真空预压水泥混凝土浇筑连续路面研究.pdf

第 3 7卷 ， 第 1 期 2 0 1 2年 2月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 7，No 1 F e b， 2 0 1 2 真 空预压水 泥混凝土浇筑 连续 路面研 究 周漱 溟 ( 湖南省交通科 学研 究院 ， 湖南 长 沙4 1 0 0 1 5 ) 摘要】真空预压混凝土技术是一种新技术， 其工艺就是对未凝固的混凝土施以真空预压， 使其脱水和压 密 ， 达到增 加强度 ， 减少体积 收缩变 形 ， 消灭早期裂缝 ， 提高 耐久性 之 目的。文 中分析 了其可 行性 和一系列 物理水 力化学机理 。应用 于高速公路 路面 ， 可浇筑 出长达 2 0 0 m的无筋水泥混凝土的连续路面 。 关键词 真空预压 ；水泥混凝土 ； 浇 筑 ； 工艺 中图分 类号U 4 1 6 2 1 6 文献标识 码】A 文章编号1 6 7 4 - 0 6 1 0 ( 2 0 1 2 ) O l - 0 0 6 5 - 0 6 R e s e a r c h o n C o n ti n u o u s l y C o n c r e t e c a s t P a v e me n t v i a Va c u u m Pr e l o a d i n g Te c h n i q u e ZHOU S h u mi n g ( Hu n a n C o mm u n i c a t i o n s R e s e a r c h I n s t i t u t e ，C h a n g s h a ， H u n a n ， 4 1 0 0 1 5 ， C h i n a ) A b s t r a c t A s a n i n n o v a t i v e a p p r o a c h ，t h e v a c u u m p r e c o mp r e s s i o n t e c h n i q u e i n c o n c r e t e p r o c e s s - i n g a i ms t o s t r e n g t h e n t h e c o nc r e t es i nt e n s i t y，r e d u c e s h r i n k a g e a n d d e f o r ma t i o n，a v o i d e a r l y c r a c k s a nd i n c r e a s e i t s d u r a bi l i t y b y d e hy d r a t i n g a nd i n t e n s i f y i n g u nh a r d e ne d c o nc r e t e t h r o u g h v a c u u mi z a t i o n a nd pr e c o mpr e s s i o n Thi s p a p e r a na l y z e s i t s f e a s i b i l i t y a s we l l a s a s e r i a l o f p h y s i c a l ，h y d r a u l i c a n d c h e mi c a l me c h a n i s mApp l y i n g t h i s t e c h n i q u e i n e x p r e s s wa y p a v e me n t ， we c a n c o n s t r u c t c o n t i n uo us no n r e i n f o r c e d c o n c r e t e r o a d a s l o n g a s 2 0 0 me t e r s Ke y wo r d s v a c u u m p r e l o a d i n g ； c o n c r e t e ；c o n c r e t e c a s t i n g ；t e c h n i q u e O 前言 土在某些领域的特定环境下也有应用的空间。 我 国高速公路路面的发展经历 了水泥混凝土路 面和沥青混凝土路面两个阶段 ： 早期路 面多为水泥 路面 ， 近期路面几乎都是沥青路 面。水泥路面呈全 面退出高速公路之势， 只在二 、 三级公路和乡村公路 还大量采用。这种情况与欧美发达国家正好 相反。 