“白+白”水泥混凝土路面施工工藝

李　春

(廣西交通科學研究院，廣西　南寧　530007)

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“白+白”水泥混凝土路面施工工藝

李春

(廣西交通科學研究院，廣西南寧530007)

為了保護環境，減少天然河砂的采挖和使用，文章提出水泥混凝土路面下層采用機制砂混凝土、上層采用天然砂混凝土的復合一體式水泥路面(“白+白”整體式水泥混凝土路面)設計，并結合工程實例，介紹了“白+白”整體式水泥混凝土路面的施工工藝及其社會效益和經濟效益，可為“白+白”整體式水泥混凝土路面的推廣應用提供參考。

機制砂混凝土；天然砂混凝土；水泥路面；復合式混凝土；施工工藝

0　引言

混凝土是土木工程建設中最主要的材料，隨著我國交通基礎建設的大力發展，對砂的需求越來越大。天然砂是一種短期不可再生資源，存在一定的地域性，資源分布不均勻，長距離的運輸進一步限制了其利用[1]。廣西多地天然砂日益枯竭，價格飛漲，使得廣西區內水泥混凝土路面造價難以控制，因此尋求解決天然砂匱乏降低工程造價的方法成為建設者共同面臨的問題[1][2][3]。機制砂混凝土為問題的解決提供了新的思路，但機制砂存在耐磨性差、強度低、石粉含量高等缺點，不能滿足路面上面層苛刻的使用條件[4][5][6]。本文提出下層采用機制砂混凝土，上層采用天然砂混凝土的復合式路面(以下簡稱“白+白”路面)，綜合了兩種材料的優點，具有較好的應用前景[7]。這種新型路面的施工組織和施工工藝與普通混凝土路面有較大差異。本文結合工程實例，系統介紹了“白+白”路面的施工工藝，并討論了這種路面的社會效益和經濟效益，可為“白+白”路面的推廣應用提供參考。

1　工程概況

廣西田東至天等二級公路設計速度為60 km/h，路基寬度為8.5 m，采用水泥混凝土路面。課題組在該項目天等段進行了“白+白”整體式水泥混凝土路面試驗路的鋪筑。施工路面長度為80 m，單幅，寬度為4.25 m，面層厚24 cm，設計彎拉強度為5 MPa，基層為水泥穩定碎石，基層與面層之間有一層1 cm厚瀝青碎石封油層，面層采用“白+白”路面方案，下層16 cm機制砂混凝土，上層8 cm天然砂混凝土。

2　材料與施工配合比

2.1原材料

(1)水泥：廣西東泥股份有限公司“右江”牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時間237 min，終凝時間306 min。

(2)細骨料

天然砂：田東恒慶沙場所產的河沙，表觀密度為2.664 g/cm3，細度模數為2.71。

機制砂：產自天等縣東平鎮東德石場，表觀密度為2.705 g/cm3，細度模數為2.79，石灰巖母巖滿足相關標準與規范要求，石粉含量經課題組試驗驗證后放寬至12%～15%，嚴格控制含泥量。

(3)粗骨料：產自弄往石場、石灰巖4.75～31.5 mm碎石。其中5～16 mm占70%、19～31.5 mm占30%。

(4)外加劑：采用江蘇超力建材科技有限公司生產的CNF-1B型高效減水劑(摻量1.5%)，減水率達18%～20%，含固量為40%。

2.2機制砂混凝土

機制砂所用配合比如表1所示。

表1　機制砂混凝土配合比表

機制砂混凝土性能試驗結果如表2所示。

表2　機制砂混凝土性能測試結果表

經測定，機制砂混凝土坍落度符合要求，和易性良好，坍落度損失滿足現場施工要求，將機制砂混凝土成型，在標準條件下養護7 d，測定其抗折強度值f7=5.4。

2.3天然砂混凝土

天然砂(河砂)所用配合比如表3所示。

表3　天然砂混凝土配合比表

天然砂混凝土性能試驗結果如表4所示。

表4　天然砂混凝土性能測試結果表

經測定，天然砂混凝土坍落度符合要求，和易性良好，坍落度損失能滿足現場施工要求，將天然砂混凝土成型，在標準條件下養護7 d，測定其抗折強度值f7=5.62。

3　施工工藝與質量控制

“白+白”路面與普通混凝土路面施工的重要區別在于：“白+白”路面分上下兩層鋪筑，各工序必須保證層間結合緊密，另外要保證上層天然砂混凝土將下層混凝土充分覆蓋。其具體施工工序包括：機制砂混凝土卸料→挖掘機攤鋪整平→天然砂混凝土卸料→挖掘機攤鋪整平→振搗→插入傳力桿→三輥軸整平機整平→三米桿整平→收漿抹面→切縫→養生。

