多场耦合下路面混凝土细观裂缝的演化规律
水泥砼路面裂缝的类型成因及防治措施
水泥砼路面裂缝的类型成因及防治措施霍尚龙（巢湖路桥）［摘要］本文论述了水泥砼路面早期裂缝形成的原因和防治措施。
关键词：水泥砼路面裂缝成因防治措施一、概述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，是高等级、重交通公路路面的重要类型之一，在良好的养护条件下，它的使用年限比其它路面长，也比较容易养护，但一旦开始破坏，破损会迅速发展，严重影响车辆通行，给养护、修复都带来极大的困难。
水泥混凝土路面中所含水分的改变、化学反应、温度变化等因素，都能引起混凝土体积变形，当体积变形过大时，混凝土由于约束而产生较大的拉应力，使混凝土产生裂缝。
研究水泥混凝土路面裂缝产生的原因及防治措施，对正确指导施工和养生，防止水泥混凝土路面初期裂缝的产生，提高水泥混凝土路面的质量，有着重要的意义。
二、裂缝的类型和成因（一）表面裂缝混凝土板面的表面裂缝主要是由混凝土混和料的早期过快失水干缩和碳化收缩引起的。
混凝土混和料是一种多相不均匀材料，由于构成混合料的各种固体颗粒大小。
密度不同，混合料会发生不均匀分层离析，使粗骨料从混合料中分出，即重颗粒下沉，水分向上泌出，形成表层泌水，使得水泥混凝土路面表层含水量增加，当混合料表面水的蒸发比泌水速度快时，水的蒸发面就会深人到混合料表面之内，水面形成凹面。
由于表面凹面较凸面所受压力大，固体颗粒间产生毛细管张力，促使颗粒凝聚，当混凝土表面尚未充分硬化，不能抵抗这一张力时，混凝土表面就会发生裂缝。
这种塑性裂缝发生的时间，大致与泌水消失时间相应，在混凝土浇筑后数小时，混凝土表面普遍出现细微的龟裂。
混凝土的碳化收缩也会引起混凝土表面龟裂。
当混凝土的水泥用量较低，水灰比较大时，空气中的CO2易渗透到混凝土内，与其中的碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水。
碳化引起的收缩仅限于水泥混凝土路面的表层，只产生混凝土的表面裂缝。
混凝土的碳化收缩速度比失水干缩速度慢得多，因而由碳化带来的表面裂缝对混凝土强度的危害并不大，有时碳化甚至能增加混凝土的强度。
多场耦合作用下岩体裂隙扩展演化关键问题研究
多场耦合作用下岩体裂隙扩展演化关键问题研究全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着人类社会的进步和科技的发展，岩体工程在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
岩石作为地质体的主要组成部分，在地下工程、矿山开采、水利工程等领域中起着至关重要的作用。
岩体中存在的裂隙问题一直是岩石工程中的一个难题。
裂隙对岩石的力学性质、渗透性、稳定性等都有着重要影响，因此对岩体裂隙扩展演化关键问题进行研究具有重要意义。
在岩体中，裂隙是一种常见的结构形式，它可以分为天然裂隙和人工裂隙两种。
天然裂隙是由地质构造运动和岩石变形作用形成的，一般呈不规则的分布形态，对于岩体的稳定性和渗透性都有影响。
而人工裂隙则是在工程施工过程中通过爆破、钻孔等方式形成的，一般呈直线或者弯曲的形态，对岩体的力学性质和渗透性也有影响。
多场耦合作用下岩体裂隙扩展演化成为一个关键问题。
多场耦合作用指的是不同地质、力学、流体等作用因素在岩体中相互作用、影响、影响及其所导致的某些现象。
在岩体中存在的多种场耦合作用发生时，裂隙的扩展演化过程会受到影响，裂隙的扩张可能会导致岩体的破坏。
研究多场耦合作用下岩体裂隙扩展演化关键问题成为当前岩石工程领域中一个重要的研究方向。
在多场耦合作用下岩体裂隙扩展演化中，有几个关键问题需要重点研究。
首先是裂隙的形成机制和分布规律。
裂隙的形成与岩石的物理性质、地质构造等因素有关，因此需要深入研究裂隙的形成机制，了解裂隙的分布规律。
其次是裂隙的扩展规律和影响因素。
