摘要：研究了露石水泥混凝土路面鋪筑過(guò)程中必然要遇到的材料選擇、沖洗時(shí)間、成熟度、雙層鋪筑混凝土強(qiáng)度等關(guān)健技術(shù)問(wèn)題，分析了沖洗時(shí)間、成熟度的主要影響因素，發(fā)現(xiàn)溫度越高，沖洗時(shí)間越早，最早沖洗時(shí)間與最遲沖洗時(shí)間有較大的間隔，常溫下可達(dá)十多個(gè)小時(shí)，溫度升高，間隔減小，成熟度隨溫度的升高而增大，相隔一定時(shí)間分兩層振搗的水泥混凝土試件強(qiáng)度與一次振搗的水泥混凝土試件強(qiáng)度基本相同。結(jié)果表明:成熟度指標(biāo)、試驗(yàn)法是評(píng)價(jià)、檢測(cè)露石工藝性質(zhì)的有效手段，兩層鋪筑方法是降低此種路面成本的有效途徑。
關(guān)鍵詞：道路工程;露石混凝土路面;試驗(yàn)研究;材料選擇;沖洗時(shí)間;成熟度;雙層鋪筑強(qiáng)度
0 引言
普通混凝土路面抗滑性低、噪聲大、陽(yáng)光反射強(qiáng)烈等缺陷會(huì)影響這種路面在新的公路建設(shè)或維修工程中的采用，對(duì)這些缺陷進(jìn)行改善，將有助于拓展水泥混凝土路面的應(yīng)用范圍。露石混凝土路面正是克服普通混凝土路面諸多缺陷的路面形式之一，它可在許多方面表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。
露石水泥混凝土路面在發(fā)達(dá)國(guó)家有研究與應(yīng)用實(shí)例，但在結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的某些理論方面還未做相應(yīng)的研究[3]，而中國(guó)的研究應(yīng)用極少。對(duì)此，筆者針對(duì)各國(guó)的情況，對(duì)露石混凝土路面的材料選擇、施工工藝性能、路用性能及評(píng)價(jià)方法等做了詳細(xì)研究，并鋪筑了1. 6 km的試驗(yàn)路，試驗(yàn)路表現(xiàn)出了行車舒適、抗滑性高、噪聲低、光線柔和等優(yōu)點(diǎn)。在此，筆者對(duì)鋪筑露石混凝土路面所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以期為露石混凝土路面的大面積應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
1 材料的選擇與施工工藝
1.1 材料的選擇
集料選擇除考慮普通混凝土所要求的技術(shù)指標(biāo)外，要特別考慮力學(xué)性質(zhì)、粒徑大小，在可能的情況下還要考慮集料的顏色。各力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)中磨光值是影響露石混凝土路面耐磨性最重要的影響因素，磨光值大的集料將使露石混凝土路面獲得很高的耐磨性川，進(jìn)而使其高抗滑性得到持久的保持;最大粒徑的大小則影響路面的表面構(gòu)造，從而進(jìn)一步影響路面的抗滑性與滾動(dòng)噪聲水平;合適的集料最大粒徑會(huì)使路面既具有較高的抗滑性，又具有較低的滾動(dòng)噪聲水平;集料的顏色會(huì)影響露石表面的外觀與反光性能，賞心悅目的路面外觀與光線柔和的路表將大大提高水泥混凝土路面行車的舒適性。
一種路面是否可行，除技術(shù)性能外，是否經(jīng)濟(jì)也會(huì)成為這種路面能否推廣的決定性因素。上面簡(jiǎn)述了對(duì)露石混凝土路面用集料的特殊要求，如果當(dāng)?shù)厝狈@種集料，而全厚度混凝土板必須采用外運(yùn)集料時(shí)，大量采用昂貴的優(yōu)良集料則會(huì)大大增加路面的造價(jià)，進(jìn)而導(dǎo)致該地區(qū)放棄這種路面結(jié)構(gòu)形式。對(duì)此，筆者提出兩層鋪筑露石混凝土路面的施工工藝，即在表面4-5 cm厚度采用優(yōu)良的外運(yùn)集料，其余主要厚度采用當(dāng)?shù)乇阋说膫鹘y(tǒng)集料。
所鋪筑的試驗(yàn)路就采用了這種兩層鋪筑的露石混凝土路面，全厚24 cm，其表層約4. 5 cm厚混凝土采用性能較好的外運(yùn)集料— 輝綠巖，最大粒徑20 mm;其余約19. 5 cm厚度混凝土采用當(dāng)?shù)刎S富而便宜的石灰?guī)r集料，最大粒徑30 cm,
這種兩層鋪筑的施工工藝大大降低了材料成本，而由此施工工藝引起的額外費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用兩種材料所節(jié)約的材料費(fèi)用。所以，這是一種經(jīng)濟(jì)的露石混凝土路面鋪筑方法。
當(dāng)路面外觀要求小粒徑集料時(shí)，兩層鋪筑工藝也是必要的。
水泥標(biāo)號(hào)可按傳統(tǒng)混凝土路面混合料設(shè)計(jì)原則選擇，如果表面露石粒徑小，則需提高水泥強(qiáng)度或采取其他措施提高水泥砂漿對(duì)集料的粘結(jié)強(qiáng)度，以免小粒徑碎石顆粒剝落。
1.2 施工工藝
當(dāng)實(shí)施兩層鋪筑露石混凝土路面時(shí)，在底層混凝土攤鋪后，用振搗棒振實(shí)，并用平板振搗器初步振搗;隨后攤鋪表層混凝土，用三滾筒壓實(shí)整平機(jī)壓實(shí)整平，并人工對(duì)表面進(jìn)行最后的抹平工藝。等表面水消失后，即可噴灑專門(mén)的露石劑乳液，噴灑量控制在225^250 g/mz ,噴灑器具要能使噴出的乳液霧化。
噴灑完成幾分鐘后，覆蓋塑料膜養(yǎng)生。等待沖洗的時(shí)間則主要根據(jù)氣溫及其他因素，按下述分析確定。沖洗可以根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕l件人工進(jìn)行或機(jī)械完成，最佳露石深度為1. 5 mm,
2 沖洗露石時(shí)間分析
筆者所定義的沖洗露石時(shí)間是從混凝土表面抹平開(kāi)始，經(jīng)過(guò)噴灑露石劑、覆蓋塑料膜養(yǎng)生、達(dá)到可沖洗狀態(tài)時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間(以小時(shí)計(jì))。可沖洗狀態(tài)又分為最早沖洗狀態(tài)和最遲沖洗狀態(tài)。最早沖洗狀態(tài)是混凝土表面可用水、刷子進(jìn)行沖洗，砂漿易被沖掉，但不會(huì)沖掉碎石;最遲沖洗狀態(tài)是混凝土表面可以被沖洗，但沖洗掉砂漿比較困難，可能要借助鐵刷子或壓力水。由此分別測(cè)定最早沖洗時(shí)間和最遲沖洗時(shí)間，合適的沖洗露石時(shí)間則是二者的平均值，即既不易掉石子、沖洗也不困難的等待時(shí)間。
2.1 最早與最遲沖洗露石時(shí)間試驗(yàn)分析
筆者分別對(duì)可能影響沖洗時(shí)間的各種因素，如水泥的標(biāo)號(hào)、水灰比、養(yǎng)生溫度等進(jìn)行了試驗(yàn)分析，其中，最為突出的影響因素是溫度。表1是關(guān)于溫度影響的試驗(yàn)結(jié)果，部分結(jié)果見(jiàn)圖1。
由圖1中看出:溫度越高，沖洗時(shí)間越短，最遲沖洗時(shí)間與最早沖洗時(shí)間有較大的時(shí)間間隔，這種間隔時(shí)間將有利于掌握合適的沖洗露石時(shí)刻。
從表1中還可發(fā)現(xiàn)，溫度越高，最早沖洗時(shí)間與最晚沖洗時(shí)間間隔越短。這實(shí)際上反映出:在高溫下，水泥凝結(jié)水化速度較快，對(duì)表面滲透了露石劑的砂漿硬化速度影響也較大，因此，二者時(shí)間間隔縮短。這表明:在溫度較低時(shí)，沖洗工藝可選擇的時(shí)間范圍較寬裕，而在溫度較高時(shí)，沖洗工藝可選擇的時(shí)間范圍較窄。因此，在氣溫不是很高時(shí)進(jìn)行施工，可利用的時(shí)間范圍較寬，實(shí)際沖洗工藝比較容易控制。
2.2 沖洗露石時(shí)間的計(jì)算分析
把在適宜沖洗時(shí)間tbw的成熟度M定義為
式中:T為混凝土表面溫度(0C)，在室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，T近似為恒溫。
按式 (1 )定義計(jì)算，可得到表1中最后一項(xiàng)的值。由此，可繪制溫度一成熟度關(guān)系曲線，見(jiàn)圖2。
由圖2可知：溫度越高，沖洗時(shí)成熟度越大。
實(shí)際工地的氣溫是變化的，式(1)中溫度為變量T(t)，因此，成熟度的計(jì)算(圖3)應(yīng)采用式(2)進(jìn)行
式中:t。為混凝土抹面完成的時(shí)刻(h);t,為混凝土沖洗時(shí)的適宜時(shí)刻(h)。
在實(shí)際工地，混凝土表面溫度的變化可以通過(guò)放入混凝土面上塑料膜內(nèi)的溫度計(jì)，每小時(shí)讀一次數(shù)來(lái)實(shí)際測(cè)定，則式(2)的計(jì)算可近似為
式中:Tt。 +，為混凝土抹面后第1h測(cè)量的表面溫度(0C);T o十2為混凝土抹面后第2h測(cè)量的表面溫度(0C);T,，為混凝土適宜沖洗的表面溫度(0C)。
通過(guò)室外試驗(yàn)表明:室內(nèi)不同溫度下確定沖洗時(shí)的成熟度與室外基本相同，因此，實(shí)際施工中，可以實(shí)際量測(cè)塑料膜下混凝土表面在不同時(shí)間的溫度，用以計(jì)算其平均值丁，并根據(jù)室內(nèi)所得結(jié)果(圖2)查得一個(gè)對(duì)應(yīng)的成熟度M，由此計(jì)算適宜的沖洗時(shí)間tbw
由上述分析可知:適宜沖洗時(shí)間是最早沖洗時(shí)間與最遲沖洗時(shí)間的平均值。在最早與最遲沖洗時(shí)間范圍內(nèi)均可進(jìn)行沖洗，只是難易程度有所差異。相應(yīng)地，實(shí)際沖洗的成熟度可在一定范圍內(nèi)變化。
水灰比 、水泥強(qiáng)度對(duì)沖洗時(shí)間亦有一定影響，一般水灰比小、水泥強(qiáng)度高時(shí)，沖洗時(shí)間會(huì)稍有縮短，相應(yīng)的成熟度也稍有變小。這些影響不像溫度影響那樣顯著。
2.3 沖洗露石時(shí)間的劃痕測(cè)試與實(shí)際試沖洗
除上述用成熟度指標(biāo)控制沖洗時(shí)間方法外，還可用試驗(yàn)確定合適的沖洗時(shí)刻。
(1) 通過(guò)專門(mén)設(shè)計(jì)的劃痕試驗(yàn)儀測(cè)定是否已達(dá)到合適的沖洗時(shí)刻。該裝置有兩個(gè)厚度約1 mm的劃痕鐵條，其上配有約0. 8 kg的荷重，這兩個(gè)劃痕鐵條與兩個(gè)小輪聯(lián)為一體，形成四輪中兩輪由兩個(gè)鐵條替代的小車。手指拉動(dòng)小車向前，劃痕鐵條在荷重作用下，在水泥混凝土路面表面劃下痕跡。當(dāng)此痕跡僅為可看到的壓紋、周邊沒(méi)有任何劃破斑跡時(shí)，混凝土即達(dá)到合適的沖洗時(shí)刻。
(2) 小面積試沖洗，確定是否已達(dá)到合適的沖洗時(shí)刻。通過(guò)量測(cè)計(jì)算、劃痕測(cè)試后，對(duì)認(rèn)為已達(dá)到合適沖洗時(shí)間的混凝土表面，進(jìn)行實(shí)際小面積沖洗，當(dāng)表面砂漿可沖洗掉、集料不易脫落、露石深度合適時(shí)，即為合適的沖洗時(shí)刻。
3 兩層鋪筑工藝時(shí)的強(qiáng)度
由材料性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果可知:某些集料的力學(xué)指標(biāo)較差，不宜作為表面承受車輪磨耗的集料，但在許多地方，力學(xué)指標(biāo)不理想的集料比較豐富，其價(jià)格低廉。考慮到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)兩方面的原因，本研究對(duì)單一結(jié)構(gòu)層水泥混凝土路面，在結(jié)構(gòu)層總厚度不變的情況下，實(shí)施兩層混凝土鋪筑路面工藝，即下部主要厚度(路面結(jié)構(gòu)層厚度的3/4)混凝土采用價(jià)格便宜的集料，而表面混凝土采用優(yōu)質(zhì)集料。為分析這種兩層鋪筑工藝對(duì)路面總體強(qiáng)度是否有影響，室內(nèi)采用了模擬試驗(yàn)進(jìn)行分析，即在成型15 cm X 15cmX55 cm梁型試件時(shí)，考慮到實(shí)際工藝銜接上的時(shí)間差，在11 cm底層混凝土澆注振搗40 min后，再澆注4 cm頂層混凝土，底層混凝土采用振動(dòng)臺(tái)振
搗，頂層混凝土采用頂面平板振搗。部分強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
由試驗(yàn)結(jié)果可知:兩層成型混凝土的強(qiáng)度介于單層混凝土之間。這說(shuō)明，如果單層鋪筑混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，則兩層鋪筑時(shí)混凝土的強(qiáng)度也能滿足要求。由此可知:兩層鋪筑工藝不會(huì)降低露石水泥混凝土路面的強(qiáng)度。
4 結(jié)語(yǔ)
(1) 溫度越高，沖洗時(shí)間越早;最早與最遲沖洗時(shí)間有較大的間隔，這將有利于沖洗露石工藝的完成;溫度較低時(shí)，可沖洗的時(shí)間范圍寬，更有利于沖洗露石工藝的完滿實(shí)施。
(2 )成熟度是露石混凝土工藝性質(zhì)的重要指標(biāo)，溫度越高，可沖洗的成熟度值越大;通過(guò)實(shí)際量測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度平均值，利用本研究所獲得的成熟度試驗(yàn)值，可計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)沖洗露石時(shí)間;通過(guò)劃痕試驗(yàn)與實(shí)際試;沖洗，可進(jìn)一步確定適宜的沖洗時(shí)刻。
(3 )從 兩 層鋪筑混凝土強(qiáng)度近似于單層鋪筑混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果表明:路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)總厚度可通過(guò)兩層鋪筑工藝實(shí)施，這樣，既可保證露石混凝土路面優(yōu)良的表面功能，又可降低該路面的材料成本。.
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