以下分別從施工準備、混凝土拌合與運輸、卸料與布料、振搗與傳力桿埋設、整平機施工與表面修整、鋸縫與養生等環節詳細分析其施工質量控制要點。

3.1準備工作

準備工作與普通混凝土路面基本相同。下層機制砂混凝土攤鋪前，檢查水泥穩定碎石層頂面的封油層水泥穩定碎石基層的寬度、路拱、標高、平整度、壓實度等參數是否符合施工要求，對水泥穩定碎石基層進行清掃、修補，并灑水濕潤水泥穩定碎石層頂面，減少基層對下層混凝土水分的吸收。按要求安裝模版，模板用塑料薄膜覆蓋，方便脫模及減少漿液從底部流失。

3.2混凝土的拌合與運輸

下層機制砂混凝土與下層天然砂混凝土應盡量采用相同的水灰比，保證上下兩層混凝土板干縮變形的協調性?；炷涟韬蠒r，嚴格控制計量工具的精確度，拌合時間約60～120 s。實驗人員隨時檢查混凝土的和易性、混凝土均勻性、保水性等，控制各盤料的坍落度差≤10 mm，發現問題及時查明情況并進行調整。

機制砂混凝土采用容量為10 m3的自卸車進行運輸，河沙混凝土采用容量8 m3的罐車進行運輸，合理規劃混凝土運輸車輛的運輸線路，嚴格控制上下兩層混凝土的運輸時間間隔，保證水泥混凝土有足夠的攤鋪、振搗和抹平的時間，特殊情況可根據實際情況摻加緩凝劑。

3.3卸料與布料

混凝土到達施工地點及時進行卸料與布料工作。下層機制砂混凝土采用自卸車運輸，卸料時采用挖掘機協助，計算好鋪筑長度，松鋪厚度宜控制在18±2 cm的范圍。上層天然砂混凝土的卸料與布料方式是“白+白”路面施工的重要控制點，上層天然砂混凝土卸料時，下層機制砂混凝土仍處于流動狀態，卸料力求均勻，不可過于集中地卸料，以避免上層混凝土重力作用排擠下層混凝土，造成下層混凝土過薄。卸載間距控制在2 m左右，每次卸料不能太多，集中卸料高度宜≤30 cm，如果出現卸料堆積過高，及時用挖掘機攤平。上層天然砂混凝土松鋪厚度控制在8±2 cm的范圍內，挖掘機緊跟卸料車及時進行均勻攤平。嚴格控制上下兩層混凝土的卸料與布料時間是“白+白”整體式混凝土施工工藝的關鍵，上層天然砂混凝土卸料時間應充分考慮下層混凝土的初凝時間，必要時可根據實際情況添加緩凝劑，以保證在下層機制砂混凝土初凝前完成“白+白”整體式路面的攤鋪工作，卸料到攤鋪完成應控制在30 min中內。

3.4振搗與傳力桿埋設

“白+白”整體式水泥混凝土振搗，采用排插式振動機上下兩層整體式振搗，速度控制在4 m/s左右。振搗的關鍵點是控制過振，預防下層混凝土石粉含量高的砂漿往上翻，同時盡量避免多次插入和提起振動棒，過多攪動混凝土。如果振搗后發現下層機制砂砂漿出現在表面(表面有雜色的砂漿)，則在三輥軸攤鋪機工作前，鏟一些天然砂混凝土覆蓋其上，使機制砂混凝土之上至少有1～2 cm天然砂混凝土，確保面層耐磨性能。

混凝土振搗密實后，立即用壓振式無支架傳力桿埋置裝置將傳力桿壓入混凝土規定深度，以免傳力桿壓入困難，控制拉桿插入機每次移動的距離與拉桿間距相同。

3.5三輥軸攤鋪整平機施工與表面修整

混凝土經排式振動機振搗后，三輥軸整平機整平工序緊跟其后，采取前進振動、后退靜滾交叉作業2～3遍為宜，不可過振。三輥軸攤鋪整平機攤鋪整平時，應隨時觀察水泥混凝土表面的高低情況，及時鏟除表面過高部分填補表面過低部分。隨后根據混凝土表面的泌水情況，通過三米桿在橫坡方向進行至少2次人工刮平處理，使路面平整度達到規范要求。最后用饅刀飾面，消除痕跡和表面砂眼麻面缺陷。

3.6鋸縫與養生

混凝土路面攤鋪完成后3 h左右，路面形成了一定的強度，手指按壓路表無壓痕時，混凝土表面用薄膜覆蓋，灑水養生14～21 d，每天至少灑3次水，灑水的頻率根據施工現場的實際氣溫與氣候條件確定。

水泥混凝土路面攤鋪完后，為避免因天氣炎熱或早晚溫差大，造成混凝土板產生干縮與溫度應力導致路面裂縫，應在混凝土強度達到5～10 MPa時及時進行鋸縫，鋸縫深度宜為板厚的1/4～1/5。

