水泥混凝土路面施工技術研究

衛小凱

（新疆交通建設（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830016）

0 引言

隨著我國現代化建設的不斷推進，公路里程數也逐年上升（見圖1）。截止到2012年，我國水泥混凝土路面里程已經達到165萬km，占當年公路總里程的38.9%，并有仍有上升趨勢。水泥混凝土路面具有強度高、耐用性好、耐磨性好和耐高溫等優點，在我國公路建設中得到了廣泛應用。如何能夠在短時間內修筑一條高質量的水泥混凝土路面成為公路研究人員當前的一個重要問題。本文結合國內外研究現狀，主要從以下幾個方面進行了探討[1]：

（1）分析了影響水泥混凝土路面施工質量的因素，得到了原材料因素和施工因素同水泥混凝土路面施工質量的關系；

（2）對水泥混凝土路面進行結構力學分析，得到了單軸和雙軸載荷下的應力分析結果；

（3）從混凝土配比、材料質量控制、攤鋪質量控制、水泥路面養護等方面對水泥混凝土路面的施工工藝進行了探討。

圖1 近五年全國公路里程增長趨勢圖

1 水泥混凝土路面施工質量影響因素

施工質量直接關系到水泥混凝土路面的強度、耐用性、耐磨性、養護費用等，而施工質量又與拌和材料及施工工藝休戚相關[2-3]。根據國內外相關研究，拌和材料方面的影響因素一般包括：水泥的選擇，煤粉灰的質量控制，添加劑、粗細集料、水中雜質測定等方面。施工工藝因素包括基準線的選擇、混凝土的制備與運輸、攤鋪振搗、切縫填料、抗滑性能、路面養護等方面。

對于特重交通量的道路應選擇硅酸鹽水泥62.5、普通水泥62.5、道路水泥52.5，其抗折強度可達到7.5MPa；對于重交通量的道路應選擇硅酸鹽水泥52.5、普通水泥52.5、道路水泥42.5，其抗折強度可達到7MPa；對于中等、輕交通量的道路應選擇硅酸鹽水泥42.5、普通水泥62.5、道路水泥52.5，其抗折強度為6.5MPa。水泥的細度對混凝土路面的強度、保水性有重要影響，細度大的水泥保水性能好、強度高，但其與空氣接觸的比表面積大，易產生裂縫。圖2給出了不同比表面積的水泥干縮率隨時間的變化規律。煤粉灰的加入有利于水泥混凝土強度的提高，其可以提高材料的力學性能、抗壓強度、耐磨性、抗彎強度，還可縮短混凝土的凝固時間，增強其黏聚性。添加劑一般采用減水劑和引氣劑。水中的雜質一般只考慮了硫酸鹽含量和油污，水的pH值一般控制在4以上。

圖2 不同比表面積水泥干縮率隨時間變化規律

基準線設置時一般要保證攤鋪質量，單根線長應控制在450m以下，抗拉力不低于1 000N，中線平面偏移小于10mm，路面偏差小于15mm，面板厚度極限值大于-8mm，縱斷面高程偏差為±5mm，連接縱縫高差為±1.5mm。混凝土運輸高差中要保證轉運次數少、運輸時間短；行駛的便道應較為平整，過分顛簸會使骨料離析，嚴重影響混凝土的質量；如果使用時發現混凝土有泌水現象，禁止再次加水，要添加相應添加劑改善其性能。攤鋪速度一般為每分鐘前進0.5～3m，振搗頻率控制在6000～11000r/min。混凝土抗滑性能要求見表1[4]。

表1 混凝土抗滑性能要求

2 水泥混凝土路面結構力學分析

水泥混凝土路面承載地基自身重力沉降和車輛載荷附加應力，路基在這兩個應力作用下開始破壞，共經歷四個階段：

（1）當車輛載荷作用在路基上，任何一點的應力均在強度要求之內，路基為彈性形變；

（2）車輛載荷增加致使路基底部達到最大抗彎拉極限，路面開始產生徑向裂縫；

（3）車輛載荷繼續增加，徑向裂縫進一步加深，輻射狀生成多條裂縫，路基中心某處產生的應力達到混凝土的抗拉極限，路面上產生環形裂紋；

（4）當荷載繼續增加時，路基出現剪應力，路面徹底損壞。

為了更好地對水泥混凝土路面進行結構力學分析，以新疆某高速公路水泥混凝土路面為研究對象，其路面結構為30cm水泥混凝土板+18cm水泥穩定碎石上基層+20cm水泥穩定碎石下基層+20cm石灰土底基層+土基。其結構參數為：路面板模量為31 000MPa，水泥混凝土泊松比為0.2，路面基層模量為2 000MPa，路面底層模量為1 500MPa，路面基層泊松比為0.3，土基模量為80MPa，土基泊松比為0.3。取最大溫度梯度為89℃/m，利用ANSYS軟件對其進行有限元法分析，得到單軸、雙軸載荷下的載荷應力和溫度應力，兩者相加即為綜合應力（見表2）。

表2 單軸、雙軸載荷下的應力情況

3 水泥混凝土路面施工工藝研究

水泥混凝土公路修建時往往會遇到工期緊張、地質條件差異較大、施工條件復雜等情況，在施工過程中應該注意以下幾點[3]：

（1）合理選擇水泥混凝土的水灰比，對于本文中的樣例，有抗冰凍的要求，水灰比要小于0.42；盡可能選用碎石作為集料，采用粒徑較小的材料作為粗集料，使用減水劑、引氣劑并加入煤粉灰；

（2）由于施工現場風力較大，因此攤鋪時，布料機和滑模機的施工距離要小于8m，施工前要認真檢查施工機械的狀況和材料的質量，掌握天氣情況，提前做好突發事件的應對；

（3）在混凝土泌水結束后在其表面覆蓋一層養生薄膜，并均勻噴撒養生劑，薄膜的間接縫應不小于300 mm；養生期一般為1周左右，期間禁止車輛碾壓，之后要灑水養生，防止基層表面干裂。

[1] JTG F30—2003，公路水泥混凝土路面施工技術規范[S].

[2] 李瑞紅.滑模攤鋪水泥混凝土路面施工質量控制系統的研究[D].吉林：東北林業大學，2010.

[3] 吳付寬.水泥混凝土路面滑模施工質量控制研究[D].西安：長安大學，2012.

[4] 李鎮.重載交通水泥混凝土路面結構設計與施工關鍵技術研究[D].西安：長安大學，2012.