水泥路面有多缝 ( 锯缝 、 断裂 ) 、 缝隙渗水破坏 、 维修 养护时间长等与生俱来的缺点 ， 加上结构层设计欠 合理 ， 施工质量不太可靠等原 因， 使其缺点更得以充 分暴露展示 ， 寿命很难达到设计的 3 0 a 。 真空预压水泥混凝土 ( 以下简称真空预压混凝 土) 具有降低水灰 比、 提高强度 、 减少收缩的重要作 用。用于路面时 ， 可消灭早期裂缝、 减少断板 ， 不必 锯缝不必分 块 ， 而将素 混凝 土水 泥路 面做 成 长达 2 0 0 m的连续路面。对充 分发 挥水泥路面 的优点、 达到和延长设计寿命具有重要意义。真空预压混凝 1 真 空预压 混凝土的概 念 真空预压和真空一堆载预压原本是土木工程中 处理软土地基 的一种方法。通过真空排水和加压 ， 能使软土快速排水 固结 ， 达到快速增加土体强度、 提 高承载力 ， 减少工后沉 降之 目的。让未硬化新浇筑 的混凝 土， 在真 空预压状态下 排水凝结、 固化和养 生 ， 便是真空预压混凝土。在真空预压的同时 ， 利用 特殊设备方法 ， 在预定的方 向施加压力的方法 ， 称之 为真空超压混凝土。一般工程采用真空预压即可满 足需要 ， 没有使用真空超压的必要， 所 以首先开展真 空 预压 混凝 土研 究 。 目前在世界混凝土界 尚未发现真空预压混凝土 研究的报导 ， 更无开发应用 的工程实例。与之有点 类似的有混凝土 高压蒸养 技术和 日本 A Q模板 技 术。所谓“ 高压蒸养技术” 是将水泥( 或生石灰 ) 同 收稿 日期 】2 0 1 l O 9 2 O 作者简介】周漱溟( 1 9 6 4 一)， 男 ， 湖南湘潭人 ， 工程师 ， 主要从事高速公 路施 工监理 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路工程 3 7 卷 其它含硅质原料混合 、 成型 ， 置于密闭高压容器( 蒸 压釜内) ， 在高温和对应饱 和气压下， 进行水热反应 的一种高压蒸汽养护方式 ， 它与常压蒸汽养护方式 在本质上是不相同的； 所谓 “ A Q” 模板技术， 它以有 机纤维 、 水泥按一定 比例混合 ， 加入一定用水量及高 效减少剂共 同拌和， 再通过真空脱水及加压成型而 成为 A Q模板 。用这种板材作为海水环境的钢筋混 凝土桥墩模板 ， 同时该模板作为结构 中的一部分不 再拆除。据说这 种模板 能抵抗 各种劣化 因子的侵 蚀 ， 使混凝土具有超高的耐久性 。可以看出， 上述两 种技术与真空预压混凝土是不同的。 2真空预 压混凝土 的机理 2 1物理 水力 学机 理 新拌 制的普通塑性混凝土混合物 由固体颗粒 ( 粗集料、 细集料 、 水泥颗粒 ) 、 水和空气组成。振捣 成型后 的混凝 土由固体颗粒和水组成( 空气约 占总 体积的 1 ， 通常不受关注 ) ， 此时的水均匀存在于 混合物中， 大部分呈 自由形态 ， 能流动和传递静水压 力。水 的质量 占单位混合物( 表现密度按 2 4 0 0 k g m 计 ) 的 6 3 一7 9 ( 每 m 用 水量 按 1 5 0 1 9 0 k g计算 ， 它与坍落度要求 ， 集料的品种与大小有 关 ， 未计 掺入减水 剂的情况 ) ， 但体积却 占 1 5 一 1 9 。这些水一部 分 因孔隙水压力差而往外渗 透 ( 即肉眼看到 的表 面泌水 ) ； 一 部分参与水化反 应 ( 据有关文献， 水化的水量较小， 最多只有水泥质量 的 0 2倍) ； 剩余 的水蒸发干燥 ， 形成孔 隙。渗透及 干燥耗水是混凝土体积收缩 ( 早期开裂 、 后期体缩 ) 的重要原因。真空预压的 目的就是想办法让这部分 水在终凝前排除掉。 在一次水化尚未开始或水化反应还很微弱时， 简单理解为初凝前 ， 混凝土 内部某点 的垂直应力可 用式( 1 ) 表达 ： o r = o r + z ( 1 ) 式( 1 ) 中： o r 为某点的垂直应力 ， 等于预加应力 和混 合物 自重应力； 为颗粒之 间的有效应力 ； 为孔 隙水 压力 。 随着空气的排除 ， 振捣使混凝土趋于密实孔隙 变小。当变小的孑 L 隙全部为水充填时 ， 孔 隙水压力 骤然上升， 颗 粒间的有效应力为 0 。固结颗 粒重 量 和附加应力全部 由孔隙水压力承担， 固体颗粒呈悬 浮状态， 混凝 土出现液化 ， 具 有流动性。振捣结束 后 ， 有压孔隙水往外渗透形成泌水逐渐减压至正常 静水压力 ， 颗粒间有效应力逐渐增加而混凝土进一 步密实。