多孔改性水泥混凝土基層在公路工程中的應用

陳永昌

（邢臺路橋建設總公司，河北 邢臺 054001）

多孔改性水泥混凝土基層在公路工程中的應用

陳永昌

（邢臺路橋建設總公司，河北 邢臺 054001）

針對傳統(tǒng)的公路路面結構在使用中出現(xiàn)的承載力差、安全性低、水損害嚴重、養(yǎng)護費用高等諸多公路病害，發(fā)明了一種新型的公路多孔改性水泥混凝土基層，有效解決了傳統(tǒng)基層結構強度低、水損害等常見的公路病害，延長了路面結構的設計使用年限。

【Abstrat】For thecarrying capacityof traditionalroadpavementstructureappearsdifferenceinuse,security is low,seriouswaterdamage, highermaintenancecostsandmanyhighwaydisease,inventedanew typeofroad porousmodified cementconcretebase,aneffectivesolution to the traditional base structure low intensity,water damage and other common diseases of road,extending the design life of the pavement structure.

多孔改性水泥混凝土；排水路面；力學性能；海綿城市

1 引言

傳統(tǒng)半剛性基層存在承載力低、抗疲勞性能差、抗凍融能力不足、水損害等缺陷，導致了傳統(tǒng)瀝青路面結構的建設和養(yǎng)護費用居高不下，已經(jīng)嚴重制約了我國經(jīng)濟發(fā)展對道路交通的要求，加之國家在“十三五”規(guī)劃中提出了“海綿城市”的建設目標，要解決傳統(tǒng)道路結構不透水的弊病等因素影響，研發(fā)出一種高承載力、低建設成本、能抵抗水損害、強抗凍融能力的新型結構層刻不容緩，多孔改性水泥混凝土基層的研發(fā)及應用將在根本上解決前述問題。

2 多孔改性水泥混凝土定義

多孔改性水泥混凝土，全稱為單一粒徑多孔改性水泥混凝土，由水泥、單一粒徑集料、摻合料、水和改性劑混合固結而成，有連通孔的材料，孔隙率大于23%，是一種透水性強、承載力高、韌性好、施工簡便、經(jīng)濟耐久的新型路面基層材料。

3 多孔改性水泥混凝土的適用范圍

多孔改性水泥混凝土可廣泛應用于公路市政道路、重載交通、城市廣場、停車場、觀光廊道等，與排水瀝青路面面層結合使用，可組成不同排水形式的路面結構，也可與不同的滲透系數(shù)的材料組合，用于修筑生態(tài)微滲防護河渠，對于解決城市內(nèi)澇、緩解城市“熱島效應”，根治黑臭水體等提供了先進科學的技術支撐，為建設“海綿城市”提供了理想的新型結構體系，其不同于《透水混凝土路面技術規(guī)程》[1]（CJJ/T 135—2009）中所列出的透水水泥混凝土路面不適用于建設重載道路和嚴寒地區(qū)等約束條件，且其28d抗壓強度為15～25MPa，抗折強度可達4M Pa，采用快凍法經(jīng)過50個凍融循環(huán)（飽水狀態(tài)，-20℃），質量損失0.5%，強度損失1.5%，具有了更高的承載力、抗凍融能力和更寬泛的適用范圍，是透水水泥混凝土結構體系的變革，也是長壽命道路建設的一項重要成果。

4 多孔改性水泥混凝土的優(yōu)越性能

多孔改性水泥混凝土為骨架-空隙結構（見圖1），該結構韌性大、抗疲勞性和高低溫性能優(yōu)越，極大的提高結構層承載能力，抗水、抗凍、抗油類浸蝕、有效防止路面水毀引起的早期破壞，同時在其上鋪筑排水瀝青路面后，可有效緩解路表積水、漫流、水漂、眩光等現(xiàn)場，極大地提高了行車安全性和舒適性，且施工采用攤鋪機攤鋪，攤鋪成型后直接覆膜養(yǎng)護，無需進行碾壓（見圖2），施工效率高、工序簡便，其較為顯著的特點是不開展級配設計和引入了水泥改性劑。

圖1 多孔改性水泥混凝土模型

圖2 多孔改性水泥混凝土無碾壓施工

5 多孔改性水泥混凝土的力學性能的研究

國內(nèi)學者認為“多孔水泥混凝土受力時通過骨料之間的膠結點傳遞力的作用。由于骨料本身強度較高，水泥膠結層較薄，兩者之間的界面過渡區(qū)薄弱，受外力作用時膠結點處界面最容易破壞”。但對單粒徑多孔改性水泥混凝土混凝土進行的大量試驗結果表明，試件破壞大多表現(xiàn)為集料斷裂，甚至在采用榔頭敲擊進行破壞性試驗時，破壞面也都出現(xiàn)在集料上，而非膠結點處界面。

