道路水泥混凝土耐久性设计研究

文/曹洋 中国建筑东北设计研究院 北京 110000



道路水泥混凝土耐久性设计研究

文/曹洋 中国建筑东北设计研究院 北京 110000

社会经济的迅速发展在很大程度上带动了道路的建设，为了满足道路使用的需求，还需要加强对道路水泥混凝土耐久性的研究，确保水泥混凝土道路在既定的时间内，既可以保持良好的使用性能，又不需要花费大量的维修保养费用。本文主要针对影响水泥混凝土道路耐久性的主要因素进行深入的分析，探讨相应的耐久性设计方法。

道路；水泥混凝土；耐久性；影响因素；设计

水泥混凝土道路在使用过程中，不仅要承受车辆的荷载，还要受到气候、环境等各方面因素的影响，所以其耐久性取决于很多因素。

1、影响水泥混凝土道路耐久性的主要因素

1.1水泥混凝土道路的材料构成

从水泥混凝土道路的材料构成方面来看，影响水泥混凝土道路耐久性的因素主要包括骨料的级配和品种、外加剂的用量及其品种、水泥的用量、标号及其品种、混凝土的配合比及其强度等。

1.2车轮磨耗

水泥混凝土道路在使用过程重，会受到车辆荷载的反复作用，发生机械磨损。

1.3混凝土碱骨料反应

道路水泥混凝土的碱骨料反应指的是水泥混凝土中，水中可溶性碱，如：钠、钾等，与掺合料、外加剂、水泥等在混凝土孔隙液中溶解，等到混凝土硬化之后，和骨料中可以和碱发生反应的活性成分，如：二氧化硅所发生的化学反应。反应生成物吸收水之后会膨胀，在混凝土内部产生内应力，导致混凝土强度降低、路面开裂等。道路水泥混凝土发生碱骨料反应后，路面就会逐渐出现裂缝，并且随着时间的延长，裂缝会越来越大，最后发展为龟裂，甚至会出现松散、脱皮等情况，严重影响道路的正常使用。为了尽量减轻道路水泥混凝土的碱骨料反应，可以采取以下措施：在水泥混凝土中加入氯化钡、氯化锂等；改善道路排水设施；在水泥混凝土中加入引气剂；在水泥混凝土中加入水淬渣、火山灰质掺合料；减少碱活性骨料的用量等［1］。

1.4水泥混凝土的冻融破坏

水泥混凝土在水化硬结之后，混凝土内部会出现很多毛细孔。在施工过程重，为了保证和易性，将确保水泥水化水量低于混凝土用水量，促使混凝土内部的毛细孔中产生游离水。在温度比较低的情况下，水就会变成冰，很容易损坏混凝土的内部结构。通常来说，在混凝土内部水的冰点温度非常低的情况下，只要毛细孔中的水量低于 90%，那么毛细孔中的空气就会起到很好的调节作用，通过将结冰的水挤入胶凝孔，从而达到减少混凝土内部因膨胀产生压力的目的，避免混凝土内部结构发生损坏。在胶凝孔中水分的温度非常低，且胶凝孔中水分蒸汽压高于同温下冰的蒸汽压时，毛细孔中冰的界面处就会逐渐渗透，从而产生渗透压力。如果水泥混凝土在饱水状态下发生上冻，就会在毛细孔中产生较大的渗透压力和膨胀压力，从而导致混凝土内部发生裂缝。在裂缝的损伤程度达到一定状态时，混凝土的结构就会遭到破坏。为了尽量减轻水泥混凝土的冻融破坏，在降低水灰比的同时，还要在施工过程中加入适量的引气剂，从而在混凝土内部产生微细气孔，从而达到提高水泥混凝土道路抗冻性的目的［2］。

2、路水泥混凝土的耐久性设计

根据国家在2011年12月份颁布的《公路水泥混凝土设计规范》，道路水泥混凝土的结构设计要以行车荷载、温度梯度等综合作用下产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，表达式如下：

在（2）式中，引入水泥混凝土路面结构耐久性设计系数，（2）式可以改写为：

ηp不仅是水泥混凝土道路结构耐久性设计系数，还是可靠度指标β（t）的函数，得出：

具体函数表达式如下：

在（5）式中，β0是指《公路水泥混凝土设计规范》中规定的可靠度指标；βTs是指设计路面结构服役期 Ts年时应有的可靠度指标［4］。根据《公路水泥混凝土路面耐久性分析方法》，按照道路水泥混凝土耐久性研究现有的成果，假设高等级水泥混凝土在使用10年内可靠度指标没有下降的迹象，那么30年后的可靠度指标将会由缘来的β0线性逐渐降低到0.9β0，也就是：

在这个公式中，β（t）是指路面结构可靠度指标随着时间变化的函数，受到环境、结构抗力、结构等各种因素的影响，一般情况下，都按照指数的规律逐渐衰减，衰减规律要根据实地调查结果来确定，公式为：

在（6）式中，α1属于统计参数，根据实地调查结果得出，α2、α3属于材料类型、环境状况、基层类型、面层厚度、结构强度、交通轴载等函数，其中，α2是指路面寿命因子，其大小和路面使用寿命长短成正比，一般在3-15之间。α2是指路面性能衰变模式因子，其大小和路面可靠度衰变模式成正比，一般在0.2-2.0之间。

结语：

随着水泥混凝土道路使用时间的延长，道路的性能也在不断恶化，可靠度和耐久性都在不断降低［5］。所以为了最大限度的延长水泥混凝土道路的使用时间，需要对道路水泥混凝土的耐久性进行科学的设计，建立水泥混凝土路面结构耐久性设计方法。

［1］刘文，李清富，胡群芳.水泥混凝土路面结构耐久性设计研究［J］.郑州大学学报（工学版），2005，04∶66-68.

［2］王硕太，周朱仄，张景生，付亚伟，刘庆涛.道面水泥混凝土耐久性设计参数试验研究［J］.建筑技术，2011，12∶1111-1113+1122.

［3］曲飞.建筑结构的耐久性设计［J］.中国房地产业.2015.7