裂隙的扩展规律与多场耦合作用相关，需要研究不同作用因素对裂隙扩展的影响，为裂隙扩展提供依据。
再次是裂隙对岩体稳定性和渗透性的影响。
裂隙的扩展会对岩体的稳定性和渗透性造成影响，需要进一步研究裂隙对岩体的影响机理。
最后是裂隙的监测与控制问题。
裂隙的扩展会对工程造成危害，因此需要研究裂隙的监测与控制方法，及时发现裂隙问题并加以控制。
在多场耦合作用下岩体裂隙扩展演化关键问题的研究中，需要综合考虑地质、物理、力学、流体等多学科知识。
混凝土路面反射裂缝形成原理
混凝土路面反射裂缝形成原理
混凝土路面反射裂缝是指路面表面裂缝的延伸或扩展，通常是由于路
面下层结构问题所引起的。
其主要形成原理可以分为以下几个方面：
1. 路面结构问题：混凝土路面反射裂缝的主要原因是路面结构问题。
路面下层结构不均匀或者强度不足，会导致路面受到过度应力，从而
引起反射裂缝。
2. 环境因素：气温变化是混凝土路面反射裂缝形成的另一个重要原因。
在寒冷的冬季，路面会收缩，而在炎热的夏季，路面会膨胀。
这些变
化会导致路面受到应力，从而引起裂缝的形成。
3. 车辆荷载：车辆荷载是混凝土路面反射裂缝形成的另一个因素。
当
车辆通过路面时，会产生压力，从而产生应力。
如果路面结构不良或
者路面已经有裂缝，车辆荷载会加速反射裂缝的形成。
4. 施工问题：混凝土路面的施工问题也可能导致反射裂缝的形成。
如
果混凝土不均匀或者没有得到良好的压实，可能会导致路面裂缝。
5. 土壤问题：路面下土壤的问题也可能导致混凝土路面反射裂缝的形成。
如果土壤不稳定或者沉降，会导致路面受到不均匀的应力，从而
引起反射裂缝。
综上所述，混凝土路面反射裂缝的形成是由多种因素共同作用的结果。
因此，在设计和施工混凝土路面时，必须考虑到这些因素，以确保路
面的质量和耐久性。
同时，在日常维护中，也需要及时处理路面裂缝，以防止反射裂缝的形成。
混凝土路面产生裂缝的原因及预防措施
混凝土路面产生裂缝的原因及预防措施摘要：目前，混凝土路面裂缝已成为主要问题。
道路裂缝的原因是多方面的，主要原因是施工问题。
介绍了混凝土路面裂缝的类型、成因及产生原因，并提出了相应的预防措施。
关键词：混凝土路面；裂缝；产生原因；预防措施混凝土是我国路面的一种重要形式。
其显著优点和特点是高刚度、承载力和耐久性。
在中国，主要应用领域是国道、省道和其他公路，在公路网的所有结构中占相当大的比例。
裂缝问题一直是混凝土路面的重点和难点。
因此，在现阶段的混凝土路面施工中，主要的问题是如何通过科学手段最大限度地减少路面裂缝的可能性，大幅度提高路面质量。
1.混凝土路面产生裂缝的原因1.1原材料使用不当由于混凝土是一种人工混合料，其质量与选定原材料的质量密切相关。
如果使用劣质原材料或混合物，或使用不同强度批次的水泥，混凝土强度将发生显著变化，导致不当收缩和裂缝。
1.2工期紧的影响为了加快混凝土涂层的施工周期，没有避免高温时的阳光照射，应在发现单个薄板微裂缝之前对混凝土进行修补。
为防止阳光直接照射到板表面，施工人员及时覆盖编织布和塑料布。
在阳光直射下，塑料布混凝土的温度在水化温度和热量的双重作用下迅速上升，达到60℃左右。
同时，在养护期过后揭开覆盖物清扫路面时发现有多处裂缝，大多数为横向。
1.3昼夜温差大的影响夏季施工时，山区昼夜温差大，使已浇筑混凝土表面迅速收缩，拉应力引起裂缝。
混凝土板铺设完成后，不采取任何措施避免阳光照射，减少混凝土板表面的蒸发，避免混凝土板表面水分迅速流失，导致干缩裂缝。
在浇筑后的中午，虽然使用了编织布和塑料布来防止晒伤，但在摊铺前的施工过程中，大量水分流失，这是施工过程中产生干缩裂缝的一个重要因素。
1.4养护及切缝的影响混凝土的养护对提高其早期强度和防止接缝收缩非常重要。
由于施工期间密度高、浇筑面积大，维修和灌溉不及时，导致顶面失水快，收缩迅速；板底失水慢，收缩缓慢，混凝土路面施工后，板底收缩缓慢，后院可能出现裂缝，此时温度一般为16-18h时，可切断接缝。
道路桥梁施工中混凝土裂缝成因分析以及应对措施_8
