论文发表：水泥混凝土路面表面构造破坏的耐磨处理__墨水学术,论

所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:175

副标题#e#摘要：路面水泥混凝土的磨损过程复杂而影响因素繁多，材料的本身性能、磨损方式及条件甚至环境因素都会影响材料的磨损性能。本文在考虑路面混凝土表面构造特性的基础上，从磨损和方面分析了其破坏机理，并提出了提高混凝土路面耐磨性的措施。
关键词：混凝土路面构造；路面破坏机理；路面磨损

水混混凝土路面以其抗压、抗弯、抗磨损、高稳定性等诸多优势，在我国高等级公路中水混混凝土路面日渐增多，加上一些地域的路基更适合水混路面，使得水混凝土路面科学化施工摆在许多施工单位面前。水泥混凝土路面长期暴露在空气当中，除了承受行车荷载的冲击和碾压作用外，还会受到外界环境的侵蚀、冻融等各种作用，因此，混凝土路面表面构造的破损形式较多。分析破坏机理，研究改善措施，可为避免混凝土路面表面构造过多破坏导致的抗滑性能严重下降，提供必要的技术支持。
1水泥混凝土路面表面构造的特点
混凝土路面表面纹理构造与表层混凝土的性能的耐久性息息相关。表面的混凝土和内部核心混凝土相比，在孔结构特征及物理力学性能上有较大差别。混凝土表面构造的耐久性受到很多因素的影响，但大致可分为外界环境因素和混凝土自身因素。
(1)气温影响。水泥混凝土是体积敏感性材料。混凝土路面直接受大气温度变化的影响而发生温度的日变化和年变化，大气变化的影响随距离路表的深度而逐渐减弱。温度状况随时间和深度的变化，在混凝土中产生温度应力梯度，使得面层混凝土表面构造出现相对于较深处混凝土结构的胀缩变形。这些表面构造的相对变形受到下面混凝土板的整体约束作用，混凝土表面会产生膨胀压应力、收缩拉应力和翘曲应力。
（2）自然环境影响，主要包括以下几个方面：冻融循环，自然界中雨雪、冰冻融解循环作用在混凝土中产生内应力，促使裂缝产生、发展，结构疏松直至产生麻面或整体冻酥脱落；环境水的作用：包括淡水的浸溶作用、含盐水和酸性水的侵蚀作用等，其中含有硫酸盐、氯盐、镁盐和酸性溶液在一定条件下可对混凝土表面产生剧烈腐蚀作用，导致混凝土表面构造的迅速破坏；风化作用：包括外界于湿条件的循环作用。在这种变化幅度大、变化快的地区以及兼有其他破坏因素(例如盐、碱、海水、冻融等)作用时时，常能加速混凝土的风化破坏过程，导致表面构造损失殆尽；碳化作用：空气中的某些酸性气体，如C12、H2S和CO2在适当温、湿度条件下使混凝土中液相的碱度降低，引起某些组分的分解，并使体积发生变化。
(3) 行车作用影响。行车对表面构造的破坏作用包括荷载和轮胎两方面的影响。行车荷载是直接作用在路面结构上的主要外界因素，也是促使路面结构产生损坏的主要肇因。荷载经由轮胎传给路面，轮胎与路面的接触压应力以及轮胎的变形情况对路面表面纹理构造的受力及变形有直接影响。
（4）表面工艺影响。为保证混凝土路面满足抗滑性能的要求，表面一般都做抗滑构造，如拉毛、刻槽、拉槽、露石等形式，不同的表面纹理构造在轮胎荷载下有不同的受力形式，耐久性程度也不同。施工成型工艺(如真空脱水、静压抹面)关系到表层混凝土的水灰比，从而影响其强度。
（5）养护影响。养护工艺对表面构造的影响主要在于养护期间保证强度增长，覆盖洒水养生保证混凝土早期强度形成，以使得混凝土路面在通车后能够有足够的强度承受荷载和抵抗磨耗。
2水泥混凝土路面的磨损机理
水泥混凝土的磨损是个复杂的物理力学过程，除了本身材料性能的影响外，它还与磨损方式及条件关系密切。
(1)粘着磨损
