机场道面与公路水泥混凝土路面施工工艺对比研究

蔡正森，李善强，许新权，吴传海

（1.广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420；2.公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心，广东 广州 510420）

在我国，水泥混凝土由于其所具有的强度大、 稳定性及耐久性好、施工技术已经成熟等特点得到了道路和机场道面的广泛应用［1-2］。截止2016年12月，全国公路水泥混凝土路面里程超过225万km，占全部路面类型的47.9%；我国80%的机场道面采用的是水泥混凝土铺装形式［3］。

机场道面施工一般有隶属于机场管理处专门的施工养护团队，人员流动小。考虑到飞机造价高昂，施工多注重施工质量，力求使道面表面平整度高，单个作业面的日平均施工量约500 m3。道面纹理丰富，抗滑性能优越。而公路水泥混凝土路面施工多是社会上临时拼凑的团队，人员流动大，在进行施工时多注重施工效率，追求施工进度，单个作业面的日平均施工量约为800 m3，使用滑膜摊铺机进行施工时，单个作业面的日平均施工量甚至超过1 100 m3。反映在施工工艺及设备上，机场道面施工使用更加灵活的人工滚筒收面施工机械，根据多年施工经验，引入整平振动提浆梁，修筑的道面干净整洁。缺点是施工技术闭塞，施工机械老旧，多不使用混凝土外加剂，道面表面功能结构层易起砂、扬尘。而公路水泥混凝土路面多采用一体化、全自动施工机械。缺点是铺筑出的路面平整度差、抗滑耐久性差［4］，施工效果较为粗糙。

1 铺装工艺对比

1.1 原材料及混凝土配合比

根据现场考察，公路水泥混凝土路面与机场水泥混凝土道面施工用的水泥、水、砂、骨料等材料并无本质区别。目前公路水泥混凝土项目在进行配合比设计时已经普遍使用减水剂，与之不同的是，机场项目普遍不使用减水剂、引气剂等外加剂。佛山机场某项目道面与山西某项目隧道混凝土配合比设计对比情况，见表1。

表1 混凝土配合比设计表Table 1 Concrete mix design table

通过表1数据，可以计算出该机场道面项目使用配合比的水灰比为0.44，砂率为24%。根据配合比设计资料，选用的细骨料较多，且不使用外加剂，考虑混凝土施工和易性，水灰比适当提高，同时为了降低集料比表面积，进行配合比设计时降低砂率。而隧道路面混凝土配合比因为使用高效减水剂，故混凝土砂率为38%，水灰比仅为0.31。两者相比水灰比相差0.13。

机场道面为保证混凝土到场和易性，后场拌和时间设定为60 s。从后场拌合站调查来看，由于未使用减水剂和引气剂等外加剂，混凝土流动性能一般，出机呈干硬性状态，使用后八轮装卸车接料时，可以看出明显的堆峰现象，混凝土出机状态见图1。

文献［5］通过对比试验，系统介绍了外加剂对混凝土性能提升的重要作用：能改善混凝土浆体内部孔结构及孔径分布，提高混凝土的密实性；通过外加剂内部缓凝组分，延缓水泥的水化放热阶段（特别是诱导期）时间，从而降低混凝土单位时间放热量，减少混凝土收缩变形幅度，提高混凝土抗裂性能和体积稳定性，减少混凝土内部缺陷；同时，通过添加矿物外加剂组分，还可不同程度地提高混凝土抗碳化、抗冻性能、抗氯离子侵蚀能力和钢筋保护能力，提高混凝土的耐久性。

图1 混凝土出机后堆峰现象Figure 1 Peak phenomenon after concrete exit

机场水泥混凝土道面相较于公路水泥混凝土路面，由于通航交通量小，铺筑完成后大多是经过20 a以上才会考虑进行大修。特别是处于寒带冻融频繁区和东南沿海降雨量大、气候变化幅度大地区的水泥混凝土道面，随着使用时间的逐年增加，道面表面结构功能层逐渐自然老化，出现起砂起尘现象。在飞机的轮载冲击作用下，路表砂粒容易扬起并在发动机的吸附作用下被吸入发动机内部，存在安全隐患。因此，在机场道面混凝土配合比中加入外加剂，特别是矿物外加剂是十分有必要的。

1.2 现场施工工艺

1.2.1 混凝土布料工艺

机场道面的施工，与公路水泥混凝土路面的三辊轴铺筑相似之处是同样使用钩机布料，排振振捣密实，再使用专门设备提浆、收面。文献［6］介绍了堆状布料（见图2）和找平式布料两种布料方式，在进行布料施工时，经过考察，由于是进行露天施工，为减少混凝土与空气的相对接触面积，防止混凝土水分散失过快，机场道面多采用找平式布料形式 （见图3），布料松铺系数在1.25左右。

