对水泥砼路面胀缝板材料的探讨

　　前言：
　　砼路面设置胀缝的目的是为砼路面板受热膨胀提供伸长的空间，避免产生过大的热压应力，从而使砼路面避免产生拱胀破坏，以及避免对邻近构造物造成影响。但是，众所周知，我国以前施工的水泥混凝土路面胀缝绝大部分都发生了不同程度的破坏，其中许多胀缝破坏是由于胀缝板材料选择不当造成的。

　　1、传统的水泥砼路面胀缝板材料存在的问题
　　目前，国内外主要采有的胀缝板材料主要有三大类：a.木材类； b.塑料泡沫类；c.纤维类。
　　木材类胀缝板：主要采用无活节劈裂变形的软质木材，有天然木材如：红松、白松、白杨及杉木等。木材类胀缝板的压缩应力一般都较大，所能提供的伸缩量很小，导致了胀缝数量的增加或砼路面板内部过大的热压应力得不到有效地释放。胀缝数量的增加，不仅增加造价，给施工带来麻烦，而且影响砼路面的使用性能和使用寿命。而砼路面内部过大的热压应力得不到释放，则可能导致砼路面拱胀破坏。更为严重的是，有些木材类胀缝板的极限抗压强度比砼路面内部可能产生的最大热压应力还大，用这种杉木板做为胀缝板将是无效的。表1中的试验数据就充分说明了这一点。而施工时，都没有对胀缝板做压缩试验进行检验，导致了将无效的木材类胀缝板应用于工程中。做这样的胀缝，不仅劳民伤财，而且影响砼路面的使用性能和使用寿命。表1列出了实测的三块杉木板的压缩试验数据。杉木板的尺寸为10cm×10cm×2.5cm。三块杉木板的材料相同，取材于同一根杉木的同一部位。杉木板的变形量与加载速度有很大关系，我们对1#、2#和3#杉木板分别采用不同的加载速度。对1#杉木板的加载速度为0.01mm/s；对2#杉木板的加载速度为1MPa/4min；对3#杉木板的加载速度为1MPa/8min。从三块杉木板的试验数据可知，虽然加载速度越慢，变形越大。但不论加载速度为多大，当杉木板所受到的荷载不大于7MPa时，杉木板的变形量很小，均不到1mm。但在荷载达到14MPa之前，杉木板的压缩量均可达到原厚度的二分之一。单从对胀缝板压缩应力的技术要求来说，这种杉木板肯定能满足《公路水泥砼路面设计规范》（JTJ 012-94）要求的（规范要求值为5.0MPa～20MPa）。虽然表1中的试验数据不是完全按照标准试验方法得出的，但通过对试验数据和试验方法的分析，可以肯定该杉木板的压缩应力介于7.0MPa～14MPa之间。在我省气候条件下，根据应力分析，砼路面内部产生的最大热压应力一般都难以达到7.0MPa。如果用这种杉木板做胀缝板，那么，在砼板受热膨胀时，这种杉木胀缝板产生的压缩量将小于1mm（当胀缝宽度不大于2.5mm时），几乎不能为受热膨胀的砼板提供伸长的空间，换句话来说，这样的胀缝是一种无效的胀缝。实践经验也证明了大多数情况下，木板类胀缝板是无效的。因此，不应在水泥混凝土胀缝结构中采用木材类胀缝板。

　　表1 杉木板压缩变形与承压荷载关系表
　　荷载(MPa) 1 2 3 4 5 6 7 8
　　变 1# 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 3.0
　　形 2# 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 6.5
　　(mm) 3# 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 7.3
　　荷载(MPa) 9 10 11 12 13 14 15
　　变 1# 5.0 8.0 10.3 11.5 12.0 12.6 13.0
　　形 2# 8.0 10.0 10.9 11.8 12.4 13.0 13.5
　　(mm) 3# 9.6 11.0 11.7 12.5 13.0 13.4 13.9
　　b．塑料泡沫类胀缝板：在我国采用塑料泡沫板材做胀缝板的情况很多，工程实践表明：塑料泡沫板材，由于刚度太小，在施工中易变形损坏，易产生连浆等现象，特别不适应滑模连续摊铺对其挤压变形小的要求，不便于在滑模摊铺水泥砼路面胀缝中采用。而滑模摊铺是我省乃至全国高等级公路水泥混凝土路面的主要施工方式。因此，有必要寻找一种性能优良的适合滑模连续摊铺施工的胀缝板来替代以往人工摊铺中经常使用的塑料泡沫胀缝板。
　　c.纤维类胀缝板：纤维类的胀缝板因复原率低，价格相对较高，且密度较大的纤维板可压缩性能差，因此在我国很少采用。