由于路面表面是粗糙构造，在轮胎与路面相互接触时，并非完全接触而是在一些凸出点上首先接触，在法向载荷作用下，接触点的压力很大，接触点的变形将导致凸出的部分被破坏，于是轮胎与路面直接接触，在接触点上的颗粒被粘附到轮胎上。滑动时#p#副标题#e#，粘着点发生剪切和材料的转移，同时，在临近区域新的粘着点又可能形成。所以，粘着磨损的过程可描述为：混凝土路面表面产生相对滑动时发生粘着，粘着点被剪切和转移，然后再粘着、再剪切、转移，最后使得摩擦表面破坏并形成磨屑。因此，粘着磨损的大小与粘着点的剪切位置有关。由此可见，粘着磨损的产生和发展主要取决于接触点的塑性变形、两摩擦表面材料的相互作用性质以及粘结处的变形强化。没有接触点的塑性变形，表面构造不会破坏，就不会发生材料的直接粘着。
(2)磨粒磨损
磨粒磨损是路面最常见的磨损形式，由路面坚硬颗粒楔入相对较软的混凝土表面引起。有些磨粒本身是磨损物的一方，如轮胎在混凝土表面上带着坚硬颗粒相对运动，这些坚硬颗粒被压入混凝土表面产生剪切和犁削作用；而有些磨粒则夹在轮胎与路面之间滚动。前者属二相磨损，后者为三相磨损。一般而言，磨粒磨损程度由接触材料(轮胎)的相对硬度、磨粒(橡胶颗粒、砂浆等)几何形态、路面荷载及磨损距离等决定。
(3)疲劳磨损
混凝土承受的最大法向正应力虽然就在表面上，但最大剪应力却发生在表面以下的次表面层，在受力点前后分别形成压力区和拉力区。由于接触应力的移动和反复作用，混凝土表面不断承受着压应力和拉应力的交替循环，形成周期性扰动。同时混凝土在硬化过程中，由于干燥收缩、温度应力及界面不均匀等原因，将产生许多微裂纹等原生缺陷，而这些原生缺陷成为磨损时循环扰动力的疲劳裂缝引发源，可导致表面裂缝的扩展，最终引起路面表层的局部断裂。当疲劳裂缝扩展后，粗骨料因嵌埋较深不易脱落而砂浆极易脱落。这就是疲劳磨损在混凝土路面中的具体过程。从路面结构和外界条件分析，可分两方面：内因方面，混凝土表面层内存在着原生缺陷；外因在于荷载的反复作用下，在有缺陷处产生应力集中，裂纹就在这些地方产生。
(4)腐蚀磨损
在公路上高速行驶的汽车如遇到路面凹凸不平时会产生负压，在反复负压作用下，混凝土路面会出现类似水工混凝土结构物遭遇含砂水流那样的空蚀效果，形成空洞。事实上，水泥混凝土路面的磨损是以疲劳磨蚀和磨粒磨蚀为主以及几种磨损形式综合作用的结果。如疲劳磨蚀在路面形成许多自表面脱落的粉末和颗粒，进一步导致产生磨粒磨蚀。磨粒磨蚀是路面上移动的车轮带着坚硬的颗粒相对运动且压入混凝土表面，产生剪切、犁削作用或磨粒在车轮与混凝土表面之间滚动，使路表面应力不断变化，反复变形，这又加剧了疲劳磨蚀。
3提高混凝土路面耐磨性的措施　　 
改善路面混凝土的耐磨性能不仅需要提高砂浆或集料单组分的耐磨损性能，限制混凝土中水泥和用水量的最大用量也非常必要。而通过各种手段改善混凝土的断裂和疲劳性能以减少疲劳磨损，更是从根本上提高路面混凝土整体耐磨性能的途径。参照国内外经验，具体措施为： 
　　(1)采用优质的水泥和粗细集料：C3S是硅酸盐水泥矿物成分中耐磨损能力最大的，选择C3S含量较高的水泥；选择较小最大粒径和较大硬度的石料。 
　　(2)在水灰比一定时，选择较小的水泥用量，采用优质减水剂在同水灰比时降低水泥用量；采用矿物掺合料代替部分水泥。 
　　(3)提高混凝土的韧性，采用各种技术提高混凝土的断裂和疲劳性能，降低混凝土疲劳磨损的速度和强度。 
　　(4)提高混凝土的强度，混凝土的抗压强度和耐磨性能成比例上升是公认的结论，但会引起混凝土早期开裂的可能性增加。 
　　鉴于普通水泥混凝土材料组分对其耐磨性能的影响研究已较为深入，且很多地方本身缺乏优质的水泥和集料。以下仅对几种可能改善混凝土耐磨性能的技术进行室内试验，并进行比选工作。
参考文献：
刘猛, 胡灿, 王齐荣, 等. 浅谈沥青混凝土路面的早期破坏与预防措施#p#副标题#e#[J].四川建材, 2009,05.
操川. 水泥混凝土路面板破坏的原因及其防治[J]. 城市道桥与防洪, 2009,08.