浅析旧水泥砼路面病害的成因及处治措施

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摘要：水泥混凝土路面作为目前我国公路主要的两大路面类型之一，其发展趋势及应用前景在未来的一段时间里仍占主导地位，与沥青砼相比，它具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点。但水泥混凝土路面接缝较多，对超载较为敏感，易发生脱空、唧泥、裂缝等先期病害，从而导致路面的破损。为此，本文尝试通过对旧水泥砼路面板唧泥、脱空等砼路面主要病害的分析，并对旧水泥砼路面病害的处治进行了较详细的介绍和分析。

关键词：水泥混凝土路面 病害 机理 加固

水泥混凝土路面在我国已有多年的使用历史,近年来,我国现有的水泥混凝土路面有相当一部分已接近或超过设计年限,随着交通量的增加,尤其是汽车轴载日益重型化,在连续荷载作用下,出现路面损坏,使用品质下降等情况,水泥混凝土路面最严重的病害路面板的断板直至破碎。

一、水泥砼面板的病害形成机理

1、水泥砼面板唧泥、脱空形成主要原因

唧泥和脱空病害的产生有其内在因素和外界因素：内在因素是基层本身的质量、组成以及砼面板接缝状况；外界因素则是汽车荷载和气候变化。我国路面基（垫）层材料一般都选用稳定类集料，其模量远小于砼面层的模量。水泥砼路面在重车荷载的反复作用下，板下基（垫）层将产生累积塑性变形，使砼板的局部范围不再与基层保持连续接触，于是水泥砼路面板底与基（垫）层之间将出现微小的空隙，即出现了板下局部脱空，或称为原始脱空区。同时温度、湿度的变化，以及板内温度的非线形分布，引起板向上或向下的翘曲，加速了板与基础之间的分离，形成板底脱空。脱空的出现又为水的浸入创造了条件，当路面接缝或裂缝养护不及时，雨水从破损处侵入基层，渗入的水将在板下形成积水（自由水）。积水与基层材料中的细料形成泥浆，并沿面板接缝缝隙处喷溅出来，形成唧泥。唧泥的出现进一步加剧了板底的脱空。这样周而复始，恶性循环，最终导致路面的损坏。

2、面板脱空判断方法

1）判断方式

脱空板可采用人工观察法、弯沉测定法等方法来确定。人工观察法是通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情况初步判定脱空。当重车行过，能感到混凝土板有竖直位移时，或下雨之后，有明显唧泥现象的板块，认为是脱空。这种方法的缺点是主观性强，即便是有经验的工程师也不能避免错判、漏判。弯沉测定法是测试板角弯沉，如果超过某一限值，即认为存在脱空。我国交通部行业标准《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ073.1-2001）（以下简称《规范》）中也明确规定水泥混凝土面板脱空位置的确定可采用弯沉测定法。

2）检测方法

主要采用弯沉指标来确定脱空板。首先选取水泥混凝土面板荷载最不利作用位置作为检测点，宜选取横缝及纵缝附近的点。采用两台5.4m长杆弯沉仪及BZZ-100标准轴载(后轴轴载为10t)测定车。检测点分主点、副点。主点位于板横缝前10cm，加卸载。副点在横缝后10cm，无荷载（正常行车方向为前）。将一沉仪置于主点，即测定车的轮隙中间；另一沉仪置于副点处。分别测定主、副点弯沉（按前进方向右轮测试）。右轮处于纵缝30cm左右。在《美国路面修复手册》中规定，凡弯沉值超过0.635mm的，应确定为板块脱空。根据我国公路修建状况和检测仪器的实际情况，有关专家推荐凡弯沉值超过0.2mm的，应确定为面板脱空（详见规范）。在本实验路段，采用双指标控制，即主点弯沉大于0.2mm或差异弯沉（主点-副点）大于0.06mm的，均认为板底可能出现脱空现象。

