水泥混凝土双向拉伸软化特性与路面板开裂破坏研究

摘要

水泥混凝土路面具有强度高、稳定性和耐久性能好、耐高温、耐磨耗以及养护费用少等优点，作为一种高级路面结构形式被大量采用。随着国民经济和交通运输业的日益发展，在我国这样一个水泥生产大国，混凝土路面必将得到更加广泛的应用。一般而言，水泥混凝土路面的设计使用年限为20 ～30 年，但目前的情况是，相当多的路面在开放交通后3 ～5 年甚至更短的时间内，就不同程度地出现开裂破坏现象，不但造成巨大的维修压力和经济负担，而且严重干扰交通。因此，弄清楚水泥混凝土路面提前开裂破坏的根本原因，找到预防和控制的有效措施，便成为工程中迫切需要解决的问题。 本文在借鉴国内外已有研究成果的基础上，针对混凝土路面开裂破坏的相关问题进行研究。首先，通过试验研究，证明了水泥混凝土在双向拉伸状态下具有软化现象，得出了定量结果。推导出了用单向拉伸试验结果表示出的混凝土双向拉伸强度计算公式。由于水泥混凝土路面板底实际上处于双向拉伸应力状态，因而上述结论为研究混凝土路面提前开裂提供了新的依据，为修改完善混凝土路面板厚度设计验算标准提供了合理参考数据。其次，根据Rashid 的弥散裂纹模型理论，描绘了混凝土双向拉伸开裂软化机理图，并运用断裂力学和损伤力学的基本原理探讨了混凝土路面的开裂机理和破坏过程。再次，在分析传统的水泥混凝土路面设计计算理论及其局限性的基础上，研究了混凝土双向拉伸软化特性对路面疲劳寿命的影响、初始裂纹对路面疲劳寿命的影响，以及路表不平整时动荷载对路面疲劳破坏的影响。结果表明，三种情况都将导致混凝土路面的疲劳寿命大幅度降低。最后，结合有关文献阐述了水泥混凝土路面防裂抗裂的四种措施和控制疲劳破坏的四点建议，以及修补宏观裂缝的四种方法。