这就是新浇混凝土表面沉降的原因。 如果使式( 1 ) 的右侧孔隙水压力 减小至 = 0 ， 即抽真空 ( 称之为真空脱水) ， 相应左侧 o r 则增加 了 1个大气压力 ( 预压力 1 0 3 3 7 k P a ) ， 则颗粒间有 效应力 也增加 1个大气压力 ； 同理 ， 若借助外部 力量继续增大 ( 即超压) ， 则 O r 等量增加。预压导 致有效应力 o r 增大， 将产生两个有利结果 ： 使颗粒 接触更加紧密 ， 水占据体积的孔隙更加减小 ； 抽真空 能将混凝土中的气体 ( 约 占 1 ) 排除干净， 二能快 速排除水分 ， 使孑 L 隙水无压。因此经过真空预压的 混凝土， 其密度要 比同种普通混凝土的密度大 7 1 1 ， 孔隙率减小， 毛隙管直径呈几何级数减小。 真空预压是否可行 ， 取决于新拌混凝土的渗透 性 。水 泥颗 粒 的粒 径 通 常 为 l 0 9 0 m， 与 岩 土工 程中土体分类的粉粒粒径( 57 5 m) 相当， 不具备 粘性( 粒径 5x m下属粘粒 ， 2 m的颗粒才具有 粘活性 ) 。具 有一定颗粒体系级配 ( 混凝 土中所有 固体颗粒级配) 的新拌混凝土， 按 土的分类标准 ( G B 1 4 5 - 9 0 ) 划分 ， 大都属于含细粒砾类土， 渗透系 数相当于粉细砂， 量级在 1 O 一 1 0 c m s之间， 属 中等透水材料 ， 排水是比较快捷的。水泥颗粒 的大 小和级配情况是渗透系数大小的主要影响因素。需 考虑的不利排水因素是水泥作为胶凝物质会发生水 化反应， 随着水化 的进行 ， 渗透 系数将逐渐 衰减变 小。它是影响真空预压效果的重要条件。 在施加真空之初， 混凝土 中表 面和 内部存在水 力梯度， 迫使水分向外转移。随着水压力消散， 压力 梯度维持时间较短 ， 且无稳定 的“ 水源” ， 因此不会 象地下水那样产生稳定的渗流 ， 不会发生水泥颗粒 流失的渗透变形。当然， 缓慢而均匀地制成真空对 防止表面的水泥颗粒流失是完全必要的。 真空预压还有一个力学机理就是“ 体积补偿” 。 “ 体积补偿” 可以通俗理解为 ：由于混凝土外表面存 在均匀压力和内部孔隙水压力接近于 0 ， 能使 水分 减小产生 的“ 空位 ” 、 温度变化 引起 的体 积变化 的 “ 空位” ， 及时得到立体补偿而不会 留下永久 的孔隙 或裂缝 。 2 2水化 学机理 除上述真空预压混凝土的物理水力学机理外 ， 还有 一系列 的水化 学机 理 。 首先是真空预压引起的水泥水化反应的变化。 真空脱水最大限度地排走多余 的 自由水分 ， 引起水 灰比( w c ) 降低， 直接影响强度。同时因为“ 缺水” 而使水化程度 ( ) 降低 ， 水化程度 ( ) 降低对强度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 周漱溟 ： 真空预压水泥 混凝土 浇筑连续路面研究 、 6 7 增长是不利的， 但能减缓早期的水化反应 ， 使水化热 降低 ， 对因水化热引起的体积变化则是有利的， 可减 少混凝土早期开裂 。要使水化充分( =1 ) ， 就必须 加强养护 ， 现浇真空预压混凝 土至少 3 d内要保持 真空预压的密封状态 ， 且湿养 7 d 。 其次是经真空预 压后 ， 水泥颗粒之间的间距减 小到一定程度 ， 使水化物 C s H纤维形成 网状结 构 ， 更为致密 ， 更能 阻塞毛隙管连通性 ； 还使水泥颗 粒与粗集料、 钢筋的接触界面无泌水过渡层 ， 接触更 为紧密。对于表面粗糙的集料如碎石 ， C S H纤维 能伸人到表面的凹槽 中， 更加增强水泥对集 料的粘 结力。另外 ， 无压孔隙水环境 ， C s H纤维的生长、 排列 ， 与有压孔隙水环境可能有所不 同。有资料表 明若混凝土浇筑过快、 浇筑厚度过大和采用 了快速 凝结的水泥 ， 都将使孔隙水压力增大 ， 水泥在大于静 水压力的状 况下凝结 ， 对混 凝 土的强度是 不利 的。 铁路规范就有对一次浇筑过厚的混凝土进行强度折 减的规定。 2 3共 同作 用 混凝土是一个复杂整体 ， 各种作用机理复杂， 不 是单独存在的。混凝土混合物实际上是水泥浆裹着 砂颗粒、 砂浆又裹着粗颗粒的一种相互包裹悬浮结 构 ， 包裹层厚度一 般按 3倍粒径计算。把最密实 的 混凝土看成是砂颗粒完全充填粗颗粒空隙、 水泥颗 粒完全充填砂颗粒空 隙的骨架 密实结构 不符合实 际， 因为这样 配 比的混凝 土丧失 了工作性能 ( 这种 混凝土只有一种工艺能实现 ： 先将单粒级的粗集料、 细集料紧装入模后 ， 采用真空抽气再 高压注入水泥 浆。该混凝 土理论上 讲只有很小 的收缩和徐变 ) 。 在同一配比条件下 ， 真空预压可直接减小粗集料包 裹层的厚 度 ， 间接增 加细 颗粒水 泥 浆包 裹厚 度和 “ 水 化质 量 ” 。这 种 作 用 同 时包 函 了物 理 力 学 和 水 化 作用 。 由于缺乏试验和应用资料 ， 研究深度不够， 可能 还有未发现的作用和机理 ， 需要进一步探索、 验证 。 3 真 空预压 混凝土的性 能 上面简单分析了真空预压混凝土的物化作用和 机理 ， 反映在性能上具有 如下几个优点 ： 强度增加 ， 体积变化减少， 耐久性提高。 增加强度。 根据 P o w e r s 理论 ， 水泥浆的强度与孔隙率成 3 次 函数反比， 孔隙率与水灰 比( w c ) 成正比、 水化程 度 ( a ) 成 反 比 ， 如 下列 式 ： = 去 ) v v l O 0 wc一3 6 1 5 a g=6 7 90a = 后 ( ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 上式 中： 为孔隙体积； 为水化物体积 ； 为水化 程度 ； K为常数 ， 2 5 0 MP a 为抗压强度。 从上式可以看 出： 真空脱水使水灰 比降低 ， 强度 增加 ； 密封水养可使水化程度充分 ， 强度增加 。 另一种对抗压强度提高是物理力学方面的 ： 混 凝土经过真空脱水和预压， 固体颗粒 紧密接触， 即便 不发生水泥水化反应 ， 压密体本身也具有一定 的强 度( 称之为体积强度) 。这种强度对混凝 土终凝时 的强度有较大影响， 可使混凝土终凝时间提前。体 积强度影响混凝土终凝后 的体积收缩率 ， 但与后期 固化( 水泥石) 强度相 比是微不足道的。 混凝土的抗折强度( ) 和抗拉强度 ( ) ， 不但 取决于水灰比和水化程度 ， 还取决于骨料类 型。根 据 M a r io c o ll e p a r d i 与抗压强度厂 c 存在如下算 式关系： 厂 c = ( 6 ) 厂 c = k 厂 c ( 7 ) 上式中厂 c 为抗折强度( 弯拉强度) ； 厂 c 为抗压强度 ( 立方体) 为抗拉 ( 直拉) 强度 ； j r 为常数 ， 砾石取 0 7 ， 碎石取 0 8 ； 为常数 2 0 MP a时 ， 取 0 6 。 可以看 出： 真空预压引起混凝 土抗压强度增长， 抗折抗拉强度也相应增长。但这种关系式并不能完 全说明真空预压引起混凝 土的抗折抗拉强度增长 ， 因为未包括水泥基质与集料界面的粘结度增加对抗 折、 抗拉强度产生的影响( 从试验断 口看 ， 很少见有 骨料被拉 断的， 都是沿界面破坏 ) 。真空预 压排水 消除了界面泌水层 ， 因而对抗折抗拉强度增长 的影 响要 比对抗压强度增长显著。 应对体积变化 ， 控制裂缝。 真空预压混凝土的“ 体积补偿” 机理 ， 能有效地 应对混凝土早期体积变化 ( 沉降收缩 、 早期干燥( 塑 性) 收缩) ， 消除由此引发的裂缝。可以比较有把握 地推断出对于大面积条带状混凝土板在不分块浇筑 不早期锯缝时， 不会发生此类早期收缩裂缝。 对于硬化过程 中的体积变化 ( 干燥收缩 、 自收 缩) 、 硬化后的体 积变化 ( 碳化 收缩 、 干湿 循环体积 变化 、 温度变化引起体积变化) ， 真空预压混凝土对 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路工程 3 7卷 其有利有效的作用， 可以从固体颗粒相对更紧密， 水 灰 比降低， 自由水减少 ， 毛隙管( 孔隙率 ) 降低 ， 真空 水化影响等机理找到正面解释。毋庸讳言， 可能有 些作用是负面的、 无效的。 对耐久性的影响。 真空预压对钢筋混凝土的耐久性提高是不用怀 疑的。可以从水灰比的降低 ， 毛隙管更少更小 ， 混合 物更密实等方面去理解 。主导因素是因致密阻隔环 境外来侵蚀劣化因子的侵蚀作用。对抵抗诸如中性 化( 碳化) 、 c l 一 盐害、 S O ： 一盐害、 抗渗等均有显著作 用 ， 可用于三 b 、 四类环境 。值得说 明的是对抗冻的 影响， 毛隙管孑 L 径越小 ， 再加上水不纯净 ， 毛隙管 中 的水的冰点低于 0 c c( 据 S e t z e r 的研究 ， 纳米级毛隙 管( 2 5 0 n m) 中水的冰点为 一2 3) ， 真空预压混 凝土的毛隙管一般都在微 米 ( m) 级 ， 冰点值 能降 低至零下某温度是肯定 的， 对寒冷地区抗冻是有效 的， 对极寒地 区不一定有效 ， 甚至有害。 4 真 空预压 混凝 土工艺 在掌握真空预压混凝土渗透系数随时间衰减关 系 、 真空预压最迟完成时刻、 材料确保排水有效三大 技术后 ， 真空预压混凝土工艺并不十分复杂。 4 1配 合 比的要 求 真空预压混凝土是在普通塑性混凝土基础上为 改善其性能演化而来 的， 因此应 用之初基本可直接 利用普通配合比， 但稍有差别 ： 在原材料要求方 面， 水泥宜采用缓凝型， 以增加真空预压排水效果 ； 采用 碎石作为粗集料以增加抗折抗拉强度为 目的； 在配 合 比计算方法方面应采用绝对体积法验算。 理论上讲 ， 真空预压混凝土的水泥用量可适当 降低 、 用水量可放宽、 砂率取低值。真空预压混凝土 的要得到适合真空预压条件、 节约成本 、 性能优良的 配合比， 则仍有许多方面值得研究探索 。 进行包括水泥颗粒粒度在 内的颗粒体系级 配， 其曲线尽量靠近 B o l o m e y的理想公式 ： 、l 2 P=A+ ( 1 0 0一 A ) I l ( 8 ) 、 上 ， ma x 式 ( 8 ) 中： P为 某粒径 d的通过率； A为参数， 由坍 落度、 骨料性质取值 ， 81 4之间， 可查表 ； d为某级 筛孔直径 ； D 为最大粒径 ， 指全部通过或最多 5 未通过的筛孔直径。 通过级配曲线 ， 计算出区分粒径 d 。 d = ( 9 ) 式( 9 ) 中： d 为粗、 细颗粒的 区分粒径； d ， 。 为小于该 粒径的含量占总质量 7 0 的颗粒粒径； d ， 。 为小于该 粒径的含量占总质量 1 0 的颗粒粒径。 验算区分粒径以下的含量 P 。 小于区分粒径 的含 量 P ， 接近式 ( 1 0 ) 时 ， 则该 级配可达到最佳骨架密实又有 良好的工作性 ( 和易 性 ) 。 P = (B + 3 0 ) ( 1 0 ) 式( 1 0 ) 中： B为工作性参数， 与 A相关 ， 3 7之间。 另外 ， 要开展室 内模拟试验 ( 有的试验需要开 发专用试验设备) ， 求出参数 、 水泥用量与强度 的 关系、 最佳用水量、 砂率范围。 4 2密封排 水 系统及 布设 密封排水膜材料在无定型产品前可用 目前市场 上的复合土工膜 ： 土工布和塑料薄膜粘合在一起 的 材料。土工布要有一定的透气透水性 ， 且在 1个大 气压下 不丧失 功 能 ， 具有 阻止 水 泥颗 粒 流 失 的反 滤 性。塑料膜要有一定 的强度， 能承受 1个大气压力 而不刺穿。复合土工膜的技术要求参照 土工合成 材料应用技术规范 ( G B 5 0 2 9 0 9 8 ) 第 4条“ 反滤及 排水” 的规定 和试验执 行， 试验时要求有 1个大气 压的压力。土工布要 比塑料膜 窄一定尺寸 ， 以便粘 接。粘合材料可用水油混合物或液态胶。 铺设前要将混凝土外露面妥善处理平整 ， 防止 锐利物刺破复合土工膜而漏气 。铺设时可根据混凝 土制品的体积、 形状 ， 选取排水模式。排水模式有单 面、 双面、 全面和立体排水 四种。根据模式分别布置 密封排水膜 ， 模 内( 内衬) 先铺设 ， 外露面待浇完混 凝土后再铺设。总的原则是保证表面平顺美观 ， 排 水通畅， 整体密封。模板需牢固， 不能有对拉螺杆。 为保证排水系统有效连通 ， 在土工布与抽气嘴 内管 口之间设置滤水管 ( 带 ) 。滤水管 ( 带) 用土工 复合材 料制成 ， 要 具 有在 1个 大 气压 下 不 被 压扁 而 丧失透气排水功能。 真空系统由真空泵 、 管道 、 阀门、 抽气嘴等连接 构成。非射流真空泵应有排除管内积水的装置。 4 3操 作 简述 现浇混凝土实施真空预压的操作关键是控制好 时间， 要求在混凝土初凝前开始抽气。 充分做好 准备工 作。安装 密封膜、 连接 管 道 ， 检查气密性。 开启真空泵 ， 缓慢打开阀门， 让 压力徐徐下 降。对于非射流真空泵， 要有 防止管道水流入真空 泵 的措施 。 正常真空 预压。当真空度 降至 7 0 0 mm H g 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 周漱溟 ： 真空预压水泥混凝土浇筑连续路 面研究 6 9 以上 时 ， 再次检查 系统 的气密性 ， 并稳压。气 密好 的， 可停机稳压。及时观测 ， 真空度低 于该值 ， 打开 阀门及时补抽。