4　路面性能觀測與經濟效益分析

4.1路面性能觀測

為了考察“白+白”整體式水泥混凝土路面的性能，實體工程路面攤鋪7個月后，對路面性能進行跟蹤觀察。對試驗路段進行了鉆芯取樣(見下頁圖1)，從芯樣外觀情況來看，芯樣上層偏黑色部分為天然砂混凝土，下層偏白色部分為機制砂混凝土，上下兩層混凝土結合緊密，過渡自然，但天然砂混凝土與機制砂混凝土的比例與設計有一定偏差，原設計上下兩層混凝土厚度比例為1∶2，實際鉆芯厚度比例約為1∶1，出現這種情況的原因可能是鉆芯位置位于半幅的中間位置，在天然砂混凝土卸載過程中，罐車中的天然砂混凝土卸料時由于重力，天然砂混凝土將下層未初凝的機制砂混凝土向兩邊擠壓，形成天然砂混凝土中間位置多、兩邊少的情況。

將芯樣切割成標準試件進行了劈裂強度試驗(見表5)，由于“白+白”整體式水泥混凝土路面中機制砂與天然砂混凝土上下融合良好，其劈裂強度沒有顯著差異，按規范方法換算為彎拉強度，分別為6.01 MPa和5.87 MPa，滿足設計要求。對試驗路段進行混凝土板厚度、抗滑性能等指標測試，結果如表5所示，顯示實驗路路面狀況良好，與相鄰普通混凝土路段基本無差異。

表5　天然砂混凝土路面與“白+白”整體式水泥混凝土路面性能對比表

圖1　試驗路芯樣實例圖

4.2經濟效益分析

為了分析機制砂與天然砂混凝土復合一體式水泥路面的經濟效益，現場采集實體工程原材料、施工機械、人工等施工費用參數，取每公里二級公路水泥混凝土路面(10 m寬)為單元進行考察，分別計算了24 cm機制砂混凝土路面、24 cm天然砂混凝土路面、16 cm機制砂混凝土+8 cm天然砂混凝土復合式路面材料費用，對比結果如表6所示。

由表6可知，單純考慮用砂可節約材料費5.6萬元/km，“白+白”路面方案增加了一道挖掘機攤平上層混凝土工序的費用約為0.6萬元/km，綜合該因素后“白+白”路面方案節約投資約5萬元/km，具有可觀的經濟效益。

表6　不同類型混凝土路面經濟性對比表

本次試驗路采用了16 cm+8 cm的組合，隨著施工工藝更加成熟和完善，完全可以使上層天然砂混凝土層變得更薄，經濟效益更加顯著。

5　結語

“白+白”整體式水泥混凝土路面，在不新增施工機械情況下，發揮了機制砂資源豐富、經濟性好與天然砂質地堅硬、耐磨性好的優點，具有良好的經濟性與廣泛的應用前景。但同時，機制砂混凝土+天然砂混凝土復合式混凝土路面的施工工序稍復雜，因此優化施工組織計劃，合理安排機具，制定應急預案，是保證工程質量的前提。

[1]夏龍興，吳蓉.機制砂與天然砂的性能研究[J].混凝土，2008(7)：60-61.

[2]曹亮宏，陳培沖，譚昱，等.廣西石灰巖機制砂混凝土材料設計研究[J].武漢理工大學學報，2013，35(2)：32-37.

[3]易文，馬健霄，聶憶華.機制砂混凝土性能研究[J].中外公路，2008，28(3)：151-153.

[4]趙玉肖.玄武巖纖維水泥混凝土路面施工工藝及質量控制[J].中外公路，2013，33(2)：72-74.

[5]謝金.淺談共玉公路B4標水泥混凝土集中拌和及運輸的質量控制[J].青海交通科技，2013(2)：36-37.

[6]劉清泉.水泥混凝土路面表面構造的修筑與養生[J].公路，2003(7)：67-69.

[7]JTG F30-2014，公路水泥混凝土路面施工技術細則[S].

Construction Technology of“White+White”Cement Concrete Pavement

LI Chun

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

In order to protect the environment and reduce the dredging and use of natural river sand，this article proposed the composite monolithic cement pavement(“White+White”monolithic cement con-crete pavement)design of using the manufactured-sand concrete for the underlying layer of cement concrete pavement and using the natural sand concrete for upper layer，then in combination with engi-neering example，it introduced the construction technology of“white+white”monolithic cement concrete pavement as well as its social and economic benefits，which can provide the reference for the promo-tion and application of“white+white”monolithic cement concrete pavement.Keywords：Manufactured-sand concrete；Natural-sand concrete；Cement pavement；Composite concrete；Construction technology

2016-05-10

U416.216

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.001

1673-4874(2016)06-0001-04

李春(1974—)，高級工程師，碩士，研究方向：公路工程設計與科研。

廣西交通運輸廳2014年交通科技項目“‘白+白’整體式水泥路面技術研究及示范性應用”