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水泥混凝土路面的新技术应用

摘要：改革开放以来，我国公路建设事业迅猛发展，尤其是高速公路建设，从无到有，现已建成8700km。特别是近几年随着工程质量不断提高，为公路运输提供了安 全、舒适的服务。我国秉着优先发展公路的战略，公路建设技术已经取得巨大的突破。
随着经济的发展、综合国力增强，我国的建筑材料、设备、建筑技术都有了较快发展。特别是电子计算技术的广泛应用，为广大工程技术人员提供了方便、快捷的计算分析手段。更重要的是我国的经济政策为公路事业发展提供多元化的筹资渠道，保证了建设资金来源。

关键词：水泥混泥土 路基 泥混泥土 路面路床 贫混泥土 滑膜混泥土 钢纤维混土

改革开放以后，我国公路交通量增大，重型运输车辆的比重越来越大，这对公路路面结构强度和使用性能提出了更高的要求，而水泥混凝土路面则是有强度高、稳定性好、耐水性好、使用寿命长、养护费用低等优点。因此，近年来水泥混凝土路面在高等级公路中占了一席之地，随之而来的是新材料、新技术在水泥混凝土路面施工中不断推广和应用。

一、路基进行沉降观测。高速公路水泥混凝土路面的早期断板破坏绝大多数情况下，是由于路基不稳定、沉降过大造成的。为了防止这种现象，我们首先应对高速公路水泥混凝土路面路基进行全线沉降观测，对沉降较大的路段进行了施工图阶段的细化补强设计，计算出摊铺永久性水泥混凝土路面的不均匀沉降界限值，从而有效保证了高速公路水泥混凝土路面路基质量和稳定性，延长了水泥混凝土路面的使用寿命。
二、泥混凝土路面路床稳定新技术。根据水泥混凝土路面比沥青路面对路基稳定更敏感的特性，要求高等级公路水泥混凝土路面的路基填筑提高一级压实标准。对于粒径在壤土以下的粒料土、沙土等采用重型压路机强行击实；对于塑性能指数较高的粘性土，使用路床石灰改善土稳定技术。
在多段高速公路采用了提高压实标准和重型压路机压实措施，并使用路床石灰改善土稳定技术，强有力地保证了高速公路水泥混凝土路面路基或基层质量和稳定性大大地延长了水泥混凝土路面的使用寿命。路基改善土技术是针对压实度达不到要求的高塑性粘土、软基土或路基填挖频繁路段采用的技术，一方面提高软土路基强度、承载力及稳定性；另一方面，路床改善土相当于增加一层坚实的底基层，对提高水泥混凝土路面使用寿命将起到巨大作用。
三、贫混凝土基层滑模摊铺技术。使用贫混凝土基层滑模摊铺技术，并对贫混凝土基层的原材料、配合比、上基层的铺筑及质量验收提出了明确的技术要求，扩展了国内外认为最抗水冲刷、强度最高、使用寿命最长的新型基层类型及其施工技术和质量验收控制标准。它的重大意义将在我国未来高速公路建设和养护中逐步显示出来。我们希望将来我国高速公路基层能够使用50年以上无需翻修，仅翻修面层。
四、滑动封闭层新技术。使用上基层表面沥青表处或稀浆滑动封闭层新技术的主要优点在于，有利于防止断板；有利于防止半刚性基层长期水冲刷破坏；有利于基层养生；有利于防止施工期间运输车轮压坏或碾松基层表面；有利于基层越冬防护。不过，采用沥青滑动封闭层后为了防止胀缝隆起，应将胀缝板宽度增大5mm。
五、 高弯拉强度路面滑模混凝土。使用高弯拉强度水泥混凝土路面滑模摊铺技术，主要采用了高性能道路混凝土掺外加剂和粉煤灰的“双掺技术”，用于超重载交通减薄板厚，并增强了面板对断裂的抵抗能力，提高了路面对超重轴载破损的安全储备。目前我国使用高性能道路混凝土技术滑模摊铺的路面实测平均弯拉强度在6.5～7.5Mpa之间，这是迄今为止，我们在国际上各种文献中未见的高弯拉强度，居于国际领先水平。
