水泥混凝土路面質(zhì)量控制措施
水泥混凝土路面作為一種高級剛性路面結(jié)構(gòu)形式,已超過百余年,在世界各地使用極其廣泛。我國水泥混凝土路面已有70余年的歷史,主要于20世紀(jì)80年代開始大量使用。通過“七五”、“八五”、“九五”三個五年研究計劃,設(shè)計理論和施工水平已達(dá)到較高水平。進(jìn)入90年代后,我國開始采用滑模攤鋪機(jī)施工水泥混凝土路面,工程質(zhì)量和工程進(jìn)度得到較大幅度的提高。
但是,隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,公路運輸總量持續(xù)增長,交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了不斷的突破,交通流量、交通荷載、輪胎壓力不斷增加,道路使用條件越來越惡劣。如何建設(shè)表面平整,行車舒適安全的路面,是擺在每一個公路建設(shè)者面前的一道難題,也是不斷追求的目標(biāo)。
一、目前路面現(xiàn)狀
?。ㄒ唬└咚俟方煌顩r。目前,我國高速公路呈現(xiàn)出交通量大,貨車超軸載特別多,行車速度快的特點。為此,對我國高速公路的建設(shè)提出了更高的要求。
?。ǘ└咚俟仿访娆F(xiàn)狀。我國高速公路路面主要采用瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面兩種形式,相對來說,水泥混凝土路面給社會的印象較差,導(dǎo)致近年來國內(nèi) 在高等級路面上采用水泥混凝土路面越來越少。為此,筆者跟蹤和分析了國內(nèi)部分省市的水泥路混凝土路面情況,確有許多路面出現(xiàn)了唧泥、斷板、開裂等病害,有 些甚至剛通車就開始修補(bǔ),質(zhì)量不良狀況特別嚴(yán)重,極大的影響了行車的舒適性和安全性,在社會上造成了極大的影響。
二、水泥混凝土路面常見問題及原因
?。ㄒ唬┧嗷炷谅访娴拈_裂、斷板、錯臺。我國水泥混凝土路面的開裂、斷板,將直接影響路面的使用性能。路面雨水滲入基層,導(dǎo)致唧泥,并淘空基層,造成錯臺、斷板。路面出現(xiàn)斷板,主要是以下幾種原因:
1.施工期斷板:在滑模攤鋪路面施工時,一般是以下幾方面因素:
?。?)日溫差過大或蒸發(fā)量過高。日溫差過大,切縫不及時,溫度應(yīng)力高于混凝土路面的抵抗拉裂強(qiáng)度,造成斷板。在風(fēng)速過大,蒸發(fā)量過高時,養(yǎng)護(hù)不及時,表面干縮過快,出現(xiàn)收縮裂縫。
?。?)基層強(qiáng)度過高,基層裂縫未進(jìn)行處理,造成基層裂縫反射斷板。
?。?)水泥水化熱過高或安定性不良,或兩種水泥混用,也會引發(fā)早期斷板。我國企業(yè)實行集團(tuán)化,各大廠兼并無數(shù)小廠,改造后掛牌,在原廠供應(yīng)不及時的情況下采取兩廠同時供應(yīng)水泥,兩種水泥混用,極易造成路面大面積開裂、斷板。
(4)滑模攤鋪機(jī)操作不當(dāng)或混凝土工作性不適應(yīng)造成路面拉裂斷板。
2.通車后的錯臺、斷板
?。?)通車二年內(nèi)的斷板,一是由于路基未完全沉降穩(wěn)固,路基自然沉降出現(xiàn)斷板。二是基層表面的粗糙度過大,面板收縮時,基層對路面的局部磨擦力過大,使混凝土路面產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力而斷板。
?。?)通車二到五年內(nèi)的斷板,則主要是基層穩(wěn)定性不好,不耐沖刷,路面結(jié)構(gòu)橫向排水不暢,唧泥和淘空基層造成斷板。
(3)縮縫未插入傳力桿,重車多次碾壓、顛簸,造成板端出現(xiàn)微小沉降,板與板之間出現(xiàn)錯臺。
(4)路面抗彎拉強(qiáng)度儲備不足,重載車的高速增長是路面斷板的原因之一。
?。ǘ┧嗷炷谅访娴钠秸炔?,噪音高。相對瀝青混凝土路面來說,水泥混凝土路面的平整度較低,但衰減較慢。但目前我國水泥混凝土路面平整度差,筆者認(rèn)為主要有以下方面的因素:
1.我國水泥混凝土路面技術(shù)起點低,采用機(jī)械代施工程度低,且時間短,造成水泥混凝土路面施工水平相對較低,設(shè)計單位、建設(shè)單位等對路面的研究重視程度不夠,恣意縮短工期,導(dǎo)致施工單位出現(xiàn)趕工,是造成路面平整度不佳的主要原因之一。
2.施工單位配置人員力量弱,技術(shù)人員對路面攤鋪的認(rèn)識不深刻,不能根據(jù)不同的施工環(huán)境調(diào)整攤鋪的各個環(huán)節(jié),而是照搬以往成功的經(jīng)驗。機(jī)械操作手文化素質(zhì)低,不能較好地對路面施工的各個環(huán)節(jié)理解透徹,故施工的路面平整度不理想。
3.設(shè)計單位對混凝土路面的后期平整度影響因素考慮不周,如路面抗彎拉強(qiáng)度儲備不足,縮縫未插入傳力桿易出現(xiàn)錯臺等。
4. 基層的平整度較差。建設(shè)單位、施工單位對基層平整度重視不夠,造成路面厚度不均,收縮不一致,導(dǎo)致路面平整度較差。
5. 路面的設(shè)計厚度或施工厚度不足,是影響路面使用壽命的一個原因,出現(xiàn)“短命式”斷板。國外研究人員認(rèn)為,在一定范圍內(nèi),每增加1cm厚度,路面使用壽命增加3~5年。
水泥混凝土路面噪音相對瀝青路面較高的原因,主要是路面平整度不佳,路面錯臺、斷板而引起的。其次,我國對路面抗滑構(gòu)造的間距、深度的控制力度不夠,也是 噪音較大的原因之一。我國很多采用軟拉制作的抗滑構(gòu)造就極難滿足規(guī)范要求,硬刻痕的也是縫寬或縫深有出入。另外,在德國、法國等國家采用一次用滑模攤鋪機(jī) 濕接濕鋪雙層路面來解決,上層為高強(qiáng)低噪聲細(xì)粒式水泥混凝土路面,其噪聲水平與瀝青路面相當(dāng)。
?。ㄈ┧嗷炷谅访姹砻娉霈F(xiàn)空洞、脫皮露骨。水泥混凝土路面脫皮露骨、出現(xiàn)空洞,主要是由以下因素影響的:
1. 材質(zhì)問題。碎石、砂中含泥量過大,或有泥塊,通車后出現(xiàn)坑洞,或表面砂漿強(qiáng)度不夠,出現(xiàn)脫皮露骨。
2.混凝土坍落度控制不好。施工時出現(xiàn)蜂窩麻面,人工采用混凝土或砂漿修補(bǔ),易出現(xiàn)坑洞或脫皮露骨。
3. 施工時碰上下雨,雨水對未初凝的路面沖刷,出現(xiàn)脫皮露骨現(xiàn)象。
三、進(jìn)一步提高水泥混凝土路面的施工質(zhì)量
我國許多高速公路及地方道路經(jīng)常出現(xiàn)路面開裂、斷板、唧泥的現(xiàn)象,出現(xiàn)大量的返工。由于水泥混凝土路面修復(fù)困難,經(jīng)常出現(xiàn)邊施工邊通車,安全隱患大,經(jīng)濟(jì) 損失大,社會影響極壞。如何進(jìn)一步提高水泥混凝土路面的施工質(zhì)量,減少或杜絕常見病害的發(fā)生,提高行車的舒適性,是每位工程技術(shù)人員十分關(guān)注的問題。筆者 經(jīng)過多年的學(xué)習(xí)和積累,對如何提高路面的施工質(zhì)量,談?wù)勔恍┮娊狻?/FONT>
(一)加強(qiáng)水泥混凝土路面混合料原材料的選擇。建好高速公路水泥混凝土路面的基本物質(zhì)條件是路面水泥混凝土原材料要精良,進(jìn)場前控制好原材料的質(zhì)量相當(dāng)重要。
水泥主要控制水泥的抗折強(qiáng)度。我國水泥廠家眾多,生產(chǎn)技術(shù)良莠不齊,因此,選擇合格的水泥是保證混凝土強(qiáng)度的首要因素。另外,對水泥的安定性及游離氯化鈣 含量,水泥的細(xì)度、干縮率與凝結(jié)時間、水泥的含堿量,以及控制水泥中混合材料的摻量,夏天施工時注意控制水泥的施工溫度。
粉煤灰要采用一、二級灰,主要控制粉煤灰中燒失含碳量和細(xì)度等指標(biāo)。
外加劑的選用是路面混凝土材料科學(xué)中的關(guān)鍵。合適的外加劑,一是要滿足適應(yīng)性要求,二是滿足施工混凝土路面所要求的較低水泥用量下的高抗折強(qiáng)度;三是滿足所用的機(jī)械施工方式對可施工性質(zhì)的要求,四是滿足小變形和耐久性要求。
粗集料主要控制其最大粒徑、硬度以及含泥量和粒形。一般選用火成巖和變質(zhì)巖,不使用沉積巖,可以保證巖石的強(qiáng)度,進(jìn)而保證混凝土的抗彎拉強(qiáng)度。加工則采用反擊式,沖擊式或錘式二級破碎設(shè)備,僅用鄂式破碎很難滿足其針片狀含量要求;
細(xì)集料主要控制砂中含泥量的要求以及細(xì)度模數(shù)?;備佀嗷炷谅访嫔暗募?xì)度模數(shù)為2.0~3.5之間,含泥量應(yīng)小于2%。
?。ǘ﹥?yōu)化水泥混凝土配合比設(shè)計。水泥混凝土配合比的設(shè)計和優(yōu)化是滑模攤鋪路面的關(guān)鍵技術(shù),配合比設(shè)計時除滿足水泥混凝土路面的物理力學(xué)指標(biāo)外,重要的是考慮混凝土的工作性和經(jīng)濟(jì)性。因此對以下幾方面的內(nèi)容要特別注意。
1. 減水劑的選用。要配制出高抗彎拉強(qiáng)度、耐久性好的混凝土配合比,就要求混凝土的水灰比較小,因此必須采用高效減水劑,保證混凝土較好的工作性。
2. 礦料級配的組成原則。砂率的選用由于有比較成功的實踐經(jīng)驗,目前的理論和經(jīng)驗數(shù)據(jù)比較成熟,容易選定。但粗集料一般要采用兩級配集料進(jìn)行摻配,由于粗集料 加工的現(xiàn)狀不理想,確定一個相對合理的摻配系數(shù)是極其重要的。根據(jù)筆者的經(jīng)驗以及查閱相關(guān)資料,粗集料組成為最優(yōu)曲線并略偏粗更有利于路面平整度的控制及 抗彎拉強(qiáng)度的提高。另外,粗集料的含泥量一般不大于1%,砂的含泥量不大于2%,否則將嚴(yán)重影響路面的抗折強(qiáng)度和增大干縮變形。
3. 水泥、粉煤灰的路用品質(zhì)要求。在配合比設(shè)計前,對水泥的路用品質(zhì)進(jìn)行檢測,如發(fā)現(xiàn)問題,及時與廠家進(jìn)行協(xié)商和探討,調(diào)整水泥的組分,確保水泥品質(zhì)的完全合格。粉煤灰則必須達(dá)到二級以上,對每車材料必須進(jìn)行檢測后才能入罐,否則三級以上的粉煤灰對路面的危害極大。
4. 配合比設(shè)計的影響因素的綜合協(xié)調(diào)
?。?)粗集料的種類和最大粒徑。碎石和礫石均可施工優(yōu)質(zhì)的水泥混凝土路面,但礫石混凝土的最大粒徑不大于20mm,碎石混凝土應(yīng)不大于30mm。
(2)單位水泥用量。路面混凝土的單位水泥用量不宜過大,過大會使水泥漿量增多,集料之間的嵌鎖力減小,抗折強(qiáng)度提高不明顯。且由于水泥漿量增大會增大干 縮變形,影響路面平整度,易產(chǎn)生開裂,且經(jīng)濟(jì)性不好。52.5#水泥用量一般不少于300Kg,不宜大于360Kg。
?。?)含氣量。目前,規(guī)范已要求檢測混凝土的含氣量。筆者認(rèn)為,引氣劑的使用,即有利于路面的抗凍性,也對路面的抗彎拉強(qiáng)度,降低路面剛度,減少變形性能 有較大的改善。因此,在路面中檢測含氣量是路面設(shè)計和施工理論上必要的進(jìn)步。
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1.認(rèn)真細(xì)致地做好試驗路段。攤鋪水泥混凝土路面試驗路段分為試拌和試鋪兩階段,通過試驗路段的試驗應(yīng)達(dá)到下述目的。
試驗段在與施工條件等同的條件下實施,通過在指定工作段先試驗性地組織施工、測算、總結(jié),得出所有必需的工作參數(shù)和施工經(jīng)驗,用以指導(dǎo)正式生產(chǎn)。
通過試驗段的實施,要確定以下內(nèi)容:
原材料的適用性及水穩(wěn)混合料的和易性及其力學(xué)指標(biāo)。
驗證配合比(水泥用量、礦料級配)是否符合規(guī)范要求。
拌合機(jī)、運輸車、攤鋪機(jī)的適當(dāng)數(shù)量、工作效率、最佳組合方式,及人員安排的合理性。
攤鋪工藝,松鋪系數(shù)??v橫接縫的處理方式。
其他技術(shù)指標(biāo)。各種檢測手段的適用性。
試驗段鋪筑結(jié)束后,由施工單位和監(jiān)理會商試驗結(jié)果,提交試驗總結(jié)報告。
2.水泥混凝土路面的施工。路面試驗段完成后,根據(jù)試驗段取得的成果,用以指導(dǎo)大面積施工。
?。?)高等級路面必須采用滑模攤鋪機(jī)施工。目前世界上使用的三大主流攤鋪機(jī)為:德國的Wirtgen 機(jī)型,美國的GOMACO機(jī)型和CMI機(jī)型。三種攤鋪機(jī)各有其優(yōu)缺點及不同的操作原理,但以德國的Wirt?鄄gen機(jī)型適應(yīng)性更廣。但是隨著工程質(zhì)量的 要求越來越高,材料越來越精良,三種攤鋪機(jī)在國內(nèi)都做出了優(yōu)質(zhì)高平整度的路面。筆者參與施工的道路,采用GOMACO GP2600型攤鋪機(jī)和Wirtgen SP850均做出了平整度較好的路面。
?。?)在路面攤鋪前,做好各項準(zhǔn)備工作。一是對基層進(jìn)行清掃、修補(bǔ)。對破損的基層采用高標(biāo)號的水泥砂漿修補(bǔ)平整密實,對基層裂縫則進(jìn)行清縫后灌入瀝青并在 表面粘貼不窄于1米寬的單層油氈,防止路面反射裂縫的出現(xiàn);二是準(zhǔn)備好攤鋪機(jī)行走的基線,確?;€平滑順適,逐樁檢查板厚,并對板厚不合適的位置進(jìn)行基線 微調(diào);三是對脹縫、鋼筋補(bǔ)強(qiáng)位置進(jìn)行預(yù)先標(biāo)識并提前到位,不因鋼筋的安裝影響攤鋪機(jī)的連續(xù)作業(yè)。
?。?)路面當(dāng)日開工前,對材料進(jìn)行含水量檢測,特別是對砂和小碎石的含水量要特別注意。拌和時注意控制混凝土的拌和質(zhì)量,確?;炷撂涠鹊木鶆颉?/FONT>
?。?)根據(jù)天氣情況,如溫度、風(fēng)速等,對混凝土的出廠坍落度進(jìn)行微調(diào),確保機(jī)前混合料的均勻,根據(jù)運距的變化,微調(diào)減水劑及水灰比,使混凝土的工作性得到保障
?。?)攤鋪機(jī)在開工前,應(yīng)調(diào)整好振動捧,抹平板等的位置,校核攤鋪機(jī)的仰角及平面位置等。施工時,控制振搗倉的料位及機(jī)前的料位,并控制行進(jìn)速度,不宜過 快。太快則工人的修邊速度跟不上,拉桿插入的位置不太準(zhǔn)確,且機(jī)手對前、后的照顧易出現(xiàn)瑕疵,一般以1.0~1.5米/分鐘為宜。另外,根據(jù)施工后的路面 情況,及時調(diào)整攤鋪機(jī)的振動頻率。
?。?)路面施工后,及時噴灑養(yǎng)護(hù)劑,根據(jù)天氣情況(溫度、風(fēng)速、濕度等)確定養(yǎng)護(hù)劑的噴灑遍數(shù)、濃度。路面切縫后,采用保濕養(yǎng)護(hù)膜或薄膜覆蓋養(yǎng)生。養(yǎng)生28天后,開放交通。
?。?)路面縱橫縫的施工。脹縫的設(shè)置一般以盡量少為宜。根據(jù)當(dāng)?shù)氐臏夭顮顩r及施工時的溫度,設(shè)置脹縫的位置。結(jié)構(gòu)物附近必須設(shè)置。
四、結(jié)語
水泥混凝土路面與瀝青混凝土路面各有其優(yōu)缺點,應(yīng)根據(jù)不同的地域、地質(zhì)情況,采用不同的路面形式,將更有利于我國的高速公路的快速健康發(fā)展。要 建設(shè)出高質(zhì)量的水泥混凝土路面,需要建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位及政府主管部門正確認(rèn)識其特點,攜手合作,從以下幾方面入手:
1.加強(qiáng)水泥混凝土路面的研究,對其出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行細(xì)致的分析,有針對性地一一解決,不諱疾忌醫(yī)。
2.合理確定工期,給予路基自然沉降的時間。不盲目趕工,施工有條不紊更易保證施工質(zhì)量。
3.對我國的交通發(fā)展?fàn)顩r作出正確的估計,預(yù)留足夠的路面強(qiáng)度儲備值。
4.加強(qiáng)施工質(zhì)量的現(xiàn)場控制,提高施工技術(shù)人員、操作人員的技術(shù)素質(zhì),保證路面的施工質(zhì)量。
5.跟蹤并及時引進(jìn)各國水泥混凝土路面設(shè)計、施工的先進(jìn)技術(shù),提高路面的質(zhì)量。
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