高性能耐久性透水水泥混凝土路面技術(shù)研究與應(yīng)用

陸路,張玉斌

摘 要：筆者開展高性能耐久性透水水泥混凝土的強度形成機理、原材料、路用性能、施工工藝等方面的研究，并成功鋪筑了實體工程，提升了道路路面品質(zhì)及服務(wù)功能，助力了交通強國發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高性能;透水;水泥混凝土;路面

1 概述

到2035年，我國將利用先進信息技術(shù)應(yīng)用，逐步提升道路基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計、建造、養(yǎng)護、運行管理等數(shù)字化水平，開發(fā)新型材料，提高道路服務(wù)水平與服務(wù)質(zhì)量，建設(shè)全壽命周期內(nèi)的品質(zhì)工程。

透水混凝土是一種廣泛應(yīng)用于透水鋪裝措施中的新型生態(tài)型的道路材料，日益受到人們的關(guān)注。而以國家戰(zhàn)略政策導(dǎo)向為契機，高性能耐久性透水水泥混凝土路面，既可滿足城市各種載荷道路的強度要求，又具有透氣透水性，分解汽車尾氣等有害氣體，吸附微小粉塵，降音、降噪，緩解城市“熱島效應(yīng)”等，是未來我國道路發(fā)展的重要方向，也是海綿城市總體規(guī)劃的一個組成部分。

2 強度機理

當(dāng)前，絕大多數(shù)透水水泥混凝土材料強度低，一般在C30以下，無法滿足公路及城市道路路面對混凝土強度要求，筆者開發(fā)的高性能耐久性透水水泥混凝土強度能達到C35～C50，完全能夠滿足重載交通要求，拓展透水混凝土應(yīng)用范圍。

高性能耐久性透水水泥混凝土是經(jīng)過特殊無機型透水保水水泥混凝土增強劑經(jīng)與水混合形成稀釋液再于水泥混合形成水泥漿包裹住粗、細骨料，配合精細施工制成具有連續(xù)孔隙的高強度透水混凝土。高性能耐久性透水水泥混凝土基于無機型增強劑開發(fā)，其主要成分為硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀、氯化銨、硫酸鈉等混合成的無機鹽溶液，工作機理為：

（1）增強劑中成分包括了常規(guī)的減水劑、早強劑和增強劑成分，能達到早強、增強效果。

（2）增強劑與水泥中鈣物質(zhì)反應(yīng)，生成不溶物，激發(fā)水泥形成大量的凝膠產(chǎn)物，增加骨料之間粘結(jié)性，增加混凝土強度。

（3）增強劑與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，形成絮狀網(wǎng)絡(luò)的凝膠物質(zhì)，填充集料表面毛細孔，改善膠體與骨料界面密實性，以此增加混凝土強度。

3 原材料試驗

水泥采用海螺牌52.5硅酸鹽水泥（P.Ⅱ型），其具體性能參數(shù)如表1所示。

集料選用項目部自加工的花崗巖作為高性能耐久性透水水泥混凝土的粗集料，石料粒徑處于4.75 mm～9.5 mm的含量約70%～80%，選取花崗巖強度高，針片含量少，其顆粒飽滿、圓潤，自加工花崗巖潔凈無雜質(zhì)，有利于高性能耐久性透水水泥混凝土骨架的形成以及強度的保持，集料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表2所示，級配見表3所示。

增強劑選用多功能無機型透水保水混凝土增強劑，該增強劑屬于液態(tài)，對高性能耐久性透水水泥混凝土強度具有較好的提升效果，性能見表4所示。

4 路用性能試驗

對高性能耐久性透水水泥混凝土綜合性能進行試驗研究，主要包括高性能耐久性透水水泥混凝土的抗壓強度、抗折強度、抗彎拉模量、收縮性能、透水系數(shù)及干縮性等性能試驗數(shù)據(jù)如表5所示。

從表5可以看出：

（1）高性能耐久性透水水泥混凝土彎拉強度滿足《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》中極重、特重、重交通條件下水泥混凝土的彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值≥5.0 MPa的要求。

