温度因素对道路水泥混凝土板块的影响.doc

1、温度因素对道路水泥混凝土板块的影响摘要：分析了温度因素对道路水泥混凝土板块破坏的影响，针对广东的气候条件和道路实际使用情况提出了混凝土路面缝线施工及维修养护的重要性。 关键词：温度因素混凝土路面缝线维修养护 中图分类号：U416.216 文献标识码：A 随着我国经济建设的迅猛发展，首先解决道路交通问题已成为大家的共识，我国第十一个五年计划提出了要解决村村通公路的问题，可见道路建设必将是在较长时间内兴旺的行业。而当前适应我国经济发展的路面工程当然不会是过去的泥结碎石等简易路面，而是使用寿命较长的沥青路面或水泥混凝土路面，由于沥青路面部份材料仍需进口，造价较高，水泥混凝土路面的材料均属地方材料，所

2、以水泥混凝土路面仍是道路工程的首选。研究各种环境因素对道路水泥混凝土路面的影响及时化解其对路面的危害，延长路面的使用寿命是道路建设者义不容辞的使命，下面仅就温度因素对道路水泥混凝土板块的影响提出一些探讨性的看法。一、就整条道路而言，水泥混凝土路面自浇筑之日起始终处于收缩状态，温差引起混凝土板块的胀缩，仅在缩缝间进行。 让我们先从搅拌后的混凝土至凝结、硬化这一过程谈起，搅拌后的混凝土由于水泥遇水起水化反应。而产生水化热，使混凝土内部产生绝热升温，绝热升温的值可用下面公式算出： T1=(1-e-mt) 式中：T1绝热升温值（） mc每 m3 混凝土的水泥用量（kg/ m3） Q水泥水化热量（J/k

3、g） C混凝土的比热（J/kgk） 混凝土的质量取 2400kg /m3 e常数，取 2.718 m与水泥品种、挠捣温度有关的经验系数，取 0.20.4 t混凝土浇筑后至计算时的天数 现以一般 C40 混凝土路面用 42.5 普硅水泥，水化热 Q=461J/kg，水泥用量 350kg/ m3，可计算出混凝土自搅拌后至凝结硬化时（取 t=1 天）的绝热升温值为： 取 C=0.96m=0.406 则 T1=(1-e-mt)=（1-2.718-0.4061）=23.39 但混凝土路面并非处于绝热状态，其路面表面不断与空气进行热交换，混凝土的入模温度，又受当天气温影响，各令期混凝土内部实际最高温度可按

4、下式算出： Tmax=T0+T1t 式中：Tmax混凝土内部实际最高温度 TO混凝土的入模温度 T1混凝土的绝热升温 t各令期混凝土的降温系数见表 1 表 1：各龄期混凝土降温系数（板厚 1m 以内） 龄期(天) 3 6 9 12 15 18 21 降温系数 t 0.36 0.29 0.17 0.09 0.05 0.03 0.01 由上式及表 1 可分别算出夏天及冬天混凝土龄期为一天时的内部最高温度。 夏天：TO 取 40Tmax=40+23.390.36=48.42 冬天：TO 取 30Tmax=30+23.390.36=38.42 广东地区夏天的最高气温约在 3640左右，就是说即使在夏天

5、最炎热的天气，其最高气温与混凝土内部的最高温度比较仍属负温差，混凝土从凝结硬化时的最高温度降至气温温度是处于降温状态，所以混凝土路面从一开始就处于降温收缩状态。这是对整条混凝土路面而言的。 混凝土路面凝固、结硬的初期其抗拉强度是很低的，为了避免路面板由于收缩拉裂而出现不规则的裂缝，需要及时地将路面切割出规则的缩缝（一般每 5 米一条）使其在缩缝位置上收缩，待混凝土内部温度降至常温后，混凝土路面即受日（年）温差的影响，其缩缝间板块即可在缩缝范围内账缩，使整条混凝土路面处于完好的使用状态。可以想象，日温差较少，缩缝间板块伸缩量较少，缩缝宽度的变化亦较少，年温差较大，缩缝间板块伸缩量较大，缩缝宽度变

6、化亦较大。只要缩缝内保持中空状态，没有杂物填塞其空间，缩缝始终能容纳板块的伸缩变化，不会妨碍板块的伸缩运动。 二、由于缩缝受环境污染，无法长期保持中空状态，杂物不断堵塞其空间，而使缩缝失去了容纳板块伸缩作用，而使板块伸缩受阻。 缩缝若敞露在空间不给予封闭，会受到路面的粉尘、泥砂、碎石的侵入、堵塞，使缩缝失去容纳板块伸缩的作用。另外敞露的缩缝会受到雨水的渗入，若路面基层是非刚性或弱刚性的基层，则在雨水及行车的作用下会引起唧泥现象，雨水把路基材料带走而把基层部份掏空，进而改变路面板块的受力状态，会引起路面板块的局部断裂。所以缩缝必须用填缝料堵塞，加以封闭，阻挡泥砂及水的侵入。问题的关键是填缝料能够

