道路水泥混凝土结构设计

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摘要:近几年，我国道路建设工程大都是以沥青道路为主，相比之下，水泥路面的应用范围并不大，道路总里程增长速度慢，其原因在于现阶段我国水泥混凝土路面的使用情况上存在一定的缺陷，往往无法达到预期的使用年限。在一些重要交通干道上，水泥混凝土路面也很容易出现破损，经常在应用数年内就出现一定的损坏。在实际应用中，也没有表现出水泥材料的长寿命、高承载能力以及良好的耐用性方面的特点。本文介绍了道路硅酸盐水泥混凝土路面结构设计中的一些问题和要点，希望可以给相关设计工作的开展提供一些参考。

关键词:硅酸盐水泥；混凝土；结构设计；加铺层

现阶段我国水泥路面出现的质量问题主要表现为由于板底脱空所导致出现的开裂问题以及由于接缝处理不当问题所产生错台，这两个问题如果不能在设计当中加以解决，则很容易在后续使用中存在一定的质量问题。本文针对道路硅酸盐水泥混凝土材料的特点进行了分析，之后说明了水泥混凝土路面在结构设计当中的一系列要点，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

1道路硅酸盐水泥材料的特点分析

1.1碱含量低在正常情况下，路面工程施工中应用的硅酸盐水泥材料的碱含量需要控制在0.6%以内，如果碱含量超出这个值，则会由于混凝土材料当中的活性骨料和混凝胶土当中的碱形成碱骨料反应，造成相应的吸水膨胀问题，在降水天气下，材料可以由于吸水而膨胀到原来的3倍或以上，直接造成混凝土结构的开裂，这个现象是难以控制的，同时也会加快内部结构的破坏。所以道路硅酸盐水泥材料的第一大特点就是碱含量低。

1.2游离氧化钙含量低路面施工应用的硅酸盐水泥材料的游离氧化钙成分需要低于1.8%，在受到水化反应时，游离氧化钙会直接生成氧化钙，造成的体积膨胀会接近100%，在内部会形成膨胀应力，游离氧化钙含量越高，该反应就越强，对道路的抗拉强度的影响十分严重。另外，道路水泥石也会出现形变。对于普通的硅酸盐水泥来说，则无此指标要求，保证整体安定性达到相应的指标即可。

1.3矿物质的构成道路硅酸盐水泥对于其中的铝酸三钙和铁铝酸三钙含量都有一定的要求，具体来说，要求铝酸三钙的含量不能高于5%，而铁铝酸四钙的含量要达到16%以上。从这些物质的特点上来看，铝酸三钙的水化速率高，会产生较高的水化热，虽然在早期会达到较高的强度，但是由于后期强度增长速度缓慢，所以总强度数值并不高，甚至会产生强度倒缩问题，水化放热现象的产生也会导致水泥石的开裂。相比之下，铁铝酸四钙材料有良好抗冲击能力和耐磨性，所以其中的矿物质达到上述规格，才能更好地适应于具体使用要求。

2水泥混凝土路面设计要点

现阶段国外对于综合疲劳损坏作用的设计方法主要为经过标准轴载进行计算、温度梯度的平均值来对应力进行预测以及设计过程中结合平均温度以及荷载所形成的应力，进而算出综合疲劳影响。我国所推行的路面设计规范当中采用的则是结构厚度的设计方式，该设计方式是基于相应的确定性来开展设计，在确定了材料、结构以及环境和交通等等多项参数的基础上，结合结构分析成果，这样就可以得到设计使用期内可以满足于控制疲劳断裂要求的整体结构厚度，从而满足于相应的使用要求。这样的方式虽然在设计阶段看似合理，但是在后期的施工以及道路养护过程中，材料性质都无法避免地发生变异，材料的尺寸和形状都会发生一定程度的改变，混凝土道路路面的力学性质以及相应的使用性能也并非是一个恒定值，所以实际使用情况和设计过程中的预测情况会产生一定的偏差，因此需要变更设计方法和相关规范。水泥混凝土路面结构在时间和空间上都会存在一定的不确定性。举例来说，路面材料的强度会随使用时间的延长而出现衰减，但是其具体的使用环境和交通负荷并不是恒定的，有一定的随机性；从空间上来说，材料自身的性能水泥混凝土路面的结构上，所面临的荷载并非是完全相同的。这些问题主要由三个因素构成：其一，路面结构设计存在一定的变异性，在不同的区域内，道路结构的性能以及荷载条件都会有所区别；其二，对交通荷载情况的预测并不能完全保持准确性，如轴载换算过程出现的误差，同样地，对于交通总量的增长率的估算也可能会出现误差；最后，设计方法可能无法和实际情况完全相符合，在一个完整的道路工程设计过程中，会应用到多次假定计算和近似值计算，这些失误积少成多，就很可能会对整体结构的运行情况形成误差。