道路桥梁施工中混凝土裂缝成因分析以及应对措施发布时间：2022-01-13T07:41:19.278Z 来源：《工程建设标准化》2021年22期作者：张平[导读] 道路桥梁工程在实际施工过程中，混凝土是工程施工的主要原材料，张平身份证号码：61032119820418****摘要：道路桥梁工程在实际施工过程中，混凝土是工程施工的主要原材料，因此混凝土裂缝成了道路桥梁工程在建设时常常出现的问题，而且造成混凝土形成裂缝情况有诸多原因，成为约束道路桥梁工程施工的一个关键因素。
因此充分明确与了解混凝土出现裂缝的原因，并运用科学、合理的应对与预防对策，是目前道路桥梁建设企业单位的一个首要任务。
关键词：道路桥梁施工；混凝土裂缝成因；应对措施1、道路桥梁施工时出现裂缝原因的主要分析1.1温度造成的裂缝温度变化会对混凝土带来极为严重的影响，因温度使混凝土造成裂缝的占比较大。
各省区也会因地域不同，温度所有差异，并且温度的高低会形成热胀冷缩的情况，会在一定程度上造成混凝土形成变形情况，让混凝土结构与形状都出现改变。
混凝土内部有着极大的应力，若是此应力超过了混凝土可以承受的范围，则会造成混凝土出现裂缝的情况。
而且在温度较高的情况下，还会使裂缝持续加大。
与此同时，道路桥梁工程在施工过程中，混凝土会产生收缩与碰撞，而混凝土其本身因含水量较高，在高温下表面的水分会蒸发较快，内部的水分却未蒸发，这种情况下，也使混凝土内外形成较大温差。
并且外层混凝土在施工中受到较大拉力，当拉力强度超过混凝土承载能力时，也会导致道路桥梁工程表面产生裂缝。
这对混凝土建筑而言，无疑是一个十分复杂且烦琐的施工工艺。
1.2地基出现形变道路桥梁之中的混凝土出现裂缝情况，也有可能是由于地基出现沉降情况，如此也会产生一种拉力与结构力，若是结构中超过了混凝土内部的抗拉力，则会使混凝土形成裂缝问题。
地基沉降若是在塑性的状态下，则会形成一些不均匀性沉降，混凝土基础结构与支架弱势不均匀，也会出现沉降情况，使得混凝土局部出现变形问题，从而形成裂缝。
混凝土路面的反射裂缝原因分析和处理方法
混凝土路面的反射裂缝原因分析和处理方法一、前言混凝土路面长期使用后，常常会出现反射裂缝，给道路安全带来严重威胁。
因此，对混凝土路面的反射裂缝进行原因分析和处理方法研究，对于提高道路使用寿命，保障行车安全具有重要意义。
二、反射裂缝的原因分析混凝土路面的反射裂缝是由于路面下层强度不足，或路面温度应力过大，导致路面出现不均匀收缩、膨胀和变形而引起的。
主要原因如下：1. 基层不均匀沉降当基层沉降不均匀时，混凝土路面的应力也不均匀，会导致路面裂缝。
特别是在路面上有重载车辆通过的情况下，反射裂缝更容易出现。
2. 温度变化混凝土路面的温度变化也会导致反射裂缝的产生，特别是在高温条件下，路面的膨胀系数增大，路面的收缩应力也会随之增加，这样就会导致路面开裂。
3. 路面设计不合理路面设计不合理也是导致反射裂缝产生的原因之一。
如果路面的结构和厚度不合理，就会引起反射裂缝。
三、处理方法针对混凝土路面反射裂缝的原因，可以采取以下处理方法：1. 增加基层强度为了解决基层不均匀沉降导致的路面反射裂缝，需要加强基层的承载力。
可以在路面下面增加一层被称为砼底基层的混凝土层，来增加基层的强度。
通过采用这种方法，可以有效地防止路面反射裂缝的出现。
2. 采用高抗裂强度的混凝土选择高抗裂强度的混凝土，可以有效地减少路面反射裂缝的产生。
可以根据路面的使用情况，选择适合的混凝土材料，以提高路面的抗裂强度。
3. 采用适当的路面设计在路面设计中，要选择适当的路面结构和厚度，以避免路面反射裂缝的产生。
可以通过采用适当的路面设计方案，来减少路面反射裂缝的出现。
4. 定期维护对于已经出现反射裂缝的路面，需要及时进行维护。
可以采用填缝、切口等方法，将裂缝填充或者修复。
通过定期维护，可以延长路面的使用寿命，减少路面反射裂缝的产生。
四、结论混凝土路面反射裂缝的产生是多种因素综合作用的结果。
为了有效地解决这个问题，需要对混凝土路面反射裂缝的原因进行分析，采取相应的处理方法。
水泥混凝土路面开裂原因分析及应对措施
水泥混凝土路面开裂原因分析及应对措施一、前言水泥混凝土路面是道路建设中常用的路面材料之一，但是长期使用后，可能会出现路面开裂等问题，这不仅会影响行车安全，还会给道路维护和修建带来不必要的麻烦。
因此，对于水泥混凝土路面开裂原因的分析及应对措施的研究显得尤为重要。
二、水泥混凝土路面开裂原因分析1. 施工不当水泥混凝土路面的开裂可能与施工不当有关，如混凝土浇筑时不均匀、振捣不到位、混凝土材料配比不合理等，都可能导致路面开裂。
2. 材料质量问题水泥混凝土路面开裂的另一个原因可能是材料质量问题，如材料配合比不合理、水泥强度不足、骨料不合格等都可能影响路面的耐久性，导致路面开裂。
3. 道路使用情况道路使用情况也可能是导致水泥混凝土路面开裂的原因之一。
例如，重型车辆的频繁通行、气温变化等都可能导致路面开裂。
4. 自然环境因素自然环境因素也可能导致水泥混凝土路面开裂，例如，雨水侵蚀、地质活动、地震等都可能对路面造成影响，导致路面开裂。
三、水泥混凝土路面开裂应对措施1. 做好路面维护工作对于已经出现裂缝的水泥混凝土路面，应及时进行维护，如填补裂缝、修补路面等，以防止裂缝扩大，并延长路面的使用寿命。
2. 加强路面设计在设计水泥混凝土路面时，应根据实际使用情况合理设计，考虑到道路使用量、气候变化等因素，以增强路面的耐久性。
3. 加强施工管理在施工过程中，应加强施工管理，确保混凝土浇筑均匀、振捣到位、材料配比合理等，以减少施工问题对路面的影响。
4. 选择合适的材料在选择水泥、骨料等材料时，应选择合适的材料，并进行充分的试验，以确保材料质量符合要求。
5. 加强道路管理加强道路管理，限制超载车辆的通行，可以减少道路使用对路面的影响，延长路面的使用寿命。
四、结语水泥混凝土路面的开裂对道路的使用和维护都有很大的影响，因此，对于水泥混凝土路面开裂原因的分析及应对措施的研究显得尤为重要。
在实际工作中，我们应从多个角度出发，采取多种方法，以减少路面开裂的发生，提高路面的使用寿命，为人们出行提供更加安全、便捷的道路环境。
混凝土裂缝形成的原理
混凝土裂缝形成的原理混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的建筑材料，其主要成分为水泥、砂、石和水。
在混凝土的使用过程中，裂缝的形成是一个较为常见的问题，这不仅会影响混凝土的美观性，还会对其力学性能产生不良影响。
因此，深入了解混凝土裂缝形成的原理，对于预防和处理混凝土裂缝具有重要意义。
一、混凝土裂缝形成的原因1. 混凝土的收缩混凝土在干燥固化过程中会发生收缩，这是由于水分蒸发和水泥水化反应导致的。
混凝土的收缩会对其内部产生拉力，从而导致裂缝的形成。
2. 温度变化混凝土在使用过程中会受到外界温度的影响，当温度发生变化时，混凝土内部会发生膨胀或收缩，从而产生内部应力，导致混凝土裂缝。
3. 荷载作用混凝土在承受荷载时会产生内部应力，当荷载作用超过混凝土的承载能力时，会导致混凝土的破坏和裂缝的形成。
4. 施工不当混凝土的施工不当也会导致混凝土裂缝。
例如，在混凝土浇筑时未能完全充实模板空隙、混凝土振捣不均匀等情况都会导致混凝土的裂缝。
二、混凝土裂缝形成的机理1. 混凝土内部应力混凝土内部存在着各种形式的应力，例如弯曲应力、剪切应力、压缩应力和拉应力等。
当这些应力超过混凝土的强度极限时，会导致混凝土的破坏和裂缝的形成。
2. 混凝土的弹性变形和塑性变形混凝土在承受荷载时会产生弹性变形和塑性变形。
弹性变形是可恢复的，当荷载消失时，混凝土会恢复原状。
而塑性变形则是不可恢复的，当荷载作用超过混凝土的极限时，混凝土会发生塑性变形，并在产生裂缝的同时失去承载能力。
3. 混凝土的微观结构混凝土的微观结构也会对其裂缝形成产生影响。
混凝土是一种复杂的多孔材料，其中包含着水泥石、砂石骨料和孔隙等组成部分。
当混凝土内部孔隙过大或分布不均时，会导致混凝土的强度下降和裂缝的形成。
三、混凝土裂缝的类型1. 微裂缝微裂缝是混凝土表面或内部的细小裂缝，通常不会对混凝土的力学性能产生较大的影响。
微裂缝的形成主要是由于混凝土的收缩和温度变化导致的。
公路工程建设中混凝土出现裂缝的原因与措施
公路工程建设中混凝土出现裂缝的原因与措施摘要：随着我国经济的发展和城市化进程的不断加快，越来越多的公路工程项目投入到了建设和使用当中，进一步推进了我国经济的发展。
混凝土以其独特的优点被广泛应用到公路工程当中，但混凝土施工中一个比较常见的问题就是裂缝，严重影响了工程的质量和使用寿命。
本文将简单分析公路工程建设中混凝土产生裂缝的原因，然后提出相应的解决措施。
关键词：公路工程；混凝土裂缝；质量混凝土以其抗压能力强、取材范围广、耐火性强、不容易风化和养护费用比较低的优点，广泛应用于公路工程当中。
可是混凝土还有一定的缺点，比较严重的就是容易产生裂缝，如果处理不当，那么就会严重影响工程的使用。
因此，相应的建设施工单位必须做好公路工程中混凝土裂缝的防治工作。
一、公路工程中混凝土裂缝的产生原因1、沉降造成裂缝由沉降造成的裂缝通常有两种情况：①浇筑完混凝土之后，骨料及水泥会自然下沉，与此同时还会产生泌水，因而沉降的时候会造成混凝土裂缝。
②浇筑完混凝土之后，骨料及水泥在下沉的过程中会受到钢筋及其他预埋件的局部阻碍和模版的移动，该处的混凝土产生剪应力及拉应力的时候，就会导致沉降裂缝。
通常情况下，裂缝都在浇筑混凝土之后1-3小时内发生，是硬化前裂缝。
产生沉陷裂缝主要是因为地基土松软、土质不匀、回填土不密实、浸水等因素导致不均匀沉降；还有的是因为模版的刚度不够，模版的支撑底部发生松动或者支撑的间距太大等因素造成，尤其是冬季，模版要支撑在相应的冻土上面，冻土融化后就会产生不均匀的沉降，所以混凝土也会产生裂缝。
2、收缩造成裂缝混凝土自身的收缩也会导致裂缝问题。
影响混凝土收缩的因素主要是水的用量及水泥的用量，用的水泥及水越多，混凝土的收缩程度就会越高。
不同品种的水泥也会导致干缩和收缩程度的不同。
造成混凝土收缩裂缝的主要原因是混凝土内外水分蒸发不同所造成的变形。
混凝土会受到较大的外部环境影响，如果表面的水分损失得太快，变形比较大，而内部的温度变化比较小所以变形也很小，这样它的表面收缩变形就会受到混凝土内部的制约，因为较大的拉应力导致裂缝的产生。
混凝土裂缝形成机理研究的微观分析方法
混凝土裂缝形成机理研究的微观分析方法一、引言混凝土裂缝是混凝土结构中常见的问题之一，它不仅影响了混凝土结构的强度和稳定性，同时也会影响混凝土结构的耐久性和美观度。
因此，深入研究混凝土裂缝形成机理对于混凝土结构的设计、施工和维护具有重要的意义。
本文将介绍混凝土裂缝形成机理的微观分析方法。
二、混凝土裂缝形成机理混凝土裂缝形成的原因有很多，常见的有以下几种：1. 混凝土中的内部应力混凝土中的内部应力是混凝土裂缝形成的主要原因之一。
当混凝土内部的应力达到一定程度时，就会产生裂缝。
混凝土中的内部应力主要来源于以下几个方面：（1）混凝土的收缩和膨胀混凝土在干燥过程中会发生收缩，而在潮湿的环境中会发生膨胀。
这种收缩和膨胀会导致混凝土内部产生应力，从而形成裂缝。
（2）混凝土的温度变化混凝土的温度变化也是混凝土内部应力的主要来源之一。
当混凝土温度发生变化时，由于混凝土的热膨胀系数与钢筋的热膨胀系数不同，混凝土内部就会产生应力，从而形成裂缝。
2. 混凝土结构的设计和施工混凝土结构的设计和施工也是混凝土裂缝形成的重要原因之一。
在混凝土结构的设计和施工中，如果没有考虑到混凝土的收缩和膨胀、温度变化等因素，就会导致混凝土结构内部应力过大，从而形成裂缝。
3. 混凝土材料的质量混凝土材料的质量也是混凝土裂缝形成的重要原因之一。
如果混凝土材料的强度、韧性、抗渗性等方面没有达到要求，就会导致混凝土结构的裂缝形成。
三、混凝土裂缝形成机理的微观分析方法混凝土裂缝形成机理的微观分析方法主要是通过对混凝土内部结构的观察和分析，来研究混凝土裂缝形成的原因和机理。
具体方法如下：1. 光学显微镜观察光学显微镜是一种常用的微观分析工具，通过光学显微镜观察混凝土薄片的结构，可以了解混凝土内部的组成、结构和微观缺陷等情况。
同时，还可以观察混凝土内部的裂缝形态、分布和密度等情况，从而研究混凝土裂缝形成的原因和机理。
2. 扫描电镜观察扫描电镜是一种高分辨率的显微镜，可以观察混凝土内部的微观结构和微观缺陷。
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第４５卷第６期 ２０１７年６月
华南理工大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．４５ ＮＯ．６
Ｊｕｎｅ ２０１７
文章编号：１０００—５６５Ｘ（２０１７）０６—００８１—０８
多场耦合下路面混凝土细观裂缝的演化规律丰 覃潇 申爱琴 郭寅川 周胜波 何天钦 （１．长安大学公路学院，陕西西安７１００６４；２．广两交通科学研究院，广西南宁５３０００７）
摘 要：细观裂缝的演化与空间展布规律是影响路面混凝土耐久性的关键因素．为明确 寒冷地区路面混凝土在实际工作环境下结构内部微裂缝的萌生、扩展、压缩等演化规律， 基于多场疲劳试验．针对路面混凝土内部结构进行了ＳＥＭ、ＣＴ扫描及图像分割，通过对比 分析荷载单场、荷载一冻融双场及荷载一冻融一干湿循环三场耦合下的裂缝面积密度、平 均裂缝宽度、最大裂缝长度及盒分形维数特征，从细观尺度揭示了不同荷载水平、耦合方 案下微裂缝的动态损伤发展规律．结果表明：单荷载作用下，随荷载次数增加，最大裂缝长 度呈萌生一闭合一延伸交替变化，宽度表现为压缩一扩张交替变化，分形维数先增后减； 荷载一冻融双场耦合引发的结晶膨胀应力促使裂缝面积密度及最大裂缝长度单调增加， ８０％荷裁水平时，混凝土在较小裂缝长度、宽度下便发生疲劳破坏；荷载一冻融一干湿循 环三场耦合下，附加干缩应力沿裂缝方向产生收缩应力，在垂直裂缝方向产生压缩应力， 促使裂缝沿长度方向延伸，宽度减小，同时伴随更多微裂缝成核． 关键词：裂缝演化；多场耦合；路面混凝土；图像分割；动态损伤；发展规律 中图分类号：Ｕ４１４ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—５６５Ｘ．２０１７．０６．０１３
近年来，相当数量的水泥混凝土路面在运行 ３～５年就发生开裂、断板、板底脱空等病害，不仅造 成耐久性大幅下降，且安全性能堪忧’ ．究其原 因，在于路面混凝土直接裸露在行车荷载与大气环 境中，长期受到弯拉荷载、温度和湿度等多物理场的 非线性耦合作用，工作环境复杂，而目前设计当中尚 未考虑多因素对路面混凝土的耦合作用效应 ． 尤其对于气候恶劣的北方寒冷干湿交替区，路面混 凝土在荷载一冻融一干湿循环的不断作用下极易加 剧裂缝发育，最终导致疲劳破坏，而混凝土内部结构 细观裂缝的萌生、扩展及贯通直接决定结构断裂破 坏以至宏观失稳 ． 目前对于混凝土裂缝的相关研究多侧重于力学 理论基础上的宏观断裂破坏 。 ，此种方法仅能从 整体上把握混凝土宏观性能变化规律，而无法获知 混凝土结构内部裂缝从萌生到形成宏观裂缝的整个 损伤发展过程，难以从本质上揭示混凝土破坏的物 理机制．因此，要深入揭示路面混凝土在多场作用下 的裂缝演化损伤破坏机制，需从细观尺度水平人手 开展研究．国内外有关细观尺度水平微裂缝的研究 成果主要集中于假定裂缝理论模型基础上的数值模 拟研究¨ ”ｊ，然而由于理论模型过于理想化、不符 合结构内部裂缝弥散分布的实际情况，模拟得到的 预测结果通常误差较大．凶此，基于数字化图像处理 技术＿ｌ 研究多场耦合作用下路面混凝土细观裂 缝的演化规律，对于揭示路面混凝土破坏机理、解释 混凝土路面在实际Ｔ作环境下的性能动态变化过程 具有重要意义． 文中针对我国寒冷干湿交替区的路面混凝土， 借助荷载单场、荷载一冻融双场以及荷载一冻融一