图2 公路水泥混凝土路面混凝土布料施工Figure 2 Concrete pavement concrete cloth construction

图3 机场道面混凝土布料施工Figure 3 Airport pavement concrete fabric construction

1.2.2 混凝土振捣收面工艺

机场道面铺装与常见公路水泥混凝土路面的三辊轴铺筑不同之处，第一是提浆设备不同，该项目混凝土道面修筑时未采用一体化三辊轴施工（见图4），经过多年施工总结，在混凝土振捣密实后，使用单根木质、底面镶有钢板、振动功率为1.1 kW的全幅式整平振动提浆机 （见图5）将混凝土表面进行第一次提浆收面，后续由人工手工拖动两根钢制滚筒进行路面二次整平提浆，再由工人在工作桥上使用抹子进行第三次整平收面。

图4 公路水泥混凝土路面三套滚筒整平提浆机Figure 4 Three sets of drum leveling and pulping machine for cement concrete pavement

图5 机场道面整平提浆机Figure 5 Flat surface leveling machine for airport pavement

相较于路面施工时全自动的三套滚筒整平提浆收面一体化施工工艺，机场道面施工时由于排振后又增加一道整平提浆工序，在后续进行人工两套滚筒 （见图6）整平收面时，混凝土表面砂浆层厚度已经达到3～5 mm，使得混凝土表面易于进行收面施工。反观公路水泥混凝土路面施工过程，由于缺少整平提浆机械，进行混凝土配合比设计时又追求低水灰比，在到场混凝土和易性出现波动时，为了追求施工进度，往往采用向混凝土表面洒水，强行进行提浆和收面的行为，不仅使得整个施工过程变得更繁琐，受到洒水的影响，混凝土表面局部水灰比被放大，表层砂浆黏聚性降低，在后期使用过程中极易出现脱皮和露骨等病害。

图6 人工拖动收面滚筒Figure 6 Manually dragging the roller

人工滚筒操作的特点是更灵活，但相较于全自动一体机械化施工，容易造成表面收浆不均匀等问题，使得成型后的混凝土道面表面砂浆层厚度出现一定差异，在道面后期使用过程中容易出现局部砂浆层较薄的位置出现起砂和露骨的现象。

1.2.3 混凝土表面拉毛工艺

研究［7-8］表明，路面微观构造在抗滑中担负更大作用。因此，为保证路面的微观构造，在进行完收面工序后，一般公路水泥混凝土路面会使用不短于5 m长的粗麻袋进行拉毛工序 （见图7），进行路面表面粗糙化处理；而机场道面大多采用塑料排刷 （见图8）进行拉槽，以增加道面的表面粗糙化处理。

图7 路面拉毛麻袋Figure 7 Pavement of the road surface

图8 道面拉槽排刷Figure 8 Drainage of the road surface

影响水泥混凝土表面粗糙化处理结果的因素众多，除了施工时混凝土因为配合比不同，表面浆体差异外；混凝土施工方式中的振捣及收面方式不同，也使施工结果存在一定的差异。但从混凝土面最终的施工效果看，硬排刷拉槽工艺产生的粗糙度效果最佳。因为粗麻袋拉毛施工是一个连续过程，麻袋接触混凝土表面的部分本身的会随着施工过程被细小的水泥砂浆填充满，并且由于麻袋片面积巨大，施工过程蒸发剧烈，实时吸收收面后的混凝土表面水分，降低表层砂浆的流动性，最终使麻袋的拉毛深度变浅 （见图9），拉毛效果变差。使用塑料质地的硬排刷进行水泥混凝土表面拉槽施工则不会存在此类问题，由于使用专人进行该项操作，每次拉槽结束都会清理排刷表面粘连砂浆，使得拉槽效果均匀 （见图10）。

图9 麻袋底部Figure 9 Bottom of the sack

图10 排刷拉槽效果Figure 10 Row brushing effect

1.2.4 清扫边角及切缝工艺

为了保证道面施工美观，纵缝搭接顺畅，收面后使用专门的毛刷对道边进行清扫 （见图11），保持道面施工整洁美观。反观公路水泥混凝土路面施工，为了追求施工进度，在混凝土面板搭接处处理相对粗糙 （见图12）。