3水泥混凝土路面设计中的问题

3.1结构结合设计

3.1.1土基和基层。对于混凝土路面工程来说，土基处于基础地位，如果在设计和施工阶段无法保证路基的均匀性和稳定性，路面工程整体质量就没有保障。路基并不仅仅单纯地决定路基部位的质量，更会对路面工程的质量形成影响。举例来说，如果土基部位稳定性较差，在自然因素的作用下，就会出现温缩裂缝，出现变形问题，从而导致土基出现不均匀沉降，受此影响，面层板之间也会形成不均匀支撑问题，底部形成超过其自身承载力的应力，破坏整体结构。所以需要在设计上，保证土基具有相应的稳定性，达到预设的使用强度，可以和路面之间实现较为紧密的接触，不会因为荷载以及气候因素而结构的形状和强度，对于土基的形态来说，则要保证平整性，如有需要可以设计出一定的坡度。在水泥混凝土道路基层的结构上，最为重要的指标和参数就是抗冲刷能力。如果基层表面的耐冲刷能力不足，在渗水情况下，就会出现积泥的问题，长期使用中还可能会发展为板底脱空问题，形成错台。这些问题的存在会在道路表面表现为不平整，大大影响行车舒适度，会让板的断裂发展速度进一步加快。所以这样看来，如果需要提高接缝部位的传荷能力，则需要从保证基层质量入手。从外部因素来看，道路工程的交通荷载也是积泥和错台问题出现的重要影响要素，不同类型的基层抗冲刷能力上也会有一定的区别，和基层用料的类型、细料的含量密切相关。3.1.2混凝土面板。轮载作用于板中部时所产生的最大应力约为轮载作用于板边部时的2／3，但是采用厚式路面会给土基和基层的施工带来不便，而且在厚度变化转折处易引起板的断裂。因此，设计时常采用等厚式断面，或在等厚式断面板的最外两处板边部配置钢筋

3.2加铺层设计

3.2.1分离式混凝土加铺层。当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为中或次，或者新旧混凝土板的平面尺寸不同，或者接缝形式或位置不对应，或路拱横坡不一致时，应采用分离式混凝土加铺层。分离式混凝土加铺层的接缝形式和位置按新建混凝土面层的要求布置。加铺层可采用普通混凝土、钢纤维混凝土、钢筋混凝土和连续配筋混凝土。3.2.2组合式混凝土加铺层。当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良，面层板的平面尺寸及接缝布置合理，路拱横坡符合要求时，可采用组合式混凝土加铺层。采用铣刨、喷射高压水或钢珠、酸蚀等方法，打毛清理旧混凝土面层表面，并在清理后的表面涂敷粘结剂，使加铺层与旧混凝土面层结合成整体。加铺层最小厚度为25mm。3.2.3沥青加铺层。当旧混凝土路面的损坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良或中时，可采用沥青加铺层。接缝传荷能力评定等级为中时，应根据气温、荷载、旧混凝土路面承载能力、接缝处弯沉差等情况选用减缓反射裂缝的措施。沥青加铺层的厚度按减缓反射裂缝的要求确定。高速公路和一级公路的最小厚度宜为100mm，其他等级公路的最小厚度宜为70mm。

4结论

其实综合看来，现在我国投入使用的大多数路面在使用寿命上，都是很难达到设计值的，可以说在每年，都要进行相当大的路面结构维修工作，这些工作的修复工作不仅仅会产生额外成本，也会对路面交通产生一定程度的影响，在一定程度上损害了道路建设的社会效益。在设计工作中，需要遵循科学化和合理化的设计原则，应用合理的设计理论和相关方法，这样才能不保证道路工程的使用年限。本文结合道路硅酸盐水泥材料的特点总结了其在道路设计当中的一些注意事项，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

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作者:于宏军 单位: