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水泥混凝土路面板块病害修补的力学特性分析与方案确定 摘要：随着全国公路建设事业的飞速 发展 ，水泥混凝土路面的铺筑里程与日剧增，但是，水泥混凝土路面一经损坏，修补工作较难进行，快速修补则更难，及时的修复和日常的养护是延长路面使用寿命的关键。通过研究板块破坏的类型及传统修补方法，对某高速公路混凝土路面状况的调查，对其常见板块病害的原因进行了分析，并提出了相应的修补方案。 关键词：板块病害；力学特征；水泥混凝土  1引言 水泥混凝土路面是一种刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好的路面结构。加之水泥混凝土路面的适应性及抗灾能力强，能较好地满足 现代 化 交通 的要求，自20世纪90年代以来得到了迅猛发展。但随着公路里程的增加，养护维修的任务越来越重，况且由于路面经常受重交通荷载、环境条件等因素的作用，水泥混凝土路面在使用初期或经过一段时间使用后，容易出现一定程度的损伤破坏，如路面表面出现细小的裂缝、坑槽、露骨；路面板出现裂缝、断板；接缝产生错台、碎裂等病害。这些病害降低了路表使用性能，减小了路面结构的承载能力，降低了道路的通行能力，应迅速予以修复，否则在车辆荷载和环境因素继续作用下，路表使用性能将迅速降低，路面承载能力将进一步下降，会引起整个路面结构迅速破坏。从而会大大增加今后的维修成本。 2板块破坏的类型及传统修补方法 在水泥混凝土路面的板块修补方面，常采用的方法是将损坏的混凝土除掉，将局部板块凿成5～7cm的长方形凹槽，清除刷洗干净后重新补铺路面，铺上与原路面混凝土相同强度或略高于路面混凝土原设计强度的普通混凝土。 2.1板块破坏的类型 板块破坏修补的类型一般包括： （1）板角断裂：裂缝垂直通底，并从角隅到断裂两端的距离等于或小于板边长的一半。（2）边缘有中等或严重的混凝土开裂或成碎块。（3）坑洞，板表面出现直径为2.5～10cm、深为1.2～5cm的坑洞。 2.2传统的修补方法 （1）沥青混凝土。长期以来，公路部门都习惯于采用沥青混凝土对损坏的水泥混凝土路面进行修补，尽管方法简便，但隐患较多。①道路强度不均匀，传荷不一致。②使用寿命短。沥青混凝土本来的使用寿命就较水泥混凝土路面短得多，夹在水泥混凝土板面中间，更易发生破坏，有的其至一个冬季或雨季过后，就要进行重新修理。③影响路面平整度，降低表面使用功能。由于沥青混凝土的热稳性较差，夏季在外部荷载作用下，沥青混凝土易产生变形，导致路面平整度下降，影响路面使用功能。④不美观。在整片灰白色的水泥混凝土路面中补上一块黑色的沥青混凝土，路面景观受到影响，行车者见了也很不舒服。 （2）普通水泥混凝土。公路上另一种传统的修补水泥混凝土路面的方法是将破损的混凝土除掉，新铺上与原设计标号相同或高标号的普通混凝土，采用普通水泥混凝土修补被损坏的混凝土路面，主要有如下缺点：①收缩大，易导致新老混凝土拉开。②水泥混凝土本身粘度低，与老混凝土结合差。③新老混凝土间的界面缺陷，易使混凝土开裂。④养生期长，影响交通。 3板块病害修补结构形式研究与力学分析 3.1基本几何性能 水泥混凝土路面在进行受力分析过程中，可以按薄板的基本几何来进行。对混凝土板块建立如图1所示的坐标系，板在x-y平面内，在z方向的厚度为t，板的表面在z=#177;t/2处，中面在z=0处，它满足薄板的基本几何：（1）板的厚度比它的平面尺寸b和c要小得多，既t 板块在破坏后，按照传统的修补方法，是将破损的混凝土除掉，新铺上与原设计标号相同或高标号的普通混凝土，采用普通水泥混凝土修补被损坏的混凝土路面，其修补形式和修补后修补块的界面受力，采用传统的修补形式进行修补后，由于界面间骨料的咬合力，修补板块的边界上仍旧作用有面应力和剪应力，这些应力从板的中面开始，在z方向线性变化。虽然忽略了板的横向剪切变形，但是仍旧有横向剪应力，这些横向的应力在沿边界上就产生了弯矩和扭矩。由于界面间各种作用力的存在，在行车荷载的作用下，必定会在接缝处产生接缝碎裂等现象，而且新混凝土的干缩还会使新老混凝土产生裂缝，导致地面水下渗，从而会引起整个板块的破坏。 4.2修补方案的提出及力学分析 采用膨胀胶条使修补块与原混凝土板块分离开，使新旧板块单独受力。分离以后，按最不利位置进行加载，以单轴130KN的均布荷载全部作用在修补块上进行ANSYS受力分析。修补后新旧混凝土界面上的应力值在采用胶条进行修补和采用传统修补方法进行修补时，界面应力所示。由新旧混凝土界面剪应力云图4和图5可以看出，在新旧混凝土界面上，由于胶条的作用，界面各种应力值明显减小，有的应力值甚至为0，这样，单元的受力结构就由图3变成了另一种受力状态。由于胶条的作用，减小了修补后的新混凝土与老混凝土之间的界面应力，混凝土板块作用面上的剪力yzτ和xzτ明显减小，xσ，yσ也相应减小，使修补的混凝土板块单独