稳压维持 3 d 。 密封水养 护 3 d后可通过 阀门注入适量 清 水养生 ， 关闭阀门， 使膜内仍有负压存在， 让 压力 自 然消失 。养生至第 7 d后 ， 即可掀掉密封膜。 厂 内生产的工艺原理与现场基本相同， 但时间 可缩短。批量生产时， 可直接用定制的密封排水膜 板 做外模 。 5 浇筑水泥 混凝土连续路面 应用真空预压混凝土技术修筑高速公路 的水泥 路面， 可不需要纵横向设假缝而把路面板分成 4 6 m的方块板 ， 做成所谓 的连续路面。具 体运用时 必须全面研究、 系统设计和精心施工。 5 1 设计 原 则 连续路面设计 的重点是解决面板裂缝问题 。 假定内部( 自身) 作用产生的裂缝 ( 包括温差引起的 胀缩 ， 环境水干湿变化引起 的裂缝) ， 由真空预压工 艺改善混凝土结构和力学性能解决 ； 假定外部作用 ( 荷载 ) 引起的裂缝通过结构设计增加混凝 土的强 度解决 。两者相得益彰又有所区别。 假定素混凝土面板因 自身应力引起各种收 缩裂缝 的约束力均来 自于面板 与基 层之间 的摩擦 力 。 真空预压混凝土连续路 面技术是基于素混 凝土研究的， 若采用加钢筋、 加纤维的方法 ， 无疑对 提高抗拉强度是有益的， 但在技术初始应用验证阶 段 ， 只作为安全储备 ， 不参与计算。 用抗拉强度验收收缩裂缝时， 采用正常使用 极 限状态 ， 不计车辆荷载等外部作用 。 5 2 结构 设计 连续长度( 胀缩缝之间的长度) 。 纵 向长度 ： = ( 。 g 、 1 c o s0 一 sin 0 + c os0 sin 0 ) + I 。 + ( 1 1 ) 式( 1 1 ) 中： L为 区段 纵 向长度 ， m； 为抗拉 强 度， 1 MP a ； 为混凝土表观密度 ， k g m ； g为重力加速 度 ， 取 1 0 m s ； 为路面板与基层 的摩擦 系数 ， 0 4 0 6 ， 0为纵坡 角 度 。 横向宽度 ：取车道总宽度( 包含硬路肩 ) 。 纵向最大拉 力点位 置 ( 距 下坡 向胀 缩缝距 离 ) 。 厂 1 0 。 c o s 0 s i n 0 ) ( 1 2 ) 。 g( 。 + 、 计算实例 ： 设定真空预压混凝 土 7 d龄期 的抗 拉强度等于普通混凝土 2 8 d龄期的抗拉强度 ； 路面 板受拉疲劳强度修正系数取 1 0 0 ； 强度等级取 C 4 0 ； 根据 混凝 土结构设计规 范( G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ) 表 4 1 42 ， 抗拉 强度设计 值取 =1 7 1 M P a ， y取 2 4 5 0 k g m ， g取 l 0 ， 取 0 5 ， 0 按 平坡 考虑 取 0 。 。 则据式 ( 1 ) 得 ： = 2 X 1 0 21 71 1 0 6 g 2 4 5 01 0 0 5 = 2 7 9 ( m) 再乘安全系数 0 7 5 ， 则 L=L 0 7 5=2 7 9 X 0 7 5=2 0 9 m， 取整数 2 0 0 m。 这就是说水泥路面在连续长度 2 0 0 m范 围内， 因各种因素变化引起体积收缩时不会被拉裂 ， 因而 不会产生收缩裂缝 。 分区设缝。 连续 路面区段及区段长度的布置选择 ， 即胀缩 缝位置的布置， 要根据路线的平纵 曲线、 填挖情况确 定。一个 区段内， 纵坡应单一无纵 曲线变化 ， 不能既 有填 方又 有挖 方 。 区段长度应适当 ； 控制在 2 0 0 m 内。太长会使 胀缩缝宽度太大 ， 在转弯半径小的地段， 区段长度也 不宜 太长 。 胀缩缝的构造( 见图 1 ) 。 填缝料( 或橡胶板 ) 图 1胀 缩 缝 构 造 F i g u l ：e 1 S w e l l i n g s h r i n k a g e j o i n t 胀缩缝采用平接缝， 缝宽根据连续板线膨胀 系 数、 长度、 施工气温、 年最高地面温度计算确定。缝 内填灌缝料或弹塑性较大的橡胶板。缝下设板状枕 梁 ， 宽 6 0 c m， 厚 3 0 c m， 长与路面 同宽。正 中置 6 的钢筋 网 片 ， 网孔 要 小 ， 可采 用 6 0 X 6 0 m m。梁 上正 中央设 比胀 缝宽 度 略小 、 深 35 c m 的 凹形 排水 槽 。 连续板端设补 强钢筋， 宽度 1 0 0 c m， 其 它规格 同枕 梁 钢筋 网 ， 位置 离底 面 5 c m。 防面板爬行的措施。 