【摘 要】水泥混凝土路面表面功能品质的持久性离不开表面功能构造的耐磨性，分析表面功能构造的破坏机理，研究耐久性改善措施，可为延缓水泥混凝土路面表面构造过早破坏导致的表面功能品质的严重下降，提供必要的技术支持。
【关键词】水泥混凝土路面；构造破坏；耐磨性；服务年限；冲击作用；应力重分布
0 引言
水泥混凝土路面承受着包括履带车和防滑带钉轮胎在内轮胎磨耗作用，处于表层的功能构造与轮胎胎面直接接触，首当其冲遭到破坏。
1 路面混凝土表面构造特点及破坏影响因素
1.1 气温影响
水泥混凝土是体积敏感性材料。水泥混凝土路面直接受环境温度变化的影响而发生温度的日变化和年变化，大气变化的影响程度随距离路表的深度而逐 渐减弱。温度状况随时间和深度的变化，在混凝土内部产生温度应力梯度，使得表层混凝土功能构造出现相对于核心处混凝土结构的胀缩变形。这些表面构造的相对 变形受到下层混凝土板的整体约束作用，混凝土表面会产生膨胀压应力、收缩拉应力和翘曲应力。由于路表构造载体是组成各种纹理的面层混凝土，具有不均匀的结 构，故这种内应力的变化会在表面构造薄弱环节处首先产生裂缝，然后随时间发展造成整个表层剥落。
1.2 自然环境影响
1.2.1 冻融循环
1.2.2 环境水的作用
1.2.3 风化作用
1.2.4 碳化作用
1.3 行车作用影响
行车对表面构造的破坏作用包括荷载和轮胎两方面的影响。行车荷载是直接作用在路面上的主要外界因素，也是促使路面结构产生损坏的主要肇因。荷载经由轮胎传给路面，轮胎与路面的接触压应力以及轮胎的变形情况对路面表面纹理构造的受力及变形有直接影响。
1.4 表面工艺影响
为保证水泥混凝土路面满足抗滑、排水性能的要求，表面一般都做功能构造，如拉毛、刻槽、拉槽、露石等形式，不同的表面功能构造在轮胎荷载下有 不同的受力形式，耐久性程度也不同。施工成型工艺（如真空脱水、静压抹面）关系到表层混凝土的水灰比、密实程度，从而影响其强度。抹面方式及次数影响到表 面混凝土的含水量，二次抹面能够减少空隙微裂缝等原生缺陷，使表层混凝土密实，提高功能持久性。
1.5 养护影响
养护工艺对表面构造的影响主要在于养护期间保证强度增长，覆盖洒水养生保证混凝土早期强度形成，以使得路面在通车后能够有足够的强度承受荷载 和抵抗轮胎磨耗。如果养护措施不当，对表层混凝土强度的增长有很大的不利影响，表面往往会出现干缩裂纹甚至塑性收缩裂纹。冬季施工的路面如果保温措施不 当，可能出现早期冻害，尤其以表层混凝土最严重。
2 水泥混凝土路面磨损机理
2.1 粘着磨损
2.1.1 机理
由于路面表面是粗糙构造，在轮胎与路面相互接触时，并非完全接触而是在一些凸出点上首先接触，在法向载荷作用下，接触点的压力很大，接触点的 变形将导致凸出的部分被破坏，于是轮胎与路面直接接触，在接触点上的颗粒被粘附到轮胎上。滑动时，粘着点发生剪切和材料的转移，同时，在临近区域新的粘着 点又可能形成。所以，粘着磨损的过程可描述为：路面表面产生相对滑动时发生粘着，粘着点被剪切和转移，然后再粘着、再剪切、转移，最后使得摩擦表面破坏并 形成磨屑。因此，粘着磨损的大小与粘着点的剪切位置有关。
2.1.2 影响因素
粘着磨损材料损失量与所加法向荷载和摩擦距离长度成正比，荷载越大，摩擦距离越长，损失越多；另外，损失量还与二者实际接触面积有关。对材料而言，脆性材料比塑性材料更能抵抗粘着磨损的影响，因此，水泥混凝土路面的粘着磨损相对较小。
2.2 磨粒磨损
2.2.1 机理
通过借鉴其他材料磨粒磨损机理的分析方法，可以将水泥混凝土路面表面功能构造的磨粒磨损机理分为以下部分：
第一，微观切削磨损。
磨粒在材料表面的作用力分为法向力和切向力两个分力。法向力使磨粒压入表面；切向力使磨粒向前滑动，当磨粒形状与运动方向适当时，磨粒如同刀具一样，在表面进行切削而形成切屑。但这种切屑的宽度和深度都很小，因此切削也很小，所以称之为微观切削。
