路面機制砂混凝土抗滑耐久性分析

宋鴿

（河南省交通科學技術研究院有限公司，河南鄭州 450000）

0.引言

在水泥混凝土路面當中，抗滑性是重要的使用性能指標，是保障路面行車安全的關鍵要素。耐磨性是路面抵抗摩擦損失的能力，在特定條件下，可以用混凝土的磨損量表示，與路面抗滑耐久性息息相關。一般來講，磨損量越大，則細觀構造的磨光和宏觀紋理構造的磨平就越明顯，這種情況下，路面的抗滑摩擦系數將會越來越小。目前，為了緩解優質石英河砂短缺的困境，路面高品質機制砂混凝土的出現，不僅可以達到路面混凝土各項物理力學性能，還能替代石英河砂，達到良好的應用效果。為此，開展路面機制砂混凝土抗滑耐久性具有十分重要的現實意義[1]。

1.工程概況

信陽市S213線光山息縣交界至光山十里鎮段大修項目（一標段），工期90d，合同段起訖樁號為K532+290～K540+090，全長7.8km，其中大修里程7.35km，二級公路，設計速度為60km/h，采用水泥混凝土路面，路面總厚度為74cm。路面結構層情況如表1所示。原材料選擇當中，結合當地實際情況，細集料采用了機制砂：河砂=1:1的混合砂，為機制砂水泥混凝土路面。為了檢驗路面的抗滑耐久性，選取其中500m為試驗段進行分析，即K533+050-K533+550段。

表1 路面結構層形式

2.路面檢測結果

在試驗段K533+050-K533+550當中，選取5個路面位置進行路面構造深度、平行與垂直紋理等指標檢測，表2為路面檢測結果。

表2 試驗段路面檢測結果

由表2可見，在試驗段路面抗滑性與耐磨性檢測當中，路面平行紋理在39以上，垂直紋理在54以上，構造深度在0.81mm以上，表面回彈值在40.1以上。按照現行水泥混凝土路面施工相關標準要求，二級公路的路面混凝土磨損量在3.5kg/m3 以下，經計算分析后，本路段的最大磨損量在2.28kg/m3 以下，可滿足規定要求。同時，按照規定要求，路面構造深度需控制在0.5mm～0.9mm，試驗段的構造深度范圍為0.81mm～0.86mm，可滿足該規定。針對垂直紋理擺值，規定應大于50，試驗段構造深度在54以上，可達到標準，由此說明，試驗段在抗滑性和耐磨性方面仍可滿足規定，可保證道路正常通行，確保行車安全[2-3]。

3.機制砂水泥混凝土路面耐磨抗滑對策

作為路面表面功能，耐磨性、抗滑性主要受控于路表的砂漿層摩擦、磨損特性。在路面提漿、飾面施工當中，機制砂當中的石粉很容易浮在路表，這種情況下將會影響表面砂漿層施工質量。為此，在施工當中，需要采取一定措施，優化施工工藝，進一步提升路面的抗滑性能和耐磨性，以此對路表砂漿層石粉含量加以合理控制，滿足改善路面使用性能的目的。在試驗段施工當中，采用了三軸式攤鋪工藝，具體措施如下：

3.1 攤鋪施工

施工當中，卸料時，需保證混凝土的均勻性，合理控制堆放高度，不得超過面板厚度的2倍。布料采用設備+人工的方式，設備包括挖掘機等。具體要求為當坍落度在60mm的條件下，松鋪系數控制在1.10左右，按照現場實際情況，在±0.05范圍內進行適當調節，若采用較高坍落度，松鋪系數不宜太高，可取低值。

對于松鋪系數，還需要考慮路面橫坡的因素，橫坡高或低的一側，松鋪系數可加上或減去橫坡坡度值，合理調整松鋪系數。若縱坡在3%以上，縱坡低的一側，需適當減小施工縫接頭位置的松鋪系數。相反，若為縱坡高的一側，可加大施工縫接縫位置的松鋪系數。

3.2 碾壓成型

布料符合施工規定之后，即可進行振動密實成型，通常情況下，一個作業單元長度需控制在20m左右，不宜低于10m。按作用單元振搗機需均勻、連續振搗，振搗機的移動速度不得超過1.5m/min，每個作業單元的振搗時間控制在15min以內。

施工時，可采用振動棒振動密實，振動棒插入與路面的夾角需在60°以上，插入間距則控制在0.5m以內,且不得大于振動棒直徑的10倍，合理控制各個位置的振動時間，一般時間不得低于10s，不得高于15s。此外，對于路面邊緣等薄弱位置，需加大振搗力度[4]。

若施工中采用平板振動器振動密實，在所有位置，需合理控制振動器的振動時間。平板振動器移動時，保證底板重疊寬度滿足設計要求，一般不得小于50mm。

振動成型過程中，完成路面不允許隨意破壞，尤其是車輛、行人，嚴禁留下車輪痕跡和踩踏痕跡。特殊情況下，若出現離析情況，需及時進行處理。當振動時間達到設計及施工要求后，可采取三軸式攤鋪機進行施工，具體施工需做到以下幾點：

第一，三軸式攤鋪機施工過程中，按照每一個作業面實際情況，一個一個地逐步完成振動、整平施工工序，振搗施工時嚴禁隨意跨單元施工。

第二，振搗機振動施工之后，需及時對模板中的料位進行詳細檢查，振動密實后，相比模板頂面高度，混合料應高出10mm左右。若超出過高或過低，需及時通過人工方式進行處理。

第三，按照前進振動、后退滾壓的方法進行三軸式攤鋪機施工，通過振動方式，做好作業面整平施工，在振動施工時，需合理控制振動遍數，不得低于2遍，直至滿足設計要求。

第四，施工時，需要時刻關注振動軸前方的砂漿情況，砂漿干硬程度過大或砂漿量過多的情況下，必須采用人工輔助的方式進行處理；反之，若砂漿太稀，或者說砂漿稠度在120mm以上的情況下，則選擇刮尺橫向將過稀的砂漿及時刮除。

第五，整平施工后，應及時通過三米刮尺橫向刮平，并將表面多余的砂漿刮除，刮尺處理后，還需要通過刮板刮平。

第六，為了避免作業單元之間出現漿條情況，可通過滾壓法進行整平，也可跨單元作業。待修整之后，為了加大路表密度，可采取滾壓法繼續施工，直至達到規定要求。

3.3 表面抗磨施工

施工路面成型階段，通過三軸式攤鋪機進行施工，在施工時，合理控制振動遍數，待振動遍數在3遍以上，需及時去除砂漿，并對砂漿稠度及顆粒含量進行檢測與控制，一般情況下，砂漿稠度控制在120mm以下。若出現凹凸不平處，需及時進行填補材料或刮除材料。待表層整平后，需及時進行飾面處理，完成混凝土表面泌水，即可進行收光飾面[5]施工。

3.4 抗滑構造施工

收光施工之后，可進行表面拉毛施工，主要材料有塑料掃、粗麻袋等，保障路面表面細構造滿足設計規定。待混凝土硬化處理后，需合理控制抗壓強度，一般大于10MPa，通過刻槽機進行施工，并合理控制槽寬、深度及間距。在一些特殊位置，比如豎曲線底部等，需適當加大紋理寬度，增強路表排水功能。若一些路段對于噪聲有特定要求，需采取縱向機械刻槽進一步增強路面抗滑能力，降低噪聲。

3.5 路面養護

混凝土初凝之后，需及時進行路面養護，可采用養護劑噴灑，做好初期養生，養護劑的噴灑量應滿足規定要求。路面切縫后應立即灑水、覆蓋保濕養生；采用塑料薄膜覆蓋時，搭接部位應重疊足夠的寬度，并采取措施壓緊，防止被掀起。路面刻槽后應繼續覆蓋保濕，直到收縮穩定，路面表面回彈硬度符合要求。

4.機制砂混凝土路面抗滑耐久性評價分析

通過實踐證明，三軸式攤鋪施工工藝改進處理之后，可以進一步提升混凝土路面的抗滑性能和耐久性能。基于上述分析，還需對機制砂混凝土路面抗滑耐久性進行評價分析，從而進一步提高工程質量，保證路面抗滑耐久性。

4.1 路面耐磨性評價分析

增強路面耐磨性，可以提高路表砂漿質量，還可以客觀反映路面強度及回彈值。為此，在評價路面磨損量和混凝土表面關聯性時，混凝土的各項指標數據范圍如表3所示。

表3 混凝土指標數據范圍

由于水灰比與孔隙率之間關系密切，在二級水泥路面最大水灰比0.46的情況下，可參考表3了解水灰比與孔隙率的線性關系，并獲取表面孔隙率，即取值1.267%。按相關規定，混凝土的表觀密度為1950kg/m3～2500kg/m3，為考慮最不利情況，可取最大值2500kg/m3。根據換算公式分析，獲取二級公路混凝土的表面抗壓強度，即混凝土最大磨損量3.5kg/m2換算下的表面抗壓強度為33MPa，為提高路面的耐磨性，對以上數據進行5倍數取整，由此可見，路面的表面回彈值需在40以上，抗壓強度平均值大于40MPa且極值不低于35MPa[6]。

為此，在路面耐磨性評價當中，要求滿足以下條件：

第一，路面表層砂漿可均勻分布，需有效控制刮除的砂漿稠度，不得超過120mm，且盡可能不出現稀漿富集情況。

第二，所有施工段均需做好混凝土路表28d回彈值試驗檢測，保證平均回彈值不低于40。

第三，混凝土抗壓強度平均值應控制在40MPa以上，極值也不得小于35MPa。

4.2 路面抗滑性評價分析

除路面構造深度以外，路面抗滑性還能直接表征抗滑性的摩擦系數，同樣對此也作出了一定要求。按照相關研究表明，機制砂混凝土未刻槽的條件下，其擺值范圍為22～28，收光表面的擺值需控制在25平均值以上。拉毛提供的0.2mm構造深度，則可以為路面提供10擺值，路面表面拉毛處理后，其擺值必須在35以上。于水泥混凝土路面來講，表面擺值要求控制在50以上，這樣才能確保行車的舒適性和安全性，為此，刻槽表面擺值必須控制在50以上。基于此，當路面刻槽規格為槽間距16mm，槽寬及槽深均為3mm的條件下，路面構造深度范圍則為0.5mm～0.6mm，加上拉毛處理后，可以為路面提供0.2mm構造深度，總體來講，可以為路面提供構造深度0.7mm～0.8mm[7]。

由此可見，在路面抗滑性能評價當中，可采取多指標法，要求滿足以下需求：

第一，收光表面的摩擦系數應控制在25以上。

第二，拉毛表面的摩擦系數應控制在35以上。

第三，刻槽表面垂直紋理方向的摩擦系數應控制在50以上，平行紋理方向摩擦系數應控制在35以上。

第四，在路面抗滑性能檢測當中，可采取鋪砂法，設多個檢測點，抗滑構造深度為0.7mm～0.8mm。

5.結語

在社會經濟高速發展的今天，我國交通事業取得了令人矚目的成績。在低等級公路當中，水泥混凝土路面依舊是主流。為了進一步驗證混凝土路面的抗滑耐久性，本文在全面了解機制砂混凝土路面特點的基礎上，利用具體工程現場試驗的方法證明了在實際工程中機制砂水泥混凝土路面具有可行性。同時，通過改進三軸式攤鋪施工工藝，從攤鋪、碾壓成型、耐磨及抗滑等施工工序出發，提出了相應了工藝改進對策，最后針對路面抗滑性能和耐磨性能進行了評價分析，并得出成型路面的平均回彈值需控制在40以上，刻槽表面垂直紋理方向的摩擦系數需控制在50以上，抗滑構造深度在0.7mm～0.8mm，最終表明機制砂混凝土路面具有良好的抗滑耐磨性。