因为采取了措施使面板与基层的摩擦力系数尽 量小 ， 在有纵横坡地段 ， 天长 日久 ， 面板有可能会爬 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 公路工程 3 7 卷 行 ， 因此要采取措施。 纵坡面板 ： 在拉力最大处式 ( 1 2 ) 两侧边缘设 凹 槽 ， 打人较粗型钢固定 。 横坡地段 ： 在面板外边缘侧 ， 每隔 1 5 m左右打 入 4 , o o ， 厚 6 m m 的镀锌钢 管固定 ( 超 高地段 内侧 有 中央分隔带阻滞 ， 不设固定桩) 。 基层顶面处置。 a 减小基层与面板之间的摩擦力， 关键在于基 层表面光洁平整 ， 不能有 肉眼分辨出的起伏。平整 度应控 制在 5 mm 以 内( 3 m直 尺测 ， 现行规 范为 8 m m) 。 b 喷 洒沥青 滑 动层 。 第一层喷洒透层油 ， 采用煤油稀释沥青 ， 洒布量 严格满足要求。除透人深度满足规范外 ， 表面要有 不小于 0 5 m i l l 厚的油膜。 第二层喷洒热沥青 ， 采用 5 0 、 7 0 沥青均可 ， 严 格控制洒布量 ， 保证油膜厚度不小于 2 m m。 以上做法与现在的沥青路面施工做法并无不 同， 只是表面不撒小石子。 路面结构。 为防止连续路 面结构性 断板 ， 有必要加强路面 层结构。加强结构可从 当前的路面结构优化得到 ， 不需要增加多少成本 ， 甚至还有降低成本的可能。 a 为保证混凝 土面层经真空预压后的厚度 至 少有 2 8 c m， 设计板厚采用 3 0 e m。强度指标 ( 试块 数据 ) 仍按现行规范执行 ( 即配合 比按未施加真空 预 压工 艺 ) ； b 基层总厚度 4 0(3 1 1 1 。分为上基层、 下基层两 层施工 ， 每层 2 0 c m。强度指标、 施工、 养护方法仍 按现行规范执行 ； c 取 消 现 有 底 基 层 ( 2 0 c m) 、 碎 石 垫 层 ( 2 0 e m) 的结构层 ， 用于强化 3 0 c m厚 的上路床。上 路 床采用 5 01 0 0 m m粗碎石或卵石填筑， 用最大粒 径 9 5 m m填隙料填缝 ， 表面整平。弯沉检测时， 弯 沉车后轴压力应提高到 1 6 0 k N， 指标数据仍按现行 规范执行。下路床( 除弯沉值外 ) 、 路堤的质量标准 仍按现行规范执行 ， 下路床顶 的弯沉值按 现行规范 的上路床顶的标准执行。 5 3真 空预 压设 计 排水模式。 路面板厚度不大 ， 可采用单面式排水 ， 排水面一 般置于板下。这样做有两个好处 ： 将复合密封膜与 基层表面的沥青层结合 ， 可 以进一步减小面板与基 层之间的摩擦力 ； 还保证面板表面美观。 因为是新工艺 ， 没有经验 ， 为保证成功 ， 试验段 采用上、 下面双面排水 的模式。 混凝土的浇筑方法。 规模施工时 ， 应采用滑模摊铺 。滑模摊铺可简 化密封膜铺设工序 、 节约时间 ， 对保证真空预压效果 也有好处 。在试验应用之初 ， 可采用立侧模 的三辊 轴施 工 方法 。 材料要求。 复合密封膜和滤水 管( 带 ) 的要求在 4 3中已 有叙述。关键指标是在 1个大气压力的负压下 ， 不 至于被压扁和堵塞( 包括水泥颗粒堵塞) ， 绝对保证 通水、 通气， 这是真空预压成败的关键 。其核心工艺 要求是 ： 在密封膜 内， 面板纵向两侧边缘设抽气 口， 通过滤水管( 带) 与上下膜的土工布连接 ， 确保连通 运行有效， 使面板各处能均匀、 快捷地抽成真空 ， 板 内各点渗透途径最短。 5 4工序及 操作要 点 在基层 的沥青 面上铺设 下层 复合土工膜 ( a 注意连接密封 ； b两边要有预留宽度 ； c要有铺设的 简单设备) 一立模板( a膜板可置于复合土工膜内 或膜外 ， 不论如何布置 ， 都必须保证不破坏复合膜 ； b 对于滑模摊铺 ， 本工序不存在) 一 浇筑混凝 土( a 按区段一次性浇筑 ； b施工速度要快 ， 在初凝前的一 定时刻完成 浇筑 ) 一 铺设 上层 复 合膜 、 滤水 管 ( 带) ， 上下膜与滤水管( 带) 密接 ( a铺设平整 ； b搭 接严密； c 不得损坏土工膜 ； d滤水管 ( 带 ) 要与土工 布切实连接 ， 两边各铺一条于合适位置 ； e 在混凝土 浇筑出一定长度后就要及时跟进铺设 ) 一安装抽 气嘴( a保证密封 ； b内 口要 与滤水 管 ( 带) 有效相 通) 一接真空泵及管道并抽气( a抽气 开始时间要 求在混凝土初凝前( 滑模摊铺或可分段跟进抽气 ) ； b通过抽气嘴外面的阀门控制抽气速度 ， 使压力表 缓慢下降， 避免骤然变成真空， 引起混凝土二次液化 和水 泥颗 粒 流 入 土 工 布、 滤 水 管 ( 带 ) ， 堵 塞通 道 ； c 真空度达到要求稳定后 ， 关 闭阀门， 停 止抽气 ； d及 时检查 ， 真空度降低时及时补抽气； e 真空预压状态 维持 3 d ) 一膜 内养生至第 7天( a第 3天停抽气 后 ， 利用膜内负压 ， 通过抽气嘴注入少许清水， 使土 工布饱水 ， 并注意还要保持负压状态 ； b让负压 自行 消散 )。 