第二，重复塑变磨损。
塑性变形降低了材料应力重分配的能力，有些截面由于应力集中而逐渐丧失塑性并转变为脆性状态，在冲击力作用下裂断成磨屑。
第三，微观断裂磨损。
磨损时由于磨粒压入被磨材料表面而具有静水压的应力状态，所以大多数材料都会发生塑性变形。但是有些材料尤其是脆性材料，可能是断裂机理占主要地位。对水泥混凝土这种脆性材料来说，磨粒对其表面挤压会形成明显的表面裂纹，而且断裂韧性越低，裂纹也就越长。
2.2.2 影响因素
1）硬度：磨粒磨损与水泥混凝土表层的硬度有关，但由于水泥浆的存在，一般条件下混凝土表层的硬度难以超过磨粒硬度；从磨粒导致表层混凝土变 形的角度分析，降低弹性模量，增大水泥混凝土表面弹塑性变形能让磨粒从摩擦界面通过，则可避免被磨表面被犁削，从而可提高抗磨损能力。
2）磨粒尺寸与几何形状：磨料磨损过程中，磨料尺寸对耐磨，存在一个临界尺寸。当磨粒尺寸在临界尺寸以下时，体积磨损量随磨粒尺寸的增大而增 加；当磨粒尺寸超过临界尺寸时，磨损体积量增加的幅度呈明显降低趋势，不同物质构成的材料其直线斜率不同，临界尺寸也有区别。磨粒的几何形状对磨损率也有 较大的影响，特别是磨粒为锐角时更为明显。
2.3 疲劳磨损
2.3.1 机理
水泥混凝土路面承受的最大法向正应力虽然就在表面上，但最大剪应力却发生在表层以下的次表面层，在受力点前后分别形成压力区和拉力区，由于接 触应力的移动和反复作用，水泥混凝土表面不断承受着压应力和拉应力的交替循环，形成周期性扰动。同时水泥混凝土在硬化过程中，由于干燥收缩、温度应力及界 面不均匀等原因，将产生许多微裂纹等原生缺陷，而这些原生缺陷则成为磨损时循环扰动力的疲劳裂缝引发源，可导致表层裂缝的扩展，最终引起路面表层的局部断 裂。当疲劳裂缝扩展后，砂浆因嵌埋不深极易脱落。
2.3.2 影响因素
1）水泥混凝土材料自身性能：水化作用充分、密实性好、空隙连通等原生缺陷少的混凝土，耐疲劳磨损性能就好。疲劳磨损与材料的断裂韧性有很大 关系，加强施工质量控制中减少孔隙、微裂缝等原生缺陷，提高均匀性，增强非均质界面的薄弱区，增大韧性，降低脆性，则可有效改善水泥混凝土的抗疲劳磨损性 能。
2）路面荷载的影响：重载车辆对路面表面的冲击大，容易加剧表面构造的疲劳磨损。
3）路面表面状况：表面粗糙程度对疲劳磨损影响很大。出于表面功能的需要，水泥混凝土路面需要粗糙的表面构造，因此疲劳磨损所占比重较大，因此提高水泥混凝土路面表面功能构造的抗冲击韧性和断裂性能显得尤为重要。
2.4 腐蚀磨损
当接触界面相互之间存在可产生化学反应的物质（如侵蚀水、除冰盐），经接触、滑动摩擦造成磨损，在表面形成反应物且演变为磨蚀残留物或形成更大的颗粒停留在摩擦界面上。
此外，高速行驶的汽车如遇到路面凹凸不平时会产生负压，在反复负压作用下，路面会出现类似水工混凝土结构物遭遇含砂水流那样的空蚀效果，形成空洞。
3 结束语
总之，水泥混凝土路面长期暴露在自然环境中，持续受到车辆轮胎磨耗与冲击作用，此外还会受到环境介质对混凝土的侵蚀、对于季冻区混凝土路面还必须具备抵抗冻融循环的能力，因此，处于水泥混凝土路面表层的功能构造的必须具备良好的耐久性。
【参考文献】
[1]赵桂娟.水泥混凝土路面抗滑性能研究[J].山东交通学院学报，2006，14（2）：34-36.
[2]刘洪辉.水泥混凝土路面抗滑性能评价指标与方法研究[D].西安：长安大学，2009.
[3]张铭光，刘遵纪.滑模摊铺混凝土路面耐磨性的研究[J].公路，2001，37（3）：36-38.
[4]王吉忠.轮胎与路面之间的摩擦和附着[J].轮胎工业，2002，22（2）：67-70.