7、完满完成这一任务吗？下面的分析可以回答这一问题。 我国的汽车运输条件与发达国家相比，轿车较少，货运卡车较多，而货运卡车中集装箱车辆较少，绝大多数是敞开式车厢卡车，这些卡车在公路上洒泥相当严重，特别是运输土、砂石、煤灰等粉尘与颗粒时，不少颗粒物洒到路面上，在车轮的带动下这些颗粒物会压向密封层使填缝料受到挤压、切割，有资料显示，就算用橡胶条对缩缝进行密封，23年后就被嵌入的砂石切成条带状，嵌缝条失效，失去密封功能。至于现场灌入的树脂类、胶泥类、沥青类灌缝材料，其粘结力，抗硬物嵌入能力。均不甚理想，正常使用年限仅为 23 年，以后就遂渐破坏、失效。这样，几年之后缩缝就会被砂石逐步填满，使缩缝间的路面

8、板热胀时不能伸长，导至缩缝间板块在热胀时相互挤压，使板块产生挤压应力，这种挤压应力会使混凝土板块产生压缩徐变。 三、长时间的压缩徐变，加上雨水侵入使路面基层受到损坏，使路面在设计使用期之前提前破坏。 混凝土的徐变与加荷应力（对缩缝来说是挤压应力）有关，当加荷应力相当于混凝土抗压强度的 00.4 范围内时，徐变与加荷应力成正比，当加荷应力大于 0.4 抗压强度时，徐变随加荷应力的增长而急剧增大，当加荷应力超过 0.75 抗压强度时，混凝土变形加速，混凝土产生新的微细裂缝，且新老微细裂缝不断扩展、加宽、互相贯通，直至混凝土破坏。混凝土的压缩徐变变形与混凝土在没有外力状态下的干缩变形是同时发生的，其

9、总变形可用下式计出： = （1+t） 式中总变形 t徐变系数，对室外普通混凝土 t=2 E混凝土的弹性模量（N/mm2） 从上式可算出，当荷载在 0.75 抗压强度时的总变形值 以 C40 路面混凝土为例，取 E=3.25104 = （1+2）=0.0027 5m 长的混凝土板块的总变形量为 0.00275000=13.5mm 就是说 5m 长的板块受到挤压应力而使板块产生压缩徐变及干缩变形，当其压缩变形达到 13.5mm 时，板块即破坏。 混凝土路面常年受到大气温度的影响而伸缩，其伸缩量可用热膨胀系数算出，佛山地区全年最大温差约为 t=30，则 5m 长的混凝土板块的最大伸长量为 50001

10、0-530=1.5mm（取混凝土的热膨胀系数为 10-5） ，由于缝线堵塞而无法伸长，相当于该混凝土板受到挤压，其总压缩量（徐变变形加干缩变形）为 1.5mm/年，板块的压缩变形的限值为13.5mm，则可算出由徐变和干缩因素引起板块破坏的年限为 13.51.5=9年，加上缩缝填料密封失效期为 3 年，那么混凝土路面的寿命仅为 12 年。实地观察水泥混凝土路面投入使用后至板块破坏的情况一般在投入使用后 15 年左右就发现边角碎裂现象，这与上述计算期有出入，原因是填缝料密封失效后，缝线并不是立即被泥砂塞满，而是需要一个过程才能被车轮或雨水带动的泥砂塞满，所以寿命期有所延长，这一个过程要视路面的环境

11、情况而定。高速公路由于要收费，限制了一些污染大的汽车（如拖拉机、泥头车等）进入，且对路面维护较重视，其寿命延长就长一些，一般县级公路污染较大，路面维护较差，其寿命延长就短一些。但总的来看混凝土路面的使用寿命期一般在 1520 年左右，混凝土路面的设计寿命期一般为 30 年，而实际使用寿命期只达到设计寿命期的，这足以引起我们的思考，专业人事在分析原因的时候多数认为是汽车超载引起的，其实压缩徐变引起的破坏因素是不可忽视的。 通过上述分析，反过来说明对混凝土路面的缝线设计、施工和使用期的维修的重要性，如何找到更好效果的填缝密封材料，如何在施工缝线时做到精心施工，都是很重要的，尤其是在使用期间对缝线的维修更不能忽视，目前对缝线的维修还未引起维修部门的重视，大多数只对板块断裂、下沉进行整块铲除重浇，如破烂严重则采取整条路面加铺面层的措施。如果能够做到对缝线及时地进行经常性的维修养护，那么整条道路的使用寿命可以延长许多年，维修费用可大幅度降低。 参考文献： 建筑施工计算手册江正荣编著，中国建筑工业出版社，2004 年 混凝土手册 （第一分册）王异、周兆桐主编，吉林科学技术出版社，1985 年 公路水泥混凝土路面施工技术规范实施与应用指南傅智、李红编著，人民交通出版社，2003 年