目前,我國混凝土水泥路面采用的設計方法為力學-經驗法,采用的設計理論為彈性地基板體系理論。結構設計依賴的是反映各設計因素與結構響應之間定量關系的模型,設計因素有荷載、材料、環(huán)境及結構組合和構造措施,結構響應表現(xiàn)為路面內產生的應力、應變及變形量,同時,還要考慮路面結構對使用性能的要求。水泥路面中設置了各種不同類型的接縫,用于平衡板體脹縮變形,但是,對于垂直變形,特別是不均勻沉降變形,設計中卻考慮甚少。而一般板底脫空超過2mm或不均勻沉陷時,荷載作用就會在板底產生很大的脫空附加應力,導致早期斷板或破損。
按照現(xiàn)行設計規(guī)范,板厚計算僅考慮了兩種應力,即荷載疲勞應力和溫度疲勞應力,而且假定面板底部的支撐是均勻的,并未考慮櫥氏脫空所產生的附加疲勞應力。而正是這種板底垂直沉降、唧泥、脫空產生的附加應力致使一些混凝土水泥路面使用不到10年,甚至3-5年內出現(xiàn)早期破壞。
另外,我國水泥路面結構設計還存在著總體結構偏薄、基層類型單一、強度偏低等問題。破損較多、較早的混凝土路,絕大多數(shù)僅設置了一層20cm左右的半剛性基層,而很少使用貧混凝土基層、瀝青碎石或瀝青混合料基層,有些半剛性基層強度偏低。實踐表明,在特重及重交通條件下,總體厚度過薄的路面使用年限僅為設計年限的1/3。因此,要提高混凝土水泥路面使用壽命,一方面要嚴格限制超載,同時要適當加大面板及總結構厚度,增大安全儲備,減少早期病害。
目前,我國在混凝土水泥路面修補料組成設計方面,也存在著指標單一,計算公式陳舊的問題。盡管《公路混凝土水泥路面設計規(guī)范》(JTGD4O-2002)和《公路混凝土水泥路面施工技術規(guī)范》(JTGF30-2003)相繼頒布,但配合比計算參數(shù)還采用多年前國家025課題提出的經驗公式,組成設計僅以抗彎拉強度為設計指標,未考慮混凝土的其它重要路用性能,如收縮性、耐磨性、抗?jié)B性、抗凍比、抗腐蝕性和抗滑性等,加之原材料不夠精良,致使所確定的設計參數(shù)和混凝土所達到的性能無法全面反映現(xiàn)代混凝土路面的使用性能。
按預定性能進行混凝土水泥混合料組成設計是混凝土科學的永恒課題和追求的目標。路面混凝土水泥有哪些性能要求,這一間題目前還沒有得到統(tǒng)一認識。生產或使用單位往往認為,抗彎拉強度滿足設計要求就代表滿足路用性能要求。目前混凝土水泥路面施工技術規(guī)范雖提出滿足施工性、抗彎拉強度、耐久性和經濟性的要求,但耐久性指標并不明確。因此,應加大混凝土水泥路面修補料組成設計的研究力度,提出一套科學的組成設計方法,進一步完善混凝土水泥路面設計、施工和養(yǎng)護規(guī)范。