5 5 无缝 高级 水泥路 面的展 望 真空预压混凝土在增加强度、 减少体积变形特 点的同时， 也增加了混凝 土的刚度和脆性 。 修筑的 ( 下 转 第 8 6页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 公路工程 3 7 卷 5 结 语 全桥一阶频率为 0 8 1 9 H z ， 即周期为 1 2 2 1 s ( T6 s ) ， 属于短周期范畴， 自振特性与传统 的柔 性体系的斜拉桥明显不同。 该斜拉桥在地震荷载作用时 ， 主梁主要受竖 向激励 ， 主塔主要受水平方向的地震激励 ， 各个方 向 的空间耦合受力效应不明显 。 通过反应谱分析 ， 考虑了地震的纵 向、 横向、 竖向及三维输入 ， 分析了本桥在 E 1 、 E 2地震作用下 的抗震性能， 验证 了地震荷载不作为控制设计 的主 要 因素 。 参考文献 1 范立础 桥 梁抗震 M 上海 ： 同济大学 出版社 ， 1 9 9 7 2 ( 美) 克拉夫 ， J 彭津 ， 王光远 等译 校 结构动力学 M 北京 ： 高等教 育出版社 。 2 0 0 6 3 J T G T B 0 2一 O l 一2 0 0 8 ， 公路桥梁抗震设计细则 S 4 林元培 斜拉桥 M 北京 ： 人 民交通出版社 ， 2 0 0 4 5 邹芒 ， 孙浩 独塔斜 拉桥 的动力 反应谱 分析 J 公 路 工 程 ， 2 0 1 1 ， 3 6 ( 3 ) 6 钱 济章 ， 陈水生 ， 刘 喜辉 独塔 单 面斜拉 板 桥动 力特 性 分析 J 中外公路， 2 0 0 6， 2 6 ( 3 ) 7 朱宏平 唐家祥 斜拉桥动力分析的三维有 限单元模型 J 振 动 工程学报 ， 1 9 9 8 ， 1 1 ( 1 ) 8 范立础 ， 胡世德 ， 叶爱君 大跨 度桥梁抗 震设计 M 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 1 9 张杰 湘潭 市湘 江四桥 动力特性 及抗震 性 能研究 D 长 沙 ： 中南大学 ， 2 0 0 8 1 O 李国豪 桥梁结 构稳定与 振动 M 北 京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 o 0 2 1 1 J M C a i c e d o C o mp a r i s i o n o f Mo d e l i n g T e c h n i q u e s f o r D y n a m i c A n a l y s i s o f a C a b l e S t a y e d B r i d g e C P r o c e e d i ng s o f t h e En g i n e e r i n g me c h a ni c s s p e c i a l t y o n f e r e n e e A A u s t i n ， T e x a s 2 0 0 0 ( 上接 第 7 0页) 连续路面 ， 质 量控制得很 好， 大约可 以达到 4 0 0 5 0 0 m连续。若在混凝土内加设钢筋 网( 同胀缩缝 的规 格 ， 设 置在板 的下 面 ， 或 上 下 双层 ) 、 纤 维 ( 钢 筋 纤维、 植物及其它有机纤维 ) ， 增加抗拉强度 ， 有可 能做到连续 1 0 0 0 m以上。 不管怎么做 ， 该技术始终摆脱不 了要设缝 的缺 点 ， 这是 由混凝土刚、 脆 、 抗拉强度低 、 缺乏体积变形 协同能力决定的。换句话说就是缺乏韧性， 在温度 改变时不能保持长度不变 ， 不能通过其它方式的体 积变化来“ 补偿” ， 它一定得胀或缩 ， 必须 得预留变 形缝 。在 自然界 ， 无论多刚多脆的岩石都具有流变 性 ， 在某些弯曲的地方厚度会变厚或变薄。若改变 混凝土的配