水泥混凝土路面質(zhì)量控制
導(dǎo)語：水泥混凝土路面是指以水泥混凝土為主要材料做面層的路面，簡(jiǎn)稱混凝土路面。亦稱剛性路面，俗稱白色路面，它是一種高級(jí)路面。水泥混凝土路面有素混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼纖維混凝土和裝配式混凝土等各種路面。
水泥混凝土路面作為一種高級(jí)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(guó)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(gè)五年研究計(jì)劃，設(shè)計(jì)理論和施工水平已達(dá)到較高水平。進(jìn)入90年代后，我國(guó)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(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路運(yùn)輸總量持續(xù)增長(zhǎng)，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(gè)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
(一)高速公路交通狀況。目前，我國(guó)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(diǎn)。為此，對(duì)我國(guó)高速公路的建設(shè)提出了更高的要求。
(二)高速公路路面現(xiàn)狀。我國(guó)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(duì)來說，水泥混凝土路面給社會(huì)的印象較差，導(dǎo)致近年來國(guó)內(nèi)在高等級(jí)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(guó)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(huì)上造成了極大的影響。
二、水泥混凝土路面常見問題及原因
(一)水泥混凝土路面的開裂、斷板、錯(cuò)臺(tái)。我國(guó)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(cuò)臺(tái)、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(shí)，一般是以下幾方面因素：
(1)日溫差過大或蒸發(fā)量過高。日溫差過大，切縫不及時(shí)，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(shí)，養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，表面干縮過快，出現(xiàn)收縮裂縫。
(2)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。
(3)水泥水化熱過高或安定性不良，或兩種水泥混用，也會(huì)引發(fā)早期斷板。我國(guó)企業(yè)實(shí)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(shí)的情況下采取兩廠同時(shí)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(cuò)臺(tái)、斷板
(1)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(shí)，基層對(duì)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。
(2)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(cuò)臺(tái)。
(4)路面抗彎拉強(qiáng)度儲(chǔ)備不足，重載車的高速增長(zhǎng)是路面斷板的原因之一。
(二)水泥混凝土路面的平整度差，噪音高。相對(duì)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(guó)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(guó)水泥混凝土路面技術(shù)起點(diǎn)低，采用機(jī)械代施工程度低，且時(shí)間短，造成水泥混凝土路面施工水平相對(duì)較低，設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位等對(duì)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(duì)路面攤鋪的認(rèn)識(shí)不深刻，不能根據(jù)不同的施工環(huán)境調(diào)整攤鋪的各個(gè)環(huán)節(jié)，而是照搬以往成功的經(jīng)驗(yàn)。機(jī)械操作手文化素質(zhì)低，不能較好地對(duì)路面施工的各個(gè)環(huán)節(jié)理解透徹，故施工的路面平整度不理想。
3.設(shè)計(jì)單位對(duì)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(chǔ)備不足，縮縫未插入傳力桿易出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)等。
4.基層的平整度較差。建設(shè)單位、施工單位對(duì)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(jì)厚度或施工厚度不足，是影響路面使用壽命的一個(gè)原因，出現(xiàn)“短命式”斷板。國(guó)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(duì)瀝青路面較高的原因，主要是路面平整度不佳，路面錯(cuò)臺(tái)、斷板而引起的。其次，我國(guó)對(duì)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(guó)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(guó)、法國(guó)等國(guó)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)。
(三)水泥混凝土路面表面出現(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(shí)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(shí)碰上下雨，雨水對(duì)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(guó)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(huì)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(duì)如何提高路面的施工質(zhì)量，談?wù)勔恍┮娊狻?/p>
(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(chǎng)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(guó)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(duì)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(shí)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(shí)注意控制水泥的施工溫度。
粉煤灰要采用一、二級(jí)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(duì)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(jí)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)。滑模攤鋪水泥混凝土路面砂的細(xì)度模數(shù)為2.0～3.5之間，含泥量應(yīng)小于2%。