六、 高平整度水泥路面滑模摊铺技术。目前我国高速公路和一级公路滑模摊铺水泥混凝土路面的静态3m直尺平整度不大于3mm的普通达到90％以上；总体动态平整度基本上在δ＝1.0左右，最好的水泥混凝土路面一个标段已经达到δ≤0.76左右，最好6km单副路面已达到δ≤0.45，比验收标准规定的δ≤1.5小得多。这些数据表明，我国高平整度的水泥混凝土路面已经与国际先进水平相当；同时，表明我国滑模摊铺水泥混凝土路面的平整度还有进一步提高的潜力；最终，我国滑模板摊铺水泥混凝土路面的平整度将与沥青路面相当
七、水泥混凝土路面裂缝控制技术。进一步掌握了滑模摊铺水泥混凝土路面裂缝控制技术。首先是防止施工期间的塑性收缩裂缝；其次是使用初期的防止温差、湿差裂缝和断板；更重要的是提出了消除纵向裂缝的施工技术及控制指标。应该讲，防止水泥混凝土路面开裂任重道远，目前，真正掌握该项技术的人员并不多，实际工作如不小心，仍然有开裂和断板现象。主要解决开裂断板的技术措施有：在刮风天，防止塑性收缩开裂，使用抗裂的混凝土配合比，并提早喷洒养生剂加强养生措施施工；使用沥青滑动封闭层，降低上基层表面对面板的年温差、季节湿差收缩裂缝及断板；加深所有插拉杆和传力杆接缝的切缝深度(1／3-1
／4)h，并提早其切缝时间，防止纵向断裂。
八、水泥混凝土路面抗冻、抗盐冻研究。在国内首次研究并使用了水泥混凝土路面抗冻及抗盐冻性滑模摊铺技术(1998年黑龙江、吉林)，明确提出了混凝土路面含气量、气泡间距检测方法和标准，为解决我国北方地区水泥混凝土路面表层冰冻及盐冻脱层，提供了有效技术措施，表明我国北方也可以建设不脱层的优质水泥混凝土路面。
目前，此项内容尚需要将黑龙江等省直接采用欧盟的抗盐冻试验方法，通过研究制定为我国的标准试验方法。另外，急需进行水泥混凝土路面抗盐冻机理和防治措施的研究。
九、钢纤维混凝土材料在旧混凝土路面修补工程中的应用。随着国民经济建设和公路交通事业的飞速发展，城市道路和国道干线公路上的车辆荷载及密度越来越大，行驶速度越来越快，致使路面的损坏也日趋严重起来。特别是对损坏的水泥混凝土路面而言，它不仅翻
修投资大，且施工周期较长，严重影响交通畅通及行车安全。如用普通水泥混凝土修复路面虽有强度高，板块性好，有一定的抗磨性及承受气象作用的耐久性好等特点，但它的最大缺陷是脆性大、易开裂、抗温性差，路面板块容易受弯折而产生断裂，所以就要求路面面板应有足够的抗弯、抗拉强度和厚度。用钢纤维混凝土修筑路面，就是意将钢纤维均匀地分散于基体混凝土中（与混凝土一起搅拌），并通过分散的钢纤维，减小因荷载在基体混凝土引起的细裂缝端部的应力集中，从而控制混凝土裂缝的扩展，提高整个复合材料的抗裂性。同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结力，因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的纤维上面，使钢纤维混凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用，显著提高了混凝土原有的抗拉、抗弯强度和断裂延伸率。特别是提高了混凝土的韧性和抗冲击性。实践证明，采用钢纤维混凝土这一新型高强复合材料对路面修理，既可提高路面的抗裂性、抗弯曲、耐冲击和耐疲劳性，而且可改善路面的使用性能，延长使用寿命从而减少老路开挖，对节省工程造价等具有重要的经济效益和社会效益；为提高道路补强与改造提供了良好的途径。
下面介绍一下钢纤维混泥土的基本技术参数：
1、钢纤维混凝土材料：