飞机降落滑行时，速度介于200～300 km／h，一个小小的颠簸，就可能造成飞机起降杆的损伤，为使道面整体平顺，避免飞机起降时颠簸，使道面整体规整清洁，每一条横缝都是必须经过精心地标定。为了防止水泥混凝土面板出现收缩裂缝，保证混凝土面板的整体强度，切缝深度大于板厚的三分之一。切缝见图13和图14。

图11 扫除边角砂浆的专用毛刷Figure 11 Special brush for sweeping corner mortar

图12 路面边角处理Figure 12 Pavement corner treatment

图13 切缝前预先弹线Figure 13 Pre-elastic line before slitting

图14 切缝效果Figure 14 Slit effect

1.3 其他施工要点

公路水泥混凝土路面和机场道面大多都是露天施工，尤其是夏季施工时，阳光直接照射，混凝土道面温度可以达到60℃。特别是道路施工，随着公路逐渐往山区延伸，山区公路铺设期间受小气候影响频繁，阴晴雨雪时而交替发生。因此，为了防止高温或降雨对道面铺筑的干扰，制备专用可移动的遮阳棚 （见图15）非常有必要。

图15 可移动遮阳棚Figure 15 Movable shade shelter

2 刻槽工艺对比

2.1 槽型

槽宽：机场道面刻槽采用上边宽度为6.0 mm，下部宽度为3.2 mm，深度为5.5 mm的梯形槽。与之相比较，公路路面刻槽施工通常采用宽度在3～5 mm，深度在3～6 mm的矩形槽 （见图16）。经工程实践及相关研究［8］表明，槽宽＞5.0 mm时，对路面降噪和改善路面平整度不利；槽深＜2.0 mm时，路面刻槽磨损寿命大大增加，抗滑耐久性会降低。

槽间距：机场道面刻槽采用37.5 mm的槽间距。与之相比较，为使施工方便且保证刻槽耐久性，公路路面刻槽施工通常采用15～30 mm的槽间距。

板边距：机场刻槽边缘，距离道面边板的距离在60～150 mm范围内 （见图17）；而道路刻槽一般采用满刻的形式。

道路一般是呈条带状的构筑物，沿道路中线延伸，纵断面高程具有一定的变化。在雨水环境条件下，通过路面本身的纹理以及道路横坡和道路纵断面起伏变化，易于将道路表面存水排出路外，从而降低路面表面水膜厚度。机场道面与公路水泥混凝土路面不同之处是机场基本都是连成一片的整体，尽管施工时会设置一定的道面横坡，但相较于路面排水能力，依然难以在雨天快速将道面表面落雨排出道面表面。因此，为了更加快速排出道面积水，特地采用间距较大的槽宽。

图16 隧道里面刻槽效果Figure 16 Grooving effect inside the tunnel

图17 刻槽效果Figure 17 Grooving effect

2.2 刻槽机械

经考察对比了解到，机场道面的刻槽机械与公路路面刻槽机械并无太大不同，均采用自行式刻槽机 （见图18和图19）。公路水泥混凝土路面刻槽有等间距槽和非等间距槽之分，其中非等间距槽主要是通过降低或抵消车辆行驶时轮胎与路面接触时的振动频率叠加和泵吸效应叠加，从而降低车辆行驶时产生的噪音。等间距刻槽机与机场道面刻槽机械基本相同，不等间距刻槽工艺的刻槽机采用的刻槽鼓宽度为40 cm，安装15个不等间距的刀片；机场道面施工的刻槽机械采用的是刻槽鼓宽度为60 cm，安装20个等间距刀片。

图18 隧道路面刻槽施工Figure 18 Tunnel pavement groove construction

图19 机场道面刻槽施工Figure 19 Airport pavement groove construction

两种刻槽工艺虽然均采用自行式刻槽机械进行施工，但公路水泥混凝土路面刻槽施工大多采用在混凝土面板上弹出刻槽刀鼓行走的区域 （见图20），由工人推行刻槽机械进行施工，忽略了刻槽机自行走功能；而机场道面与之不同，在道面水泥混凝土板中间位置布设定位弹线 （见图21），采用布设行走轨道，刻槽机自行推进的方式进行施工。

图20 路面刻槽定位弹线Figure 20 Road surface grooved positioning line

图21 道面面板刻槽定位弹线Figure 21 Road surface plate grooved positioning line

将两种施工方式进行对比，发现采用不布设刻槽机自行导轨，仅仅依靠施工人员的经验将刻槽机推行刻槽，往往会因为施工人员的工艺水平差异，出现槽深不够设计要求或刻槽深浅不一，刻槽起点位置反向接槽出现错位 （见图22）等现象，导致刻槽施工效果不够理想。而采用布设导轨，依靠刻槽机自行性能，由于刻槽机械配重恒定，行走速率恒定，使得刻出的槽深度统一。并且由于布设定向到轨，能保证刻出的槽顺直 （见图23）。

