摘 要：隨著建筑工程的快速發(fā)展，從層施工設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)、路基、和施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)都要重視。如何延長路面結(jié)構(gòu)的使用壽命和結(jié)構(gòu)的耐久性成為了高速建設(shè)領(lǐng)域面臨的一個(gè)新的課題。

　　關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu),混凝土;

　　1混凝土裂縫的分類

　　混凝土裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫。微觀裂縫是指肉眼看不見的裂縫，在混凝土結(jié)構(gòu)中的分布是不規(guī)則、不貫通的;宏觀裂縫是由微觀裂縫擴(kuò)展而來，范圍不小于0.05mm。

　　1.1 微觀裂縫：

　　1.1.1粘裂縫：骨料與水泥石粘和面上的裂縫。

　　11.2水泥石裂縫：水泥石中自身的裂縫。

　　1.1.3骨料裂縫：骨料自身的裂縫。

　　1.2宏觀裂縫：

　　1.2.1變形應(yīng)力引起的裂縫(約占80%)：由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起結(jié)構(gòu)變形，當(dāng)變形受到約束時(shí)便產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生裂縫。

　　1.2.2結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫：由于結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)與計(jì)算假設(shè)模型的差異引起的。

　　1.2.3

　　壞模式以及影響因素入手，分析路面材料耐久性與路面結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)系。

　　荷載作用下的裂縫：混凝土和鋼筋共同作用下的變形協(xié)調(diào)(變形相容性)，當(dāng)鋼筋應(yīng)變≥混凝土的極限拉伸時(shí)引起的混凝土開裂。

　　1.3路面材料耐久性的直接影響因素

　　1.3.1區(qū)分不同材料的疲勞特性有哪些

　　對(duì)于材料的力學(xué)性能不同，疲勞性也不同。概括起來，幾種路面材料的疲勞特性有以下關(guān)系：彎拉疲勞，熟拌瀝青混合料>冷拌瀝青混合料>水泥穩(wěn)定碎石>級(jí)配碎石;水疲勞，熱拌瀝青混合料>冷拌瀝青混合料，水泥穩(wěn)定碎石>級(jí)配碎石剪切疲勞，水泥穩(wěn)定碎石>熱拌瀝青混合料>冷拌瀝青混合料>級(jí)配碎石：。

　　1.4不同結(jié)構(gòu)層材料的疲勞破壞模式有哪些不同

　　相同的材料用于不同的結(jié)構(gòu)層，其受力狀態(tài)不同，疲勞破壞模式也不同。考慮環(huán)境因素的影響以及受力特點(diǎn)將不同結(jié)構(gòu)層材料的可能破壞模式總結(jié)于表2。

　　一般施工設(shè)計(jì)良好的結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生水損壞。根據(jù)(表2)列出的可能疲勞破壞模式可知，除了面層材料受到的損傷模式較復(fù)雜外，其他各層材料可能的損傷模式比較明確。面層、基層材料都可能產(chǎn)生剪切疲勞破壞、溫度疲勞破壞;基層主要為彎拉疲勞破壞，路基易產(chǎn)生沉陷變形。

　　1.5材料的破壞控制指標(biāo)

　　對(duì)位于結(jié)構(gòu)層上部的材料，一般破壞模式為應(yīng)力疲勞破壞。而對(duì)位于結(jié)構(gòu)層下部的材料，一般破壞為應(yīng)變疲勞破壞。要保證路面材料耐久，需要根據(jù)不同材料的相應(yīng)耐久極限提出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)材料的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行控制。如式(1)所示，對(duì)于面層材料，采用應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)控制，基層和路基材料采用應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)控制。

　　式中： 代表面層材料應(yīng)力狀態(tài)，指代面層 代表

　　材料應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn); 代表路基頂面的壓應(yīng)變; 代表基層底面彎拉

　　應(yīng)變： 代表路基頂面耐久極限壓應(yīng)變; 代表基層底部耐久極

　　限彎拉應(yīng)變。

　　具體材料的破壞標(biāo)準(zhǔn)需要通過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)美國伊利諾伊州立大學(xué)的研究成果，認(rèn)為當(dāng)路基材料的垂直壓應(yīng)變不超過200 即可保持耐久，瀝青混凝土層層底彎拉應(yīng)變不超過70 即可保持耐久。

　　2瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的耐久性

　　路面結(jié)構(gòu)所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)就是整個(gè)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)達(dá)到施工設(shè)計(jì)的累積軸載作用次數(shù)或使用年限而不產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞，稱該路面結(jié)構(gòu)耐久，否則結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)早期破壞。影響路面結(jié)構(gòu)耐久性因素的分析，是解決結(jié)構(gòu)耐久性問題的出發(fā)點(diǎn)。影響結(jié)構(gòu)耐久性的內(nèi)部因素主要有結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)和材料的選擇。