李曉軍采用工業(yè)CT對等粒徑多孔改性水泥混凝土試件進行了內(nèi)部結構掃描，做出如下分析結論：同等質量集料在最大粒徑相同的情況下，等粒徑顆粒比表面積最小，如采用同等質量的水泥漿裹覆，等粒徑顆粒下水泥凝膠層最厚。水泥凝膠層厚度的增加，水泥凝膠體與粗骨料界面之間的膠結面積增大，同時，等粒徑顆粒最大限度地減小了應力集中，從而導致破壞特征表現(xiàn)為集料斷裂[2]。

采用等粒徑骨料主要基于以下幾個方面的考慮：（1）等粒徑集料可以近似實現(xiàn)各集料顆粒之間的水泥漿膜厚度一致，從而減小應力集中于較小顆粒集料上的問題，使集料接近于均勻受力；(2)等粒徑集料可以實現(xiàn)同等集灰比下，獲得更大的水泥凝膠層厚度和膠結面積，從而增大水泥漿膜的黏結力，使應力集中問題轉向骨料內(nèi)部，從而改變多孔改性水泥混凝土的受力狀態(tài)；(3)等粒徑骨料可以通過在自重作用、水泥漿膜以及攤鋪機熨平板振搗作用等因素影響下堆積致密，省去了常規(guī)基層施工中的壓實工序；(4)等粒徑骨料可以獲得更大的孔隙率，從而具有較為穩(wěn)定的溫縮變形，同時也利于通風、排水等；(5)等粒徑骨料應除去易引起應力集中的薄弱邊角、長條扁平顆粒，且保持骨料干凈無污。

6 多孔改性水泥混凝土在工程中的應用特點

多孔改性水泥混凝土基層在河北省公路建設領域應用已十余年，取得了顯著效果。

6.1 某高速公路路面結構設計方案對比(見表1)

表1 某高速公路路面結構設計方案對比

采用多孔改性水泥混凝土基層瀝青路面在整個結構層次中厚度減薄了8cm，去掉了傳統(tǒng)的瀝青路面結構的下面層，減薄了路面結構層，瀝青路面的減薄使結構層的抗車轍能力增強，采用了多孔改性水泥混凝土使結構層的基層承載力提高，解決了路面結構的水損害問題，工程總造價較傳統(tǒng)結構降低了10%，而在后期運營維護中的經(jīng)濟指標更為突出[2]。

6.2 某等級公路路面結構設計方案對比（見表2）

在一級公路的項目實踐中，采用多孔改性水泥混凝土基層配合排水式瀝青面層，引入了防水抗裂層組成了新型的組合路面結構，基層具有較強的水穩(wěn)定性，面層具有極好的雨季行車安全性，且瀝青路面的減薄避免了車轍的出現(xiàn)，采用防水抗裂層有效吸收了因基層開裂反射到面層的裂縫，結構層較傳統(tǒng)結構減薄了15cm，也降低了工程總造價的10%以上，排水路面所帶來的社會效益則更加突出。

表2 某等級公路路面結構設計方案對比

7 結語

多孔改性水泥混凝土是一種不用開展級配設計、無需碾壓自然攤鋪成型的新型基層材料，在大量工程實踐中體現(xiàn)出了施工便利、高承載力、抗水抗凍、低建設成本和運營維護成本等特點，目前針對該項技術的研究還在進一步深入和擴展。通過多孔改性水泥混凝土與不同結構形式的組合，在道路建設領域可建設全透水道路結構、基層排水道路結構、面層排水道路結構和表層排水道路結構，而與不同滲水系數(shù)的材料組合，在水利建設領域可以建設生態(tài)微滲河渠防護，在園林景觀建設中，可直接鋪筑透水便道、廣場和停車場等。

鑒于國內(nèi)“海綿城市”建設的迫切性，應研究多孔改性水泥混凝土與排水瀝青面層組合后在市政道路中的廣泛應用，如何預防孔隙堵塞問題或建成自清潔系統(tǒng)有效保證滲水率，將成為今后的重點攻關難題。

【1】CJJ/T 135－2009透水水泥混凝土路面技術規(guī)程[S].

【2】李曉軍,李來賓,霍玉嫻,高磊,梁路路.等粒徑多孔水泥混凝土內(nèi)部結構與破壞機理[J].公路交通科技,2014(11)：32-40.

【3】李來賓,李曉軍.多孔改性水泥混凝土基層復合瀝青路面修筑技術研究[M].西安：西北工業(yè)大學出版社,2013.

Application of Porous Modified Cement ConcreteBase in HighwayEngineering

CHENYong-chang
（XingtaiRoad&BridgeConstructionCorporation,Xingtai 054001,China）

porousmodified cementconcrete;drainagepavement;mechanicalproperty;spongecity

U416.216

B

1007-9467（2016）08-0105-02

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.025

2016-03-15

陳永昌（1983～），男，河北邢臺人，工程師，從事公路施工項目管理研究，（電子信箱）304075983@qq.com。