二、灌浆处治原理

在现有混凝土路面设计理论中，我们把混凝土板看作是小挠度弹性薄板，其假定条件是面板与地基间完全接触（不脱空）。同时混凝土板是一种准脆性材料，抗压强度高、抗弯拉性能差。在正常情况下，面板均匀支承时，无论荷载作用位置，应力都较小。而一旦脱空，板角处由于基础支撑的丧失处于悬臂状态，板内将产生过大的应力、剪力，混凝土板很快达到极限寿命。水泥混凝土面板灌浆是通过注浆管，施加一定压力将浆液均匀注入板底空隙、板下基（垫）层中，以充填、渗透、挤密等方式，赶走板底、基层裂隙中的积水、空气后占据其位置，经人工控制一段时间后，浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体，形成一个良好的"结石体"。灌浆处治改善了板底原有受力状态，恢复板体与地基的连续性。达到加固基础，治理病害的目的。

1、浆体要求

常用的水泥浆材料包括：水泥、粉煤灰、水、外加剂等。将浆体制成7.07×7.07×7.07cm立方体试件，标准养护7d，其抗压强度应到5MPa以上。浆体应具有良好的可泵性、和易性、保水性，浆体过稠不能均匀布满板底空隙，浆体过稀，干缩性大。在施工中，本人认为为防止浆体的干缩，浆液中宜掺加一定量膨胀剂。流动度是影响可灌性的主要因素，一般流动度越高，可灌性就越好。由于在现行规范中未对此做明确规定，参照预制梁板压浆施工经验，采用水泥浆稠度试验漏斗（体积1725ml±5ml），以浆体自由全部流完的时间作为流动度来控制。从试验结果分析，在相同水灰比的情况下，流动性随着水泥与粉煤灰的比例产生变化。同时，粉煤灰比例也影响水泥浆的后期强度。在相同条件下，水灰比越大，则浆体的强度会逐渐降低，因此，不宜采用过大的水灰比；根据上述试验结果，在施工中采用的浆液配比为：水泥：粉煤灰：水：早强剂=1：0.5：0.7+0.5%。在取得大流动性的前提下，保证了浆液的强度。

2、工艺要求

孔位布设一般为3-5孔，应根据混凝土面板尺寸、裂缝状况以及灌浆机械等确定。灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致，一般为5cm左右。灌浆顺序从沉降量大的地方开始，由远到近，由大到小。灌浆压力的控制应视混凝土板的损坏及脱空情况具体确定。当浆液从接缝处或另一注浆孔冒出，就可认为完成该孔注浆,即停止注浆，迅速移至另一注孔继续作业。压力一般控制在1MPa-4MPa之间，并停留3min-5min，效果较好。

三、对水泥砼路面改造的建议方案

目前，国内对水泥砼路面进行改造，基本上选用沥青砼面层结构，实践证明这是对的。但是对于旧水泥砼板块的处理则有不同的办法。从经济性、可行性、结构稳定性等综合考虑，认为对水泥砼路面进行技术改造，宜采用凿除所有砼板块，修补原基层后（原水泥砼板块下边为二灰碎石基层，80年代修建的有石灰土基层），加铺二灰碎石基层给予补强，再铺筑沥青砼面层的“建议方案”，此“建议方案”具有以下几个方面的优点：

（1）节约成本，减少工程量，缩短工期

按照“建议方案”须凿除所有旧的水泥砼板块，这从根本上消除了反射裂缝产生的隐患，在二灰碎石基层上可不再设置AC－10I型细粒式沥青砼找平层和铺设玻纤网。解决了半刚性(柔性)、刚性、半刚性、柔叉混杂的路面结构型式的矛盾，使得现有路面结构与设计理论更加协调、吻合。另外“建议方案”比“方案设计”减少了路面结构层次，且无需做砼板块修补、浇筑、钻孔压浆，可大大减少工程量及多种机械设备的投入，也减少了弯沉检测工作量。

(2)有效控制路面标高

采用“凿除砼板块后加铺18cm厚二灰碎石基层和10cm厚沥青砼面层”的建议方案，路面标高仅增加6cm，有效地控制了路面标高。对沿线桥涵升高，平交道口、过境街道的接坡，横跨公路上空的各种线路、管道的净空高度以及路基加宽的影响很小，在较小范围内花较少的经费就能解决问题。避免了大的社会矛盾和施工干扰，经济效益和社会效益都十分明显。

(3)实现再生利用，保护环境，提高经济性

凿除的砼板块可以再生利用，变废为宝。每公里凿除的砼板块多达2640m3，可当作片石用于砌筑边坡、挡土墙、排水沟等构造物，也可以将其加工破碎后，代替石子作二灰碎石基层的粗骨料使用。