钢纤维混凝土就是在一般普通混凝土中掺配一定数量的短而细的钢纤维所组成的一种新型高强复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的产生，不但具有普通混凝土的优良性能，而且具有良好的抗折、抗冲击、抗疲劳以及收缩率小、韧性好、耐磨耗能力强等特性。可使路面厚度减薄50％以上，缩缝间距可增至15m～30m，不用设胀缝和纵缝。钢纤维混凝土用钢纤维类型有圆直型、熔抽型和剪切型钢纤维。其长度分为各种不同规格，最佳长径比为40～70，截面直径在0．4mm～0．7mm范围内，抗拉强度不低于380MPa。在施工时钢纤维在混凝土中的掺入量为1．0％～2．0％（体积比），但最大掺量不宜超过2．0％。水泥采用425＃～525＃普通硅酸盐水泥，以保证混合料具有较高的强度和耐磨性能。钢纤维混凝土用的粗骨料最大粒径为钢纤维长度的2～3。不宜大于20mm。细集料采用中粗砂，平均粒径0．35mm～0．45mm，松装密度1．37g/cm3。砂率采用45％～50％。
2、钢纤维混凝土配合比：
钢纤维混凝土混合料配合比的要求首先应使路面厚度减薄，其次是保证钢纤维混凝土有较高的抗弯强度，以满足结构设计对强度等级的要求即抗压强度与抗折强度，以及施工的和易性。钢纤维混凝土配合比设计基本按以下步骤进行。
（1）根据强度设计值以及施工配制强度提高系数，确定试配抗压强度与抗折强度；钢纤维混凝土抗折强度设计值的确定：fftm＝ftm（1＋atmPfLf/df）式中　fftm———钢纤维混凝土抗折强度设计值；ftm———与钢纤维混凝土具有相同的配合材料、水灰比和相近稠度的素混凝土的抗折强度设计值；atm———钢纤维对抗折强度的影响系数（试验确定）；Pf———钢纤维体积率；Lf/df———钢纤维长径比。
（2）根据试配抗压强度计算水灰比；
（3）根据试配抗压强度，确定钢纤维体积率，一般浇筑成型的结构范围在0．5％～2．0％之间；
（4）按照施工要求的稠度确定单位体积用水量；
（5）确定砂率；
（6）计算混合材料用量，确定试配配合比；
（7）按照试配配合比进行拌合物性能试验，调整单位体积用水量和砂率，确定强度试验用基准配合比；
（8）根据强度试验结果调整水灰比和钢纤维体积率，确定施工配合比。
为防止钢纤维混凝土在搅拌时纤维结团，在施工时每拌一次的搅拌量不宜大于搅拌机额定搅拌量的80％。采用滚动式搅拌机拌和，在搅拌混凝土过程中必须保证钢纤维均匀分布。为保证混凝土混合料的搅拌质量，采用先干后湿的拌和工艺。投料顺序及搅拌时间为：粗集料→钢纤维（干拌1min）→细集料→水泥（干拌1min），其中钢纤维在拌和时分三次加入拌和机中，边拌边加入钢纤维，再倒入黄砂、水泥，待全部料投入后重拌2min～3min，最后加足水湿拌1min。总搅拌时间不超过6min，超搅拌会引起湿纤维结团。按此程序拌出的混合料均匀。尚若在拌和中，先加水泥和粗、细集料，后加钢纤维则容易结成团。而且纤维团越滚越紧，难以分开，一旦发现有纤维结团，就必须剔除掉，以防止因此而影响混凝土的质量。
3、钢纤维混凝土浇捣：
钢纤维混凝土浇捣与普通混凝土一样，浇筑和振捣是施工中的重要环节，直接影响钢纤维混凝土的整体性和致密性。不同之处就是其流动性较差，在边角处容易产生蜂窝，因此，边角部分可先用捣棒捣实。板角采用插入式振动器振捣，然后用夯梁板来回整平。在混凝土面层抹平过程中，因钢纤维直径较粗而易冒出路面，影响到行车安全，故在施工时需注意清除。

随着我国经济发展，材料、机械、设备工业相应发展，这为我国修建高等级公路和高速公路提供了有力保障。再加上广大道路建设者的精心设计和施工，使我国建路水平已跃身于世界先进行列。我国幅员辽阔，经济发展水平参差不齐，经济上总体水平不高，公路发展还是要着眼于量大、面广的一般道路与高速公路，这类道路仍以预应力混凝土结构为主。
首先，要着重抓多样化、标准化，编制适用经济的标准图，提高施工水平和质量，然后再抓住国家高速发展公路的建设，不断总结经验，既体现公路人的建路水平，又要保证高标准、高质量建路。改革开放，党的富民政策，改变了人们的熟悉，“要致富、先修路”已成共识，加快交通基础设施建设已变成了人们的自觉行动。国家投资重点倾斜以及集资渠道的多元化，为我国公路桥梁发展提供了资金保证。展望公路发展趋势，珍惜时机，创造性劳动，为改变我国公路建设落后状况，努力工作。
21208126 罗鹏