(二)優(yōu)化水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)。水泥混凝土配合比的設(shè)計(jì)和優(yōu)化是滑模攤鋪路面的關(guān)鍵技術(shù)，配合比設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)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(jí)配的組成原則。砂率的選用由于有比較成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，目前的理論和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較成熟，容易選定。但粗集料一般要采用兩級(jí)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(gè)相對(duì)合理的摻配系數(shù)是極其重要的。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)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(jì)前，對(duì)水泥的路用品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)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(jí)以上，對(duì)每車材料必須進(jìn)行檢測(cè)后才能入罐，否則三級(jí)以上的粉煤灰對(duì)路面的危害極大。
4.配合比設(shè)計(jì)的影響因素的綜合協(xié)調(diào)
(1)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(huì)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(huì)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。
(3)含氣量。目前，規(guī)范已要求檢測(cè)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(duì)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(cè)含氣量是路面設(shè)計(jì)和施工理論上必要的進(jìn)步。
(三)水泥混凝土路面的施工
1.認(rèn)真細(xì)致地做好試驗(yàn)路段。攤鋪水泥混凝土路面試驗(yàn)路段分為試拌和試鋪兩階段，通過試驗(yàn)路段的試驗(yàn)應(yīng)達(dá)到下述目的。
試驗(yàn)段在與施工條件等同的條件下實(shí)施，通過在指定工作段先試驗(yàn)性地組織施工、測(cè)算、總結(jié)，得出所有必需的工作參數(shù)和施工經(jīng)驗(yàn)，用以指導(dǎo)正式生產(chǎn)。
通過試驗(yàn)段的實(shí)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(yàn)證配合比(水泥用量、礦料級(jí)配)是否符合規(guī)范要求。
拌合機(jī)、運(yùn)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)。縱橫接縫的處理方式。
其他技術(shù)指標(biāo)。各種檢測(cè)手段的適用性。
試驗(yàn)段鋪筑結(jié)束后，由施工單位和監(jiān)理會(huì)商試驗(yàn)結(jié)果，提交試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。
2.水泥混凝土路面的施工。路面試驗(yàn)段完成后，根據(jù)試驗(yàn)段取得的成果，用以指導(dǎo)大面積施工。
(1)高等級(jí)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(guó)的Wirtgen機(jī)型，美國(guó)的GOMACO機(jī)型和CMI機(jī)型。三種攤鋪機(jī)各有其優(yōu)缺點(diǎn)及不同的操作原理，但以德國(guó)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(guó)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GOMACOGP2600型攤鋪機(jī)和WirtgenSP850均做出了平整度較好的路面。
(2)在路面攤鋪前，做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。一是對(duì)基層進(jìn)行清掃、修補(bǔ)。對(duì)破損的基層采用高標(biāo)號(hào)的水泥砂漿修補(bǔ)平整密實(shí)，對(duì)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，確保基線平滑順適，逐樁檢查板厚，并對(duì)板厚不合適的位置進(jìn)行基線微調(diào);三是對(duì)脹縫、鋼筋補(bǔ)強(qiáng)位置進(jìn)行預(yù)先標(biāo)識(shí)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)。
(3)路面當(dāng)日開工前，對(duì)材料進(jìn)行含水量檢測(cè)，特別是對(duì)砂和小碎石的含水量要特別注意。拌和時(shí)注意控制混凝土的拌和質(zhì)量，確保混凝土坍落度的均勻。
(4)根據(jù)天氣情況，如溫度、風(fēng)速等，對(duì)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(yùn)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
(5)攤鋪機(jī)在開工前，應(yīng)調(diào)整好振動(dòng)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(shí)，控制振搗倉(cāng)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(duì)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(shí)調(diào)整攤鋪機(jī)的振動(dòng)頻率。
(6)路面施工后，及時(shí)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。
(7)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(shí)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
筆者認(rèn)為，水泥混凝土路面與瀝青混凝土路面各有其優(yōu)缺點(diǎn)，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(guó)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(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位及政府主管部門正確認(rèn)識(shí)其特點(diǎn)，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(duì)其出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行細(xì)致的分析，有針對(duì)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(shí)間。不盲目趕工，施工有條不紊更易保證施工質(zhì)量。
3.對(duì)我國(guó)的交通發(fā)展?fàn)顩r作出正確的估計(jì)，預(yù)留足夠的路面強(qiáng)度儲(chǔ)備值。
4.加強(qiáng)施工質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)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(shí)引進(jìn)各國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)、施工的先進(jìn)技術(shù)，提高路面的質(zhì)量。
筆者根據(jù)近年來對(duì)國(guó)內(nèi)一些工程的考察，結(jié)合自己的一點(diǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了加強(qiáng)水泥混凝土路面質(zhì)量控制的一些觀點(diǎn)和方法，旨在和同仁們及專家共同探討，以達(dá)到共同提高的目的。
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