　　2.1材料耐久性對(duì)路面的影響

　　從路面結(jié)構(gòu)破壞的位置看，可以分為表面功能層的破壞和結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的破壞。面層材料的失效只影響路面表面功能，因此該層材料的破壞對(duì)結(jié)構(gòu)的壽命影響不大。基層材料的失效必然引起基層功能的失效，這種破壞不能夠通過簡單的維修復(fù)原，必須通過大規(guī)模的開挖、重新鋪筑才能恢復(fù)結(jié)構(gòu)的功能，所以基層材料破壞必將大大縮短路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。同樣，路基材料的失效，也必將引起路面結(jié)構(gòu)整體功能的喪失。(表3)列舉了各層材料影響路面結(jié)構(gòu)耐久性的相互關(guān)系。

　　根據(jù)系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，路基路面結(jié)構(gòu)類似于串連結(jié)構(gòu)(如圖1)，即每一結(jié)構(gòu)層的損壞都影響著路面結(jié)構(gòu)的使用。但是對(duì)于路面出現(xiàn)的損壞，路表功能可以通過及時(shí)維修養(yǎng)護(hù)得以恢復(fù)。因此面層可以看作是一種并聯(lián)結(jié)構(gòu)，當(dāng)路面材料1損壞后，可以很容易地進(jìn)行替換修補(bǔ)。

　　基層、路基對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)中的“木桶原理”進(jìn)行解釋。“木桶原理”指的是盛水的木桶是由許多塊木板箍成，盛水量也是由這些木板共同決定的。若其中一塊木板很短，則此木桶的盛水量就被短板所限制。這塊短板就成了這個(gè)木桶盛水量的“限制因素”(或稱“短板效應(yīng)”)。要想提高木桶的容量，就應(yīng)該設(shè)法加高最短的那塊木板的高度，這是最有效也是惟一的途徑。

　　因此，路面結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)可以用“短板效應(yīng)”解釋和指導(dǎo)，維持路面結(jié)構(gòu)耐久性是由基層和路基材料中壽命最短者決定的。路面結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)就是要避免路基或者基層成為結(jié)構(gòu)的最“短板”。路面結(jié)構(gòu)的使用壽命可以通過式(2)表示：

　　式中：Lstrcture表示結(jié)構(gòu)的壽命;Lbase代表基層壽命; Lbm表示基層材料壽命;Lsubgrade代表路基壽命;Lsm表示路基材料壽命。

　　整個(gè)結(jié)構(gòu)的使用壽命是由基層和路基兩層中壽命最短者決定的，每一結(jié)構(gòu)層的壽命又是該層組成材料的壽命決定的。當(dāng)剛好不出現(xiàn)疲勞破壞時(shí)，即為結(jié)構(gòu)的最小厚度。

　　2.2路面結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)對(duì)耐久性的影響

　　路面結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括材料選擇、路面結(jié)構(gòu)組合的施工設(shè)計(jì)和路面各層厚度來確定。不同材料的性能不同。半剛性基層材料與瀝青穩(wěn)定類材料的模量不同、耐久極限不同，導(dǎo)致半剛性基層與柔性基層瀝青混凝土路面的受力狀況不同，保證耐久性的結(jié)構(gòu)層厚度也不同。

　　當(dāng)結(jié)構(gòu)受到荷載和自然力(溫度和水)的作用后，如果施工設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能夠保證各層材料的受力狀況不超過材料的耐久性極限，那么這種結(jié)構(gòu)就能夠維持耐久性或者長壽命。維持材料耐久性，是維持路面結(jié)構(gòu)耐久性的核心。通過(圖2)更能直觀地看出結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)與路面結(jié)構(gòu)耐久性關(guān)系。

　　3結(jié)語

　　不同材料具有不同的疲勞破壞特點(diǎn)和疲勞壽命，選擇耐久性好的材料，有利于延長結(jié)構(gòu)的使用壽命;相同的材料在不同環(huán)境條件(溫度、水)、處于不同結(jié)構(gòu)層，材料破壞的模式不同，應(yīng)針對(duì)不同結(jié)構(gòu)層的要求選擇相應(yīng)耐久性好的材料。基層、路基材料的耐久性決定結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，可以將材料的耐久極限作為路面結(jié)構(gòu)耐久性施工設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)，通過路基頂面垂直壓應(yīng)變來控制路基的剪切疲勞破壞，通過基層底面水平彎拉應(yīng)變來控制基層的疲勞開裂。