碾压混凝土基层在高速公路改扩建工程中的应用

2022-01-06许新水

广东公路交通 2021年6期

许新水

(广东交科检测有限公司，广州 510550)

0 引言

沈阳至海口高速公路汕尾陆丰至深圳龙岗段(简称深汕西高速公路)是联系珠三角核心区与粤东的交通要道，也是通往福建等东部沿海地区的省际通道。深汕西高速公路于1996年建成通车，部分路段采用水泥混凝土路面，后于2008年进行大修加铺沥青混凝土面层。随着交通量不断增大，双向四车道公路已经不能满足车辆通行需求，因此于2019年进行改扩建施工。该路段原路面结构层中充当基层角色的水泥混凝土路面，在对应的扩建路侧采用RCC基层进行拼接处理。国内RCC的应用最早可追溯到上个世纪80年代，由交通部公路科学研究院与安徽省公路设计院合作进行研究、铺筑10余km试验段。在广东省仅广梧高速公路、云罗高速公路、广乐高速公路、梅大高速公路等新建高速公路工程进行应用，约300km。关于RCC的路用性能，相关文献[1-3]也指出其具有强度高、承载能力大等特点，并且可有效提高基层的强度和抗冲刷能力，在公路改扩建工程中采用RCC基层，可以保证与原混凝土路面的刚度相匹配，有利于向沥青面层提供更为均匀的承载能力。

本文对深汕西高速公路改扩建TJ5合同段RCC基层的原材料、配合比、施工质量控制进行统计分析，并对其验收的关键指标弯拉强度与芯样劈裂强度进行了回归分析，供类似工程参考。

1 原材料试验与配合比设计

1.1 原材料

(1)水泥为惠州塔牌P.0.42.5(缓凝型)普通硅酸盐水泥，检测结果见表1。

表1 水泥物理性能

(2)粗集料来源于项目的1#碎石加工厂，机制砂来源于机制砂生产线，其检测结果见表2和表3。

表2 粗集料主要技术指标

表3 机制砂主要技术指标

1.2 配合比设计

根据相关文献[1]，高速公路碾压混凝土的配合比使用正交试验综合设计方法，以满足其弯拉强度、保证工作性和耐久性的要求后，尽可能地经济，因此，本文采用正交试验方法进行配合比设计。

1.2.1 设计要求

以28d抗弯拉强度指标作为RCC试验配合比设计指标，设计要求28d抗弯拉强度不小于3.5MPa。施工过程中，7d抗压强度按12MPa控制；工作性以改进的VC值评定，其值控制在30±5s。

1.2.2 配合比试验及选定

RCC配合比计算采用绝对体积法。通过正交试验分析，综合设计得出最优的级配、水泥和用水量，根据公式计算其强度为4.3MPa。

1.2.2.1 正交试验

根据集料筛分结果，设计了三个级配,见表4。

表4 粗细集料合成级配

表5 水平因素

1.2.2.2 试验结果分析及配合比的选定

根据选定的级配、单位水泥用量及用水量，分别制备碾压混凝土并测定其改进VC值，按照压实度98%进行成型试件，脱模后按照规范要求进行养生至相应龄期，进行抗弯拉强度及抗压强度试验。试验结果见表6。

表6 正交试验分析

从试验结果可以得出，在满足改进VC要求的同时，6号配合比的强度指标最好，即：2#级配，240 kg/m3的水泥用量，110kg/m3的用水量；但4号配合比的经济性优于6号配合比，即：2#级配，220kg/m3的水泥用量,115kg/m3的用水量，其和易性、强度指标均满足要求。

从表6可以看出,影响VC值的因素顺序为：级配>水泥用量>用水量，这也间接地说明级配及水泥用量是影响和易性的主要因素。影响7d抗压强度的因素排序为：级配>水泥用量>用水量；影响28d弯拉强度的因素排序为：级配>用水量>水泥用量。说明不同因素对不同龄期的强度影响也不相同。

2 施工控制

碾压混凝土基层的施工工序：拌合→运输→摊铺机摊铺(摊铺前植入拉杆)→碾压→养生→切缝、清缝→灌缝。本文根据实体工程应用情况，总结施工质量的控制要点。

2.1 拌和

根据配合比设计得出影响混合料质量的重要控制指标为级配、水泥及用水量，其中用水量直接决定了其改进VC值的大小。针对用水量控制需要从拌料前开始，拌合前检测各料仓集料的含水率，根据检测结果填写配合比通知单并下达拌和站，出料后立即检测其实际的含水率、水泥用量及混合料级配。为精准控制生产过程中的含水率，对拌合站进行相关改造，在拌缸出口输送带位置安装含水率探头，结合主控系统，对混合料实现动态调整用水量(图1)。在混合料运输过程中覆盖篷布，防止水分蒸发。

图1 变频补水装置

2.2 摊铺

RCC基层厚度设计为26cm，经过试验段得出其松铺系数为1.3；摊铺前在新旧路面交界处植入拉杆，用于改善新旧板错动和防止纵缝扩大。后采用全自动水泥浆洒布车对下承层洒布水泥浆，其水与水泥的比例为2:1、洒布量为1.5kg/，用来改善层间粘结强度，如图2所示。

图2 摊铺前对工作面的处理

摊铺时为避免产生纵向冷缝，采用两台摊铺机成梯队进行连续摊铺，其单台功率为180kW，满足施工需求。但由于松铺厚度大，摊铺时粗集料易向前滑落，造成粗、细集料分布不均匀，形成了竖向离析带。为解决此问题，对摊铺设备进行局部改进，布料器前方加设挡料板、分动箱安装分料板(图3)。摊铺时控制前挡料板与下承层的间距尽可能地低于1cm，并保持混合料高于螺旋布料器2/3以上。通过改造摊铺机，有效解决了纵向离析带的问题，如图4所示。

图3 摊铺机改造

图4 RCC摊铺

2.3 碾压

碾压是施工过程中质量控制的重要环节之一。在拌合、摊铺过程中保证混合料均匀后，密实度大小是影响其强度的主要因素。RCC结构层厚度比一般的基层厚，适当提高初始压实度(摊铺后的压实度)可有效降低碾压时对混合料推移形成的波浪；在正式碾压时应遵循先轻后重、先低后高的碾压顺序，以此减少碾压对混合料的推移。根据试验段总结比较适宜的碾压组合为：13t双钢轮初压1～2遍+26t单钢轮复压3遍以上(以满足压实度为终止条件)+13t双钢轮终压1～2遍收面。新旧路面拼接处因空间狭小，需同步采用小吨位的压路机进行补压，以保证其密实度，同时杜绝快速启动、紧急刹车，且严禁设备在施工面掉头。

2.4 养生

碾压混凝土基层经检测合格后应立即覆膜养生，养生薄膜相互搭接长度建议大于20cm,并用砂袋进行辅助压边(图5)。养生期间需保持工作面的潮湿，在7d的养生期间，除补水车外，禁止其它车辆通行。

图5 覆膜养生

2.5 切缝、清缝与灌缝

施工完成后，结合日平均气温及昼夜温差确定合适的切缝时间，一般养生后24～48h左右进行，以免因强度上升后产生收缩裂缝。正式切缝时，应充分考虑10m的间距以及与旧路面板缝对齐，同时缝深应大于铺筑层后的1/4，且大于70mm，缝宽宜为5～8mm。切缝时产生的灰浆，需立即清理。养生结束、再次进行清缝后，采用70#道路石油沥青灌缝处理。