道路水泥混凝土結構設計

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摘要:近幾年，我國道路建設工程大都是以瀝青道路為主，相比之下，水泥路面的應用范圍并不大，道路總里程增長速度慢，其原因在于現階段我國水泥混凝土路面的使用情況上存在一定的缺陷，往往無法達到預期的使用年限。在一些重要交通干道上，水泥混凝土路面也很容易出現破損，經常在應用數年內就出現一定的損壞。在實際應用中，也沒有表現出水泥材料的長壽命、高承載能力以及良好的耐用性方面的特點。本文介紹了道路硅酸鹽水泥混凝土路面結構設計中的一些問題和要點，希望可以給相關設計工作的開展提供一些參考。

關鍵詞:硅酸鹽水泥；混凝土；結構設計；加鋪層

現階段我國水泥路面出現的質量問題主要表現為由于板底脫空所導致出現的開裂問題以及由于接縫處理不當問題所產生錯臺，這兩個問題如果不能在設計當中加以解決，則很容易在后續使用中存在一定的質量問題。本文針對道路硅酸鹽水泥混凝土材料的特點進行了分析，之后說明了水泥混凝土路面在結構設計當中的一系列要點，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

1道路硅酸鹽水泥材料的特點分析

1.1堿含量低在正常情況下，路面工程施工中應用的硅酸鹽水泥材料的堿含量需要控制在0.6%以內，如果堿含量超出這個值，則會由于混凝土材料當中的活性骨料和混凝膠土當中的堿形成堿骨料反應，造成相應的吸水膨脹問題，在降水天氣下，材料可以由于吸水而膨脹到原來的3倍或以上，直接造成混凝土結構的開裂，這個現象是難以控制的，同時也會加快內部結構的破壞。所以道路硅酸鹽水泥材料的第一大特點就是堿含量低。

1.2游離氧化鈣含量低路面施工應用的硅酸鹽水泥材料的游離氧化鈣成分需要低于1.8%，在受到水化反應時，游離氧化鈣會直接生成氧化鈣，造成的體積膨脹會接近100%，在內部會形成膨脹應力，游離氧化鈣含量越高，該反應就越強，對道路的抗拉強度的影響十分嚴重。另外，道路水泥石也會出現形變。對于普通的硅酸鹽水泥來說，則無此指標要求，保證整體安定性達到相應的指標即可。

1.3礦物質的構成道路硅酸鹽水泥對于其中的鋁酸三鈣和鐵鋁酸三鈣含量都有一定的要求，具體來說，要求鋁酸三鈣的含量不能高于5%，而鐵鋁酸四鈣的含量要達到16%以上。從這些物質的特點上來看，鋁酸三鈣的水化速率高，會產生較高的水化熱，雖然在早期會達到較高的強度，但是由于后期強度增長速度緩慢，所以總強度數值并不高，甚至會產生強度倒縮問題，水化放熱現象的產生也會導致水泥石的開裂。相比之下，鐵鋁酸四鈣材料有良好抗沖擊能力和耐磨性，所以其中的礦物質達到上述規格，才能更好地適應于具體使用要求。

2水泥混凝土路面設計要點

現階段國外對于綜合疲勞損壞作用的設計方法主要為經過標準軸載進行計算、溫度梯度的平均值來對應力進行預測以及設計過程中結合平均溫度以及荷載所形成的應力，進而算出綜合疲勞影響。我國所推行的路面設計規范當中采用的則是結構厚度的設計方式，該設計方式是基于相應的確定性來開展設計，在確定了材料、結構以及環境和交通等等多項參數的基礎上，結合結構分析成果，這樣就可以得到設計使用期內可以滿足于控制疲勞斷裂要求的整體結構厚度，從而滿足于相應的使用要求。這樣的方式雖然在設計階段看似合理，但是在后期的施工以及道路養護過程中，材料性質都無法避免地發生變異，材料的尺寸和形狀都會發生一定程度的改變，混凝土道路路面的力學性質以及相應的使用性能也并非是一個恒定值，所以實際使用情況和設計過程中的預測情況會產生一定的偏差，因此需要變更設計方法和相關規范。水泥混凝土路面結構在時間和空間上都會存在一定的不確定性。舉例來說，路面材料的強度會隨使用時間的延長而出現衰減，但是其具體的使用環境和交通負荷并不是恒定的，有一定的隨機性；從空間上來說，材料自身的性能水泥混凝土路面的結構上，所面臨的荷載并非是完全相同的。這些問題主要由三個因素構成：其一，路面結構設計存在一定的變異性，在不同的區域內，道路結構的性能以及荷載條件都會有所區別；其二，對交通荷載情況的預測并不能完全保持準確性，如軸載換算過程出現的誤差，同樣地，對于交通總量的增長率的估算也可能會出現誤差；最后，設計方法可能無法和實際情況完全相符合，在一個完整的道路工程設計過程中，會應用到多次假定計算和近似值計算，這些失誤積少成多，就很可能會對整體結構的運行情況形成誤差。

