水泥混凝土路面机械化施工的质量保证要点

郝朝旭

（山西路桥集团国际交通建设工程有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

作为一种高等级路面结构形式，水泥混凝土路面在国内外道路交通领域得到了广泛的应用。在我国目前已建成通车的等级道路中，水泥混凝土路面（以下简称水泥路面）约占15%左右，而大量建设等级较低的县乡和村镇道路绝大多数为水泥路面。为了保证施工质量，水泥路面的铺筑基本采用机械化和半机械化作业两种方式完成，前者的铺设机械以具有自动找平装置的滑模式摊铺机或轨道式摊铺机为代表，主要完成高等级路面，尤其是高速公路水泥路面的摊铺工序；后者以单滚或双滚摊铺装置辅以人工完成路面的铺设，主要用于其他等级较低路面的施工。随着我国道路交通事业的快速发展，特别是大交通流、车辆重载和高速交通时代的到来，对道路的建设等级和施工质量提出了越来越高的要求，重视和不断推进水泥路面的建设质量是十分必要的。

1 水泥混凝土路面的基本特征和优劣分析

与沥青混凝土路面相较，水泥混凝土路面具有受力均匀且具有更大的承压能力，但也有某些较为明显的弱势，特别是：

a）刚性板块结构对面层上部车辆的振动荷载基本没有吸收作用，使得在水泥路面行车振动较大。

b）水泥路面自身难以形成抗滑构造，所以必须在摊铺工艺的最后加设抗滑构造制作工序（横向拉毛）。但这种路面人工抗滑构造在长期的车辆磨耗下难以持久[1]，而重新制作抗滑构造施工工程成本很高，且目前抗滑构造的重新制作工艺和相关设备在国际范围内尚未成熟。

c）刚性路面的面层级配材料中矿料的粒径差别较大，在混合料的转运和摊铺时容易造成材料的离析，不仅影响路面的整体强度，而且路面表层的平整度难以保证。

有鉴于这些问题，水泥路面在高等级道路，特别是高速公路的应用规模受到一定的影响，为了解决这些问题，在水泥混合料的制作、转运、摊铺、压实和后期养生诸工序必须特别注意施工质量，并有的放矢地对现行作业工艺和方法进行必要的改进和优化。

2 混凝土材料制备

混凝土的制备包括配料（包括试拌）和拌合两个主要工序。每个工序都必须按照规定程序进行，并特别注意下述要点：

a）混凝土的制备通常采用连续作业式拌合机完成。作业前，应对拌合机上料部分各点的配料称量装置进行标定并进行试拌，确认达到设计标准（即达到混凝土设计要求的材料级配误差范围）后才能开始正式作业。笔者所在的山西省及我国北方大部处于四季分明的温带地区，道路工程施工往往带有明显的季节性作业特点。冬初至来年春末的非施工时间较长，道路施工设备在闲置期期间基本处于封存状态，因此在施工开始前应对机械设备进行维护和保养是十分必要的。对设备称量装置进行标定并进行试拌不仅能够规范拌合质量，也是对拌合机能否正常作业进行考核和评价。

b）混凝土拌合过程中按规定的频率检验相关参数（如坍落度、坍落度损失以及含气量等），并制作混凝土试件以便对其各项力学指标进行检测。

c）为保证混凝土拌合物足够均匀，应对拌合物的拌合时间进行优化。显然，拌合时间过短会降低混凝土的均匀性，而拌合时间过长会降低拌合机的作业效率。图1是在标准工况下拌合时间与拌合均匀度的关系。显然，拌合均匀度的高低与拌合时间成正比，但在持续拌合45 s之后，均匀度的增加程度明显减慢。

图1 材料拌合的均匀性与拌合时间的关系

显然，拌合时间的优化原则是在保证拌合材料的充分混合和具备必要的材料稳定性（保证必要的拌合时间是主要计算参数之一）前提下，尽可能缩短拌合时间，以保证必要的作业效率。

3 混凝土材料的运输

水泥混凝土路面的摊铺作业与沥青混凝土路面作业有所不同，其中有关混凝土材料的运输要求是其中之一。为了达到和保证沥青混凝土摊铺机的上料高度和作业的连续性，要求运输车辆具有15 t以上的单车运载量和较高的卸载高度（与摊铺机的受料高度相匹配），而水泥混凝土路面的摊铺并无此类严格要求，但为保证施工质量，下述技术条件应予考虑。

a）采用较大运载量的材料运输车辆（通常应大于等于15 t）对于提高摊铺机的作业效率是必要的。同时，较大载量的运输车辆使得路面摊铺作业更为连续和均匀，这对于提高道路摊铺的平整度具有重要意义。

b）运输车辆的车槽平面不应过低（从拌合机向运输车辆上料时，自卸料斗的底部与车槽平面之间的落差应小于等于2 000 mm）且应在行驶时尽量减少颠簸，二者对于减少材料的离析是十分重要的。

c）混凝土材料的制备基地与摊铺机的作业现场不应过远，因为较大的运距不仅会加速材料的离析，而且会使材料的额定含水量降低。有鉴于此，在运输车辆的车槽顶部加设篷布是必要的。

4 混凝土材料的摊铺

目前高等级水泥路面的摊铺均采用滑模摊铺机完成。为保证摊铺质量，必须遵守下列技术要点。

4.1 摊铺速度

合理的作业速度关系到材料的均匀性和表面平整度，因此滑模摊铺机作业时必须保持连续且匀速行进，其作业速度主要与作业厚度有关且呈反比，其关系可见式（1）：

式中：Vt为摊铺速度的优化值，m/min；k为优化系数，见表1；V0为平均速度，可取1.5 m/min。

表1 优化系数k的取值

4.2 振捣频率

滑模摊铺机正常作业时的振捣频率应保持在9 000 r/min左右，但遇到混凝土的稠度明显变化时应对振捣频率和摊铺速度相应调整。其调整值见表2。

表2 振捣频率的取值

4.3 纵坡较大路面时的作业

路面摊铺如果遇到纵坡较大的路面时，在上坡前应对挤压底板前仰角进行小化调整，下坡时对前仰角进行大化调整，其调整幅度均不得大于原仰角角度值的±10%。

5 摊铺机作业结束后的路面抗滑槽刻制、养生和切缝

如本文前述，水泥混凝土路面的抗滑构造的制作和保持一直是这种路面的弱点之一。有鉴于此，建议对摊铺机作业结束而路面强度尚未形成时的抗滑槽刻制（俗称路面拉毛）的几何参数进行必要的优化，即刻槽深度取2.5～3.5 mm、槽间距为15～20 mm、槽宽为5～5.5 mm为宜，如此可有效提高抗滑构造的使用寿命。

只有经过一定时间（与当地温度和湿度有关）的养生，水泥路面才能形成设计要求的强度和承载能力，并有效防止路面干缩裂缝的产生。常用养生方法是洒水并辅以控制水分蒸发的塑料薄膜或者草袋覆盖等完成[2]。在正常情况下，每天应在上部以喷淋方式洒水不低于4次。

为有效避免路面初期断板的发生，当混凝土面层的抗压强度达到8～9 MPa时 应及时进行切缝作业，切缝厚度以5～6 mm为好，且切缝深度应大于等于1/5板厚。

6 总结

对水泥混凝土路面机械施工各工序的工作参数进行探讨和优化，对于保证和提高道路施工质量具有重要意义。水泥路面的施工质量涉及范围较广，只有重视和做好从材料准备到摊铺养生各工序的质量保证工作，才能充分发挥水泥混凝土路面的优势，规避其弱势，保证其在道路交通事业中的服务效果和使用寿命。