（2）高性能耐久性透水水泥混凝土的抗凍性，進行50次凍融循環(huán)試驗，其強度損失9.7%，質(zhì)量損失3.9%，低于規(guī)定值20%和5%的要求，表明其具有較好的抗凍性，能夠在低溫條件下，保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強度等級。

（3）對高性能耐久性透水水泥混凝土耐磨性及飛散性分析，其質(zhì)量損失值比規(guī)定值小得多，表明骨料之間的粘結(jié)、嵌擠作用較強，實際使用過程中，在輪胎揉搓碾壓、環(huán)境溫度、濕度作用下，保持石料之間緊密結(jié)合，其使用過程中，具有較好的耐久性。

5 試鋪段及施工工藝

本次試鋪段將原設(shè)計方案變更為：15 cmC20混凝土+24 cmC40混凝土+水泥凈漿+10 cm高性能耐久性透水水泥混凝土，試驗段方案路面標(biāo)高與原設(shè)計一致，見表。

試鋪段原材料均來自項目部自購或自加工，配合比及材料均與室內(nèi)試驗推薦相同。采用水泥混凝土拌合樓進行拌合，自卸汽車運輸，水穩(wěn)攤鋪機掛線攤鋪，按照壓實度96%控制要求，松鋪系數(shù)按照1.2進行控制。

攤鋪完成后采用12 t雙鋼輪振動壓路機進行碾壓，行駛速度在2 km/h～3 km/h，雙鋼輪壓路機應(yīng)從邊緣往中間逐漸碾壓，壓路機應(yīng)勻速穩(wěn)定、連續(xù)行進，中間不得中途停頓、等候和拖延，碾壓過程中不得急拐、緊急起步及快速倒車。壓路機之間錯位碾壓，不得相互干擾。碾壓遍數(shù)為4～5遍，應(yīng)保證高性能耐久性透水水泥混凝土路面壓實度不低于96%。為避免黏輪，壓路機鋼輪上應(yīng)有霧化噴淋裝置，且應(yīng)斜向貼鋼輪表面綁繩索。壓路機鋼輪要一定要保持清潔濕潤，并添加增壓泵裝置，以保證噴霧更加均勻，以達到碾壓過程中不明顯滴水效果即可。

同時本項目下承層C40混凝土路面橫向切縫間距為5 m，為防止反射裂縫，將面層切縫間距與下承層切縫位置相對應(yīng)，本項目高性能耐久性透水水泥混凝土路面橫縫切縫間距定為10 m，在兩邊蓋板處適當(dāng)位置做好標(biāo)記，以便于后期切縫。鋸縫的時間根據(jù)氣溫和時間來確定，一般可用強度和溫度時積兩指標(biāo)來控制，當(dāng)混凝土的強度達到6 MPa～12 MPa為宜

（也即達到設(shè)計強度的25%～30%），或者度時積達到200℃·h時開始鋸橫向縮縫。橫向縮縫的深度為板厚的1/3～1/4，寬度為3 mm～5 mm，鋸縫時注意保持線形順直、清晰，鋸縫并注意防止崩邊。鋸縫完畢，要用水將鋸縫產(chǎn)生的粉塵、漿液沖洗干凈。

養(yǎng)護時間根據(jù)高性能耐久性透水水泥混凝土強度增長情況而定，采用土工布等覆蓋物灑水養(yǎng)護時，要及時灑水，灑水遍數(shù)應(yīng)根據(jù)天氣情況以保證覆蓋物在養(yǎng)生期間始終處于潮濕狀態(tài)：陰天每天灑水1～2遍;晴天每天灑水2～3遍，養(yǎng)護時間不宜少于28 d。

6 結(jié)束語

（1）通過高性能耐久性透水水泥混凝土的強度形成機理與試驗相互驗證，室內(nèi)試驗與工程應(yīng)用相結(jié)合，成功解決以往透水混凝土普遍存在的強度低、耐久性差的技術(shù)問題。

（2）高性能耐久性透水水泥混凝土在抗壓、抗折、抗?jié)B水、抗沖擊等方面，性能優(yōu)異，能夠滿足重載交通的要求。

（3）提出了高性能耐久性透水水泥混凝土拌制和碾壓工藝，保證混凝土骨架空隙連通性、強度的持久性和施工高效便利性。

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