收稿日期：２０１６－０８—２９ 基金项日：国家自然科学基金资助项目（５１２７８０５９）；长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（３１０８２１１７５０１４） Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｔｅｍ：Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｍ’ａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｔ Ｃｈｉｎａ（５ ｌ ２７８０５９） 作者简介：覃潇（１９９２一），女，博＿＿｝＝生，主要从事道路材料研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｉｎｎａｏ＠１２６．ｃｏｒｎ ４５咎 ｔ 循环＝＝＝＝场耦合卜的疲劳试验，采月｛ＳＥＭ、ＣＴ试 验 Ｉ皇１像分割技术刈‘细观裂缝进行定量化分析，通 过研究裂缝面干Ｊｌ钎度、平均裂缝宽度、最大裂缝长度 及分彤维数特 ，揭示不同荷载水平、耦合方案下路 面混凝卜的细观裂缝演化规律． １ 试验设计 １．１ 啄材料及配合比 水 采刚篼尔Ｐ．Ｏ ４２．５Ｉ｛ 通硅酸盐水泥；矿 物掺合料为制川￥９５级矿粉及韩城Ｉ级粉煤灰，技 术指怀 表１；＇卡ｌ【 料采川寓 石灰岩本行，分为 ４．７５～９．５０ ｉ／ｌｌｎ Ｉ ９．５０～ｌ９．００ Ｉｎｎｌ两档，混合比例 为１：４，性能指标弹 表２；细集料采川潮桥河砂，细 发模数为２．６，表规密度为２．６５ ｇ／ＣＩｌｌ ；外加剂为 ＫＩ）ＳＩ’一ｌ 高性能减水剂，减水牢为２５％， 气量为 ３％～６％：水为ｐ 安ｆ『了政自来水． ＆１ 矿粉埂粉 灰技术指标 ａｂｌｅ １ Ｔ Ｉｌｌｌｉ（ ａｌ ｉｎｄｅｘｓ ｏｆ ｓｌａｇ ａｎｄ ｔｌｙ：ｌｓｈ ２粗集料 小 能指标 Ｔａｌ’ｌｔ ２ Ｆｕｎｄａｎｕ＇ｕｔａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｉｎ＆ ＫＳ ｏｆ ｃ（）ａＩ＇ｓｔ￣ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｛；虑重裁、特 交通条件，路面混凝’１ ２８ ｄ抗 弯十 发应分别小低于４．５干¨５．０ ＭＰａ，＾叟以Ｃ３０、 Ｃ４０路 混凝土为埘象进行多场耦合下的微裂缝演 化规 研究．掺『Ｊ（ 物掺合料的混凝土慢度完全形 成约 ９０ｄ， 此ｆ１』ｆ＝究中混凝十养护龄期为９０ｄ．经 耐久 优化后的路 混凝土配合比见表３． ３路 混凝… 合比 ａｌｄｅ ３ Ｍｉｘ Ｉ）１ ＯｐＯ［ｔｉｏｎ ｌｌｆ１ １）ａｖｅｎｌｅｉｑｔ ＣＯｎＣＩｅｈ 标 Ｃ３（） （：４０ 水胶 比 ，ｋ泥 ０． ４ ２８５ ５７ ３８ ｌ １９ １ ｌ ８５ ７２６ ２ ２８ ０．３４ ３１５ ６３ ４２ ｌ４３ １ ｌ１４ ７３４ ２．５２ １．２ 疲劳试验方法 据ＪＴ（；一Ｅ３０－－２００５《公路工程水泥及水泥混 凝土试验规程》成 ４ １ ００［Ｍｉｌｌ×ｌ ００ Ｉｌｌｌｌｌ×４００ ｎｌｌｌｌ棱柱 体试件，将Ｊ 移人标准养护稍（濉发（２０±１） ， 对 湿度≥９５％）中放 ９０ｔ１． ｛ １：哉疲 验采月＿Ｊ ＭＴＳ ８１０疲劳试验机 腮，杉虑刽ｉ ７ｒ衙载 ｊ路面 的接触状态 动态变化，采川ｌｌ 坂波ｉ分 ？，ｔＤＨ找，ＪＪＩ１ 载频率】０ｌｔｚ，低高应 儿匕０．１； 帧拟耦合环境，将 以上疲劳试验机与ＢＥ一 卜Ｈ１５０１ｔ８ Ｊ 可程式 ＾ 湿箱进行合理组 ， 水泥濉凝１ 件提ｆ，ｔｋ、 １＂４Ｊ试 验环境，改装后的疲劳 验机『』【１ ｌ昕示． 虑交通 倚载作ｊ｛｛的瞬时性＿及冻融、｛ 循环的时效 ，路嘶 混凝土在文际＿ｒ作环境Ｉｆ１并 持续 受多场荆合作 用，因此除卡禺合作ｆＨ ｌ１、ｆ ｎ１】段外，还没置交 作ｔＩｊ阶 段．为提高试验效率，混凝十的交杵作川阶段果川 ． 独的疲劳试验机、快速冻融试验机 恒温 衔进 行模拟．试验按时问递进次序选择４个阶段 ｉ１（ｉ、 Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ进行，每阶段均在ｎｔ』一阶段摹砌Ｉ 累汁进 行，在各阶段结束 进ｆ 观裂缝 ｉＪｉ＝验．