3水泥混凝土路面設計中的問題

3.1結構結合設計

3.1.1土基和基層。對于混凝土路面工程來說，土基處于基礎地位，如果在設計和施工階段無法保證路基的均勻性和穩定性，路面工程整體質量就沒有保障。路基并不僅僅單純地決定路基部位的質量，更會對路面工程的質量形成影響。舉例來說，如果土基部位穩定性較差，在自然因素的作用下，就會出現溫縮裂縫，出現變形問題，從而導致土基出現不均勻沉降，受此影響，面層板之間也會形成不均勻支撐問題，底部形成超過其自身承載力的應力，破壞整體結構。所以需要在設計上，保證土基具有相應的穩定性，達到預設的使用強度，可以和路面之間實現較為緊密的接觸，不會因為荷載以及氣候因素而結構的形狀和強度，對于土基的形態來說，則要保證平整性，如有需要可以設計出一定的坡度。在水泥混凝土道路基層的結構上，最為重要的指標和參數就是抗沖刷能力。如果基層表面的耐沖刷能力不足，在滲水情況下，就會出現積泥的問題，長期使用中還可能會發展為板底脫空問題，形成錯臺。這些問題的存在會在道路表面表現為不平整，大大影響行車舒適度，會讓板的斷裂發展速度進一步加快。所以這樣看來，如果需要提高接縫部位的傳荷能力，則需要從保證基層質量入手。從外部因素來看，道路工程的交通荷載也是積泥和錯臺問題出現的重要影響要素，不同類型的基層抗沖刷能力上也會有一定的區別，和基層用料的類型、細料的含量密切相關。3.1.2混凝土面板。輪載作用于板中部時所產生的最大應力約為輪載作用于板邊部時的2／3，但是采用厚式路面會給土基和基層的施工帶來不便，而且在厚度變化轉折處易引起板的斷裂。因此，設計時常采用等厚式斷面，或在等厚式斷面板的最外兩處板邊部配置鋼筋

3.2加鋪層設計

3.2.1分離式混凝土加鋪層。當舊混凝土路面的損壞狀況和接縫傳荷能力評定等級為中或次，或者新舊混凝土板的平面尺寸不同，或者接縫形式或位置不對應，或路拱橫坡不一致時，應采用分離式混凝土加鋪層。分離式混凝土加鋪層的接縫形式和位置按新建混凝土面層的要求布置。加鋪層可采用普通混凝土、鋼纖維混凝土、鋼筋混凝土和連續配筋混凝土。3.2.2組合式混凝土加鋪層。當舊混凝土路面的損壞狀況和接縫傳荷能力評定等級為優良，面層板的平面尺寸及接縫布置合理，路拱橫坡符合要求時，可采用組合式混凝土加鋪層。采用銑刨、噴射高壓水或鋼珠、酸蝕等方法，打毛清理舊混凝土面層表面，并在清理后的表面涂敷粘結劑，使加鋪層與舊混凝土面層結合成整體。加鋪層最小厚度為25mm。3.2.3瀝青加鋪層。當舊混凝土路面的損壞狀況和接縫傳荷能力評定等級為優良或中時，可采用瀝青加鋪層。接縫傳荷能力評定等級為中時，應根據氣溫、荷載、舊混凝土路面承載能力、接縫處彎沉差等情況選用減緩反射裂縫的措施。瀝青加鋪層的厚度按減緩反射裂縫的要求確定。高速公路和一級公路的最小厚度宜為100mm，其他等級公路的最小厚度宜為70mm。

4結論

其實綜合看來，現在我國投入使用的大多數路面在使用壽命上，都是很難達到設計值的，可以說在每年，都要進行相當大的路面結構維修工作，這些工作的修復工作不僅僅會產生額外成本，也會對路面交通產生一定程度的影響，在一定程度上損害了道路建設的社會效益。在設計工作中，需要遵循科學化和合理化的設計原則，應用合理的設計理論和相關方法，這樣才能不保證道路工程的使用年限。本文結合道路硅酸鹽水泥材料的特點總結了其在道路設計當中的一些注意事項，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

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作者:于宏軍 單位: