水泥混凝土路面施工技术研究

2014-06-20卫小凯

交通运输研究 2014年9期

卫小凯

（新疆交通建设（集团）有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830016）

0 引言

随着我国现代化建设的不断推进，公路里程数也逐年上升（见图1）。截止到2012年，我国水泥混凝土路面里程已经达到165万km，占当年公路总里程的38.9%，并有仍有上升趋势。水泥混凝土路面具有强度高、耐用性好、耐磨性好和耐高温等优点，在我国公路建设中得到了广泛应用。如何能够在短时间内修筑一条高质量的水泥混凝土路面成为公路研究人员当前的一个重要问题。本文结合国内外研究现状，主要从以下几个方面进行了探讨[1]：

（1）分析了影响水泥混凝土路面施工质量的因素，得到了原材料因素和施工因素同水泥混凝土路面施工质量的关系；

（2）对水泥混凝土路面进行结构力学分析，得到了单轴和双轴载荷下的应力分析结果；

（3）从混凝土配比、材料质量控制、摊铺质量控制、水泥路面养护等方面对水泥混凝土路面的施工工艺进行了探讨。

图1 近五年全国公路里程增长趋势图

1 水泥混凝土路面施工质量影响因素

施工质量直接关系到水泥混凝土路面的强度、耐用性、耐磨性、养护费用等，而施工质量又与拌和材料及施工工艺休戚相关[2-3]。根据国内外相关研究，拌和材料方面的影响因素一般包括：水泥的选择，煤粉灰的质量控制，添加剂、粗细集料、水中杂质测定等方面。施工工艺因素包括基准线的选择、混凝土的制备与运输、摊铺振捣、切缝填料、抗滑性能、路面养护等方面。

对于特重交通量的道路应选择硅酸盐水泥62.5、普通水泥62.5、道路水泥52.5，其抗折强度可达到7.5MPa；对于重交通量的道路应选择硅酸盐水泥52.5、普通水泥52.5、道路水泥42.5，其抗折强度可达到7MPa；对于中等、轻交通量的道路应选择硅酸盐水泥42.5、普通水泥62.5、道路水泥52.5，其抗折强度为6.5MPa。水泥的细度对混凝土路面的强度、保水性有重要影响，细度大的水泥保水性能好、强度高，但其与空气接触的比表面积大，易产生裂缝。图2给出了不同比表面积的水泥干缩率随时间的变化规律。煤粉灰的加入有利于水泥混凝土强度的提高，其可以提高材料的力学性能、抗压强度、耐磨性、抗弯强度，还可缩短混凝土的凝固时间，增强其黏聚性。添加剂一般采用减水剂和引气剂。水中的杂质一般只考虑了硫酸盐含量和油污，水的pH值一般控制在4以上。

图2 不同比表面积水泥干缩率随时间变化规律

基准线设置时一般要保证摊铺质量，单根线长应控制在450m以下，抗拉力不低于1 000N，中线平面偏移小于10mm，路面偏差小于15mm，面板厚度极限值大于-8mm，纵断面高程偏差为±5mm，连接纵缝高差为±1.5mm。混凝土运输高差中要保证转运次数少、运输时间短；行驶的便道应较为平整，过分颠簸会使骨料离析，严重影响混凝土的质量；如果使用时发现混凝土有泌水现象，禁止再次加水，要添加相应添加剂改善其性能。摊铺速度一般为每分钟前进0.5～3m，振捣频率控制在6000～11000r/min。混凝土抗滑性能要求见表1[4]。

表1 混凝土抗滑性能要求

2 水泥混凝土路面结构力学分析

水泥混凝土路面承载地基自身重力沉降和车辆载荷附加应力，路基在这两个应力作用下开始破坏，共经历四个阶段：

（1）当车辆载荷作用在路基上，任何一点的应力均在强度要求之内，路基为弹性形变；

（2）车辆载荷增加致使路基底部达到最大抗弯拉极限，路面开始产生径向裂缝；

（3）车辆载荷继续增加，径向裂缝进一步加深，辐射状生成多条裂缝，路基中心某处产生的应力达到混凝土的抗拉极限，路面上产生环形裂纹；

（4）当荷载继续增加时，路基出现剪应力，路面彻底损坏。

为了更好地对水泥混凝土路面进行结构力学分析，以新疆某高速公路水泥混凝土路面为研究对象，其路面结构为30cm水泥混凝土板+18cm水泥稳定碎石上基层+20cm水泥稳定碎石下基层+20cm石灰土底基层+土基。其结构参数为：路面板模量为31 000MPa，水泥混凝土泊松比为0.2，路面基层模量为2 000MPa，路面底层模量为1 500MPa，路面基层泊松比为0.3，土基模量为80MPa，土基泊松比为0.3。取最大温度梯度为89℃/m，利用ANSYS软件对其进行有限元法分析，得到单轴、双轴载荷下的载荷应力和温度应力，两者相加即为综合应力（见表2）。