１ 虾境披 机 Ｆｉｇ．Ｉ Ｆａｔｉｇｕｅ ｔｅｓｈ Ｉ．ｗｉｔｈ（＇ｏｕｐｌｉ）ｌｇ ｆｍｗｌｉｏｎａｌｉｌｖ
１．３ 参数确定及耦合方案设计 １．３．１ 疲劳荷载应力水平 当心力低丁０． ／＝ （ ． 为濉凝ｔｚ￣／Ｃ蛮托曲 度） 时，路而混凝士的应力、应变成线 系， 破坏所 需周期较长；当应力巡过０． ｈ５，幢乃一ｆ、 Ｉｔｔｔ线 呈非线性， 会对混凝十结构造成 性损伤； ：施加 应力过离（＞０．８ｔ；．，），试件易过１ｔ１．发生破坏，难以对 其做裂缝演化状态进仃有效捕捉． 此，疲仿 找应 力水平没为３０％、５０ｃＡ ｆｌ１ ８（） ，，Ｊ＼！ＪｊｌＪ刈‘『１ 扇ＪＩｉｌ＿Ｊ低筒 载水平、普通荷载水 低删尚倚戕水平损伤３利 情况．疲劳试验，Ｐ）ＬＴＪｉｌ找述率为３．６，Ｊ．次／ｌ１． １．３．２ 温度及湿度水平 针埘路面混凝土耐久忭分ｌ 所对应的冻融地区 温湿环境，选择冻融衙环范 为一１ ８～５ ， 循 环范『韦Ｉ为４０％～８０％，７Ｉ上次冻融循 时间 ｊ ｆ 循 环时间均为４ｈ，持续进行． 第６期 覃潇等：多场耦合下路面混凝土细观裂缝的演化规律 １．３．３耦合方案 为明确耦合条件对路面混凝土裂缝演化的影 响，设计荷载单因素及荷载一冻融双因素组作为对 照组，耦合方案见表４．由于８０％荷载水平与温湿度 耦合时存在材料损伤较快的现象，因此适量减少其 荷载、冻融次数及测试间隔，对于三场与双场、单场 耦合之间的作用次数关系同样按以上原则设计，其 中８０％荷载水平下三场耦合试验仅包括３个阶段． 表４耦合试验方案” ＴａｂＬｅ ４ Ｃｏｕｌｐｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｐｒｏｇｒａｍ １）表中百分数表示荷载水平；疲劳茼载加载单位为“万次”，冻 融循环单位为“次”，千湿循环单位为“月”；均对各组耦合试验最后 阶段结束前未断裂的试件加载至疲劳破坏． 本研究设计的耦合阶段与交替阶段顺序见图２． １ ． Ⅱ ． １ＩＬ ． Ｉ、 笪型 ．４ＹＹ ．笪载８万次—笪戡４．８万次 双场５０ｃ／ｃ标养混凝土冻融１５０次冻融７５次冻融７５次＋疲劳破坏 耦合交替祸合交替耦合 交替 生王 ４．８万次 ４．８万移 载４。８万次 蚁场８０％标养混凝土盗世 丛速世 丛盗逊 丛±壁董照坏 耦合交替耦合交替耦合 交替 茼载７ ２万次倚载２．４万次衙载２．４万次 冻融７５次冻融２５次 冻融２５次 三场５０％标养混凝土 面、月下殛１个月ｊ！而１个月＋疲劳破坏 耦合交替耦合交替耦合 交替 倚戴２．４万次荷裁２ ４万次 冻融２５次冻融２５次 三场㈤％标养混凝土工遑！仝 土星！仝 ±照 破坏 —｝———————— —｝————————— 耦合交替耦合 交替 图２耦合与交替阶段试验顺序流程图 Ｆｉｇ．２ Ｆｌｏｗ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｅｓｔ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｆｏｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｄ ａｈｅｒｎａ— ｔｉｖｅ ｓｔａｇｅｓ １．４路面混凝土细砚裂缝表征方法 混凝土裂缝分为小 度卜了大 度裂缝，试验采 用日本Ｈｉｔａｃｈｉ Ｓ－４８００场发射手ｊ描电子 微镜观察 试件表面的小尺度裂缝，采用ＡＣｒｒＩＳ３００—３２０／ ２２５ＣＴ／ＤＲ高分辨率ｌ 业ＣＴ对疲劳破坏的试件进 行大尺度裂缝无损表征．经扫描后对ＳＥＭ以及ＣＴ 图像进行增强与分割，采用ｈｎａｇｅ Ｐｔ‘Ｏ Ｐｌｕｓ软件进行 罔像特征参数提取（见冈３），裂缝参数包括裂缝面 积密度、平均裂缝宽度、最大裂缝长度及盒分形维数．