　　2、胀缝板的性能要求
　　在《公路水泥砼路面设计规范》（JTJ 012-94）对不同种类的胀缝板材提出了不同的要求，这是不科学的。不同的材料对其性能指标的要求应当相同。
　　压缩应力 规范要求值为：木材类5.0MPa～20MPa；泡沫类0.2MPa～0.6MPa；纤维类2.0MPa～10Mpa。根据分析，我省砼路面在最高气温时所产生的热压应力一般为4MPa左右，可能产生的最大热压应力一般情况下也小于7.0MPa。在我国其它一些气温较低的省份，路面在最高气温时所产生的热压应力及可能产生的最大热压应力将更低。如果胀缝板的压缩应力过大的话，在砼板受热膨胀的过程中，胀缝板的压缩量就会太小，甚至几乎没有，就像上文所述的杉木板一样。因此，胀缝板压缩应力不宜大于4MPa。一般情况下，像杉木板、松木板等木材类材料是不能用做胀缝板的。在大多数情况下，木板的极限抗压强度比砼路面内部产生的热胀应力还大，在砼板热胀应力的作用下，木板产生的压缩变形非常小，无法满足砼路面板受热膨胀的要求。对于压缩应力过大的纤维板，也有与木材相类似的情况，也是不能用做胀缝板的。至于《公路水泥砼路面设计规范》（JTJ 012-94）对泡沫类胀缝板压缩应力的上限值规定，我们认为偏小。因为压缩应力大于0.6MPa的泡沫类材料，没有理由认为不能用做胀缝板。其实，压缩应力大于0.6MPa的泡沫类材料用做胀缝板，性能可能更好。因此，对胀缝板压缩应力的要求应为小4.0MPa为宜。
　　复原率 规范要求值为：木材类>55%；塑料泡沫类为>90%；纤维类为>65%。事实上，复原率小的胀缝板，容易导致胀缝渗水和泥砂等杂物进入胀缝，从而引起路面病害。因此，对复原率的要求应适当大一点，建议采用大于90%的指标值。
　　弯曲荷载 规范要求值为：木材类100～400N；塑料泡沫类为0～50N；纤维类为5～40N。对胀缝板来说，在满足其他各项性能指标的前提下，其承受弯曲荷载指标能力应越大越好，因此不应该有其上限的控制。对于其下限也应该提出一个合理的要求，象塑料泡沫类的下限为0，应是不合适的，该种胀缝板是不能用于实际施工的。
　　所以，胀缝板应根据水泥砼板块的胀缩特性，选用能适应水泥砼面板膨胀收缩，具有较大的可压缩性和复原性，施工时不变形，耐久性良好的材料。其性能技术指标的要求，也根据水泥砼板的胀缩特性，提出一个统一的性能指标要求，而不是按其种类分别提出各种不同的指标要求，根据我们对水泥砼胀缝设置的一些研究分析，建议压缩应力指标为<4MPa，复原率为>90%，挤出量为<5.0mm，弯曲荷载为>5N。

　　3 新型的胀缝板材料
　　在我们设计的益常高速公路、湘耒高速公路、耒宜高速公路水泥砼路面胀缝结构中，采用高弹性塑胶板（密度为0.25t/m3～0.3t/m3）做胀缝板。该弹性塑胶板具有良好的可压缩性，压至二分之一厚时，只有0.3MPa左右的压缩应力，在使用中，一般可压缩70%～80%。该弹性塑胶板具有良好的弹性，弹性复原率可达95%以上。砼板在低温收缩时，弹性塑胶板因其良好的弹性，仍然能与砼板侧壁保持紧密接触，在填缝料失效无法密水的情况下，能有效地防止雨水的渗入。另外，该弹性塑胶板具有一定的刚度，弯曲荷载可达30N左右，工程实践表明可很好地适应滑模连续摊铺对其挤压变形小的要求。同时，该弹性塑胶板的挤出量与耐久性均能满足规范要求，是一种性能优良的胀缝板材料（弹性塑胶板的性能参见表2）。

表2 弹性塑胶板性能试验结果一览表

　　试验编号 密度(g/cm3) 压缩应力(Mpa) 挤出量(mm) 复原率(%)
　　1 0.244 0.234 2.0 99
　　2 0.277 0.376 2.2 99
　　3 0.292 0.460 2.5 99
　　从目前益常路、湘耒路的通车实践情况来看，高弹性塑胶板的使用效果非常不错，到目前为止，益常、湘耒高速公路还没有发现胀裂现象。

　　参考文献：
　　部颁规范《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012-94）。