混凝土路面冬季施工結構方面的優化

董海鵬

(石家莊市西柏坡高速公路管理處)

1 級配碎石作為底基層對混凝土路面結構性能的提高

1.1 國內規范規定以及國內應用情況

《公路水泥混凝土路面設計規范》4.3.7 條規定基層下設置底基層時，底基層優先采用級配粒料，并且規定級配粒料的厚度為150 ～200 mm。在我國南方特別是廣西公路建設中，廣泛使用級配碎石作為混凝土路面的底基層。特別是在地基情況不好，高填方路段級配碎石基層做到了40 cm厚。張石高速公路復合式路面結構中，底基層也采用了20 cm的級配碎石。

1.2 級配碎石在石家莊市西出市口工程中的應用

級配碎石用于冬季施工的石家莊市西出市口工程中有以下幾個理由:一是該層能有效的緩解路基的差異沉降，改善整個路面結構層的受力狀態。二是石家莊市西出市口工程原路面結構為15 cm 石灰土+18 cm 二灰碎石+18 cm 水穩碎石+24 cm 水泥面，正處于冬季施工，石灰土層施工完成能馬上做上層，以上基層覆蓋來進行保溫，不影響石灰土強度的形成，可是18 cm 二灰碎石規范規定，必須在14 ～28 d內取芯樣以驗收其無側限抗壓強度，取樣完成后才能做上基層。保溫的時間太長，費用花費太大，并且三層連續的半剛性基層作為混凝土路面的基層也不是優化的結構。為此將二灰碎改為級配碎石，對其路面結構進行了優化。級配碎石是柔性基層，不用測定其強度，只要控制其級配和彎沉值即可，所以級配碎石基層非常適合冬季施工。

2 混凝土路面所有縮縫設置傳力桿對結構性能的提高

2.1 混凝土路面縮縫設置傳力桿的原因

我國絕大部分混凝土路面的橫向縮縫均未設傳力桿。不設的原因是施工不便，但接縫是混凝土里面的最薄弱處。(1)唧泥和錯臺病害，除了基層不耐沖刷外，接縫傳接能力差也是一個重要原因;(2)在出現唧泥后無傳力桿的接縫由于板邊撓度大而容易迅速產生板塊斷裂;(3)接縫無傳力桿的舊混凝土面層在考慮設置瀝青加鋪層時，往往會因接縫傳接能力差，易產生反射裂縫而不得不加大加鋪層的厚度。

2.2 所有縮縫設置傳力桿在石家莊市出市口工程中的應用

在本工程第二合同段內所有縮縫加了傳力桿，縮縫設置傳力桿的混凝土路面板間的傳荷能力高于縮縫不設傳力桿的混凝土板。隨著通車時間的增加，車輛荷載的反復作用下，這種差別會越來越明顯的，混凝土路面的耐久性會出現很大的區別。

混凝土路面的結構優化不僅僅是針對冬季施工來說，對于普遍的混凝土路面的施工，我們也應該進行考慮。

3 水泥混凝土路面的冬季施工措施

3.1 措施一:覆蓋保溫

混凝土受凍臨界抗折強度為1.0 MPa，抗折強度7.0 MPa。在混凝土達到受凍臨界強度之前，要防止混凝土受凍。我們在施工中采用了蓋泡沫板+黑塑料布+草杉的方法進行保溫，用這種方法進行保溫的效果非常好。用此方法不僅能起到保溫效果，還能很好的阻止水泥混凝土的水化產生的熱量散失。

3.2 措施二:摻加防凍劑

選用的防凍劑有兩個方面的作用:一方面作用是降低混凝土的冰點，防止混凝土初期養護階段遭受凍害;另一方面，防凍劑有很低的共溶溫度，可直接與水泥水化反應，加速混凝土凝結硬化，有利于混凝土強度的發展。混凝土受凍臨界抗折強度為1.0 MPa，抗折強度7.0 MPa。那么，多長時間混凝土能達到抗凍臨界強度呢?傅智在《水泥混凝路面滑模施工技術》書中作了試驗，表明覆蓋達到抗凍臨界強度的時間為在不摻防凍劑時，達到抗凍臨界抗折強度需要約8 ～9 d;防凍劑摻量在2%時，大致需要5 ～6 d;當防凍劑摻量為5%時，大致在3 ～4 d。因此，為了使混凝土盡快達到臨界抗折強度，我們在混凝土的配合比中摻加5%的防凍劑。

3.3 措施三:增加水泥用量

冬季施工增加水泥用量，其理由有以下四點:一是同種同標號的水泥，單位水泥用量較大時，混凝土溫升較高，有利于在負溫條件下，混凝土抗折強度的增長;同種不同標號的水泥，高標號水泥發熱量大，相同強度時，單位水泥用量較小，發熱量小，所以應優選用量大，發熱量高的低標號水泥。二是在水泥用量較高保持相同混凝土工作性時，水灰比較小，有利于強度提高和抗凍。三是所有防凍劑、減水劑及引氣劑用量均以水泥用量為基數，當水泥用量較大時，這些外加劑的總用量也增大，有利于混凝土防凍、蓄熱保溫。四是采用較高用量的水泥對抗折強度的保證率較高。施工過程中要根據氣溫的高低通過試驗來最終確定混凝土配合比。本試驗路采用的混凝土配合比是水泥用量385 kg/m3，水灰比0.44，加入防凍劑3%，引氣劑0.8/m3。

3.4 措施四:將水加熱

(1)在一般配合比條件下，水泥混凝土路面攤鋪后，表面結冰的溫度為－3 ℃，低于此溫度應采用加防凍劑等抗冰措施。

(2)防凍劑有明顯降低新拌混凝土結冰點的作用，并隨著劑量增大，降低冰點的作用越顯著，防冰劑摻量在5%時，新拌混凝土的結冰溫度在－10 ～ －9 ℃，不會造成混凝土路面結冰受害。

(3)防凍劑摻量不同，混凝土達到抗凍臨界抗折強度1 MPa的時間也不同，為了保險起見，重規定撤除保溫覆蓋的抗折強度不小于2 MPa。

(4)通過混凝土配合比優選，推薦水泥用量385 kg/m3，水灰比0.44，砂率33%，摻有引氣劑0.8/萬，防凍劑3%。采用雙層或三層覆蓋保濕養護措施。

冬季施工水泥混凝土路面的技術方法肯定不局限于上述研究的一種方法，如加熱砂石料方法，路面加熱保濕法，紅外線蓄熱法等等。但由于這些方法往往需要特殊的技術、設備和資金投入，較難在野外施工的水泥混凝土路面工程中采用。

4 實施效果

(1)研究了級配碎石作為底基層的水泥混凝土路面結構性能的提高;(2)研究了混凝土路面所用縮縫設置傳力桿對路面結構性能的提高，可經受更長時間的車輛荷載作用;(3)對混凝土冬季施工提供了一整套系統的從選材到保溫養生的施工措施和工藝過程。

以上實施效果對今后在石家莊境內的水泥混凝土路面的冬季施工提供了可靠的實踐依據，可將公路建設的施工期大大增長。可為我國北方其他地區低溫施工中提供有價值的實踐參考，通過推廣將會極大促進我國公路交通建設，特別是北方地區的公路交通建設，有利于提高我國的水泥混凝土路面在低溫條件下的研究發展。

［1］公路水泥混凝土路面設計規范(JTG D40 －2002)［S］.

［2］公路瀝青路面設計規范(JTG D540 －2006)［S］.

［3］公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程(JTG E30 －2005)［S］.

［4］公路水泥混凝土路面施工技術規范(JTG F30 －2003)［S］.

［5］公路路面基層施工技術規范(JTJ 034 －2000)［S］.