，造成一侧的砼保护层不足，建成仅5年就因钢筋锈蚀引起表层砼胀裂。80年代建造的贵州遵义红军纪念塔大型砼雕塑群，在酸雨作用下，已出现砼表面坑蚀、骨料外露和砼沿钢筋纵向开裂、保护层剥落等现象。即使像北京人民大会堂或北京展览馆这样显赫的建筑物，也不能逃脱钢筋严重锈蚀后翻修加固的厄运。 水泥砼路面问题 水泥混凝土路面在我国应用已有多年历史。它的较大规模应用可追朔到58年我国大跃进年代，但水泥混凝土路面的现代化建设则是近十几年开展起来的。 水泥混凝土路面作为一种主要路面结构形式，以其使用年限长，不易损坏，养护简便等优点，自90年代以来，在我国取得了飞速发展，水泥混凝土路面修建技术不断提高。但是，水泥混凝土路面产生的开裂、断板、错台、沉陷等病害，使混凝土路面的使用寿命大大下降，路面完好率受到严重影响，如京沪高速公路济泰段，由于病害影响，现已全面白改黑。 水泥混凝土路面的破坏并不是都因强度不足引起的，路面板损坏90％以上是从边角开始，其主要是因为水分从接缝处下渗，把面板下各结构层泡软、冲散，使面板处于不连续支持状态；或石子从接缝处进去，形成支点，把面板顶翘坏；或者由于面板日夜上下反复翘曲变形等原因。这些问题并不是仅通过提高砼强度能得到解决的，而是必须通过加强抗磨性、抗冲击韧性、抗冻性、抗渗水性、耐钢筋锈蚀性、耐腐蚀性、耐碱集料反应等耐久性设计来改善 在此，主要结合水泥砼材料特性对水泥砼路面早期开裂病害进行原因分析并针对影响水泥砼路面耐久性的因素对耐久性设计问题进行讨论 水泥砼路面早期破坏问题 经铺筑装备和技术的大规模引进、消化和吸收，我国水泥混凝土路面的施工质量与技术已日趋接近国外先进水平。然而，我国建成的水泥混凝土路面早期断板开裂的现象仍然严重。在建成后的一年质保期内就发生严重开裂的现象，在全国各地并不少见。我国水泥混凝土路面病害的主要特征为先开裂后断板。 以下是京珠高速公路某施工标段路面早期开裂典型实例。该路段的路面施工完成后约半年，沿纵向接缝的两旁发生大量纵向连续裂缝，局部有横向裂缝。经现场观察，裂缝累积长度约占施工标段总长的70%。在浇灌环氧胶进行修补后一个月，裂缝宽度仍在继续扩展。现场情况详见照片 施工方技术负责人介绍，本单位为创优质工程的业绩，在该路段的路面施工中采用了高于施工标书要求的质量控制目标，内定的混凝土弯拉强度目标为6MPa以上，实际都在6. 5MPa左右。没有想到，唯独在他们的施工标段内发生了这样大面积的开裂质量事故，令他们无论如何想不通！ 水泥砼的变形特性 主要包括： 普通水泥混凝土典型受拉变形曲线 水泥混凝土的受力变形规律 水泥混凝土硬化早期的变形规律 普通水泥混凝土典型受拉变形曲线 水泥混凝土的受力变形规律 （1）强度标号的影响 混凝土的强度标号越高，其初裂点E对应的应变越大；但强度标号超过C50/C55后，初裂点对应的应变反而逐渐变小。即强度标号的影响存在一拐点：过高的强度标号，反而会使混凝土的初裂应变减小；用弯拉应力描述，就是混凝土发生初始裂缝前的可弯曲挠度较小（脆性较高） （2）集料粒度的影响 粗集料的平均粒径减小，其初裂点E对应的应变越大。即减小集料的粒径，混凝土发生初始裂缝前的可弯曲挠度较大（脆性较低） 水泥混凝土的受力变形规律 （3）聚合物外加剂的影响：在水泥