图22 刻槽起点位置反向接槽错位Figure 22 The groove groove is offset from the starting position of the groove

图23 机场道面刻槽纹理顺直Figure 23 The groove pattern of the airport channel is straight

根据文献，在降雨天气下，水泥混凝土表面会形成一层水膜，因轮胎与地面之间不能完全排除路表水，会出现车辆或飞机在水膜上行驶的现象［9］。这时机轮与混凝土表面的直接接触受到妨碍，使摩擦系数减小。道面潮湿时，轮胎的接地面内只有一部分能够直接与水泥混凝土面接触，其余部分是通过水膜接触水泥混凝土表面的。当在有水膜的道面上行驶时，速度越快，水膜介入的部分越大，摩擦系数越低，越容易导致轮胎在水上飘滑而引发安全事故［10-14］。路面刻槽起点位置反向接槽错位使得本应顺直的槽型，在路面板边缘位置被阻断。造成的后果一则会使路面在有积水是排水不畅；二则由于接槽错位，使得设计好的槽间距发生变化。根据文献［9］，在车辆高速行驶时，槽间距过小，易发生类似啃边、掉边等病害。过窄的槽间距，还易造成路面局部区域抗滑性能不足，产生交通安全隐患。

3 表面抗滑性能检测结果

3.1 摆值

在机场道面施工结束，还未进行刻槽施工前，对机场道面进行抗滑摆值测试，绘制测试均值结果对比见图24。

图24 摆值测试对比Figure 24 Comparison of BPN

根据图24，在顺纹位置的抗滑摆值为76，横纹位置的抗滑摆值为92。证明道面在刻槽工序之前，机场道面已经具有优良的抗滑性能。隧道路面刻槽摆值测试在顺纹位置仅为62，横纹位置为74。相比之下，机场道面拉槽法对抗滑性能提升更加显著。由于刻槽后的摆值数据未采集，暂不做评论。

3.2 构造深度

构造深度是新建混凝土项目施工质量检验的一项重要指标，主要用来表征混凝土表面纹理特征。使用铺砂法测试公路水泥混凝土路面和机场道面构造深度数据，绘制测试均值结果对比见图25。

图25 不同处理方式表面构造深度对比Figure 25 Surface contrast depth comparison of different treatment methods

根据图25新建道面拉槽后表面构造深度为0.75 mm，达到设计要求的0.6～0.8 mm范围之内，证明道面在进行刻槽前已经具备良好的表面纹理 （见图26）；新建公路水泥混凝土路面拉毛后表面构造深度测试结果为0.58 mm，为满足路面抗滑构造要求，必须进行路面刻槽，增加表面宏观构造。就增加水泥混凝土表面微观纹理构造的施工方法来说，事实证明机场道面采用的拉槽手法效果显著，推荐公路水泥混凝土路面施工时也进行此道工序。

图26 道面具有丰富的表面纹理Figure 26 Has a rich surface texture

4 结论

a.机场道面施工一般有隶属于机场管理处专门的施工养护团队，人员流动小。考虑到飞机造价高昂，施工多注重施工质量，力求使道面表面平整度高，缺点是施工技术闭塞、施工机械老旧，多不使用混凝土外加剂，道面表面功能结构层易起砂、扬尘。而公路水泥混凝土路面施工多是社会上临时拼凑的团队，人员流动大，在进行施工时多注重施工效率，追求施工进度，缺点是铺筑出的路面平整度差、抗滑耐久性差、施工效果较为粗糙。

b.粗麻袋拉毛施工是一个连续过程，但随着施工时间延长，拉毛纹理逐渐变浅，拉毛效果逐渐变差；使用塑料质地的硬排刷进行水泥混凝土表面拉槽施工，定期清理排刷表面粘连砂浆，拉槽效果均匀且深度适宜。在刻槽工序之前，机场道面已经具有优良的抗滑性能和丰富的表面纹理。而隧道路面拉毛工艺的刻槽摆值测试低于拉槽工艺，路面构造深度需后续刻槽才能满足抗滑构造要求。就增加水泥混凝土表面抗滑性能和表面微观纹理构造的施工方法来说，推荐公路水泥混凝土路面施工时也进行此道工序。

c.将两种施工方式进行对比，发现采用布设刻槽机自行导轨，依靠刻槽机自行性能，由于刻槽机械配重恒定，行走速率恒定，使得刻出的槽深度统一。并且由于布设定向到轨，能保证刻出的槽顺直。