道路水泥混凝土

道路水泥混凝土一、前言 混凝土英文：Concrete ；簡寫：砼 ；水泥混凝土是道路與橋梁工程建設中應用最廣泛，用量最大的建筑材料之一。隨著現(xiàn)代高等級公路的發(fā)展，水泥混凝土與瀝青混凝凝土一樣，成為高等級路面的主要建筑材料1。在現(xiàn)代公路橋梁中，水泥混凝土路面以其抗壓、抗彎、抗磨損、高穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢，在各級路面上廣泛應用。水泥混凝土包括很多類型，如普通混凝土路面、鋼筋混凝土路面、連續(xù)配筋與混凝土路面、預應力混凝土路面、裝配式混凝土路面和鋼纖維混凝土路面等。目前，我國應用最大廣泛的是就地澆筑的普通混凝土路面，簡稱水泥混凝土路面2。組成路面混凝土的基本材料，主要是水泥、水、砂子和石子。一般砂石的總含量占其總質量的80%以上，主要起骨化作用。水泥加水后形成水泥漿，包裹在沙粒表面并填充砂粒間的空隙形成水泥砂漿，水泥又包裹在石子并填充石子的空隙而形成混凝土。水泥漿在硬化期間起潤滑作用，使混凝土土拌合物具有良好的流動性，硬化后將集料膠結在一起，從而形成堅硬的整體混凝土。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近代意義上水泥混凝土路面在歐洲是從 1824年10月21日英國工匠Leads和JAspdin取得了波特蘭水泥的發(fā)明專利后，開始發(fā)展起來的。20 世紀年代發(fā)展起來的水泥混凝土路面，板厚度24cm（包括上層5cm的磨耗層）。這一時期，經(jīng)過多年德爾試驗觀測，水泥混凝土路面的經(jīng)驗性設計理論、計算方法和施工技術迅速的發(fā)展建立起來3。世界上無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，對水泥混凝土路面建造技術都一直在進行研究和總結，使得水泥混凝土路面在技術上日勤完善。經(jīng)濟上顯出一定的優(yōu)勢，并得到較大范圍的應用。特別是在高等級中交通的道路上，水泥混凝土路面有了較快的發(fā)展。例如，美國在全國公路網(wǎng)的建設和完善中，對于交通繁忙、汽車載重量較大或增大的道路，更多的選自建造水泥混凝土路面。國際上各國在發(fā)展水泥混凝土路面技術上的一個重要特征是密切集合本國實際和資源約束條件，起直接影響因素是本國水泥和瀝青資源供給和價格情況，美國是典型的黑白兩種路面幾乎均等”“黑白并舉”的國家。其原因除了能源的考慮外，其經(jīng)濟對比分析是建立在建設、維修，養(yǎng)護全部建設和運營的總費用最省的價值工程基礎上，強調在路面使用年限內(nèi)，每平方每年的價格最節(jié)省、投資效益最高。由于歐美發(fā)達國家的路面網(wǎng)基本建成，目前最大工作是道路養(yǎng)護工作3。中國于20世紀20年代末開始在少數(shù)大城市的道路和飛機場跑道上鋪筑混凝土路面。19321933年在南京至杭州國道上鋪筑了長500米、寬5.5米的混凝土路面試驗段。1940年在北京至天津公路上鋪筑了長120公里、寬3米的混凝土路面。1948年在南京飛機場跑道上鋪筑長2200米、 寬45米、 厚30厘米的鋼筋混凝土道面。到50年代，隨著水泥工業(yè)的發(fā)展，在中國的一些大、中城市的干道以及飛機場跑道上，開始大規(guī)模鋪筑混凝土路面。70年代初以來，某些省在公路干線上開始鋪筑混凝土路面。中國的飛機場跑道，幾乎全部都采用混凝土道面。中國混凝土路面大多是用素混凝土按單層就地澆筑而成，但少數(shù)也有采用裝配式預制板，或做成雙層式，或配有鋼筋4。3、 介紹 3.1素混凝土路面在公路、城市道路及機場道面中，目前我國采用得最廣泛的是現(xiàn)場澆筑的普通混凝土路面，這類混凝土路面除接縫區(qū)和局部范圍(邊緣或角隅)外，不配置鋼筋，亦稱素混凝土路面。 用素混凝土或僅在路面板邊緣和角隅少量配筋的混凝土,就地灌筑成的路面結構,施工方便，造價低廉。素混凝土路面應沿縱向每隔56米設一縮縫，滿足冬季縮裂要求；每隔2040米設一脹縫，防止夏季熱脹，板屈曲壓裂或縫邊混凝土擠碎；沿橫向每隔34.5米設一縱縫。由于橫脹縫易引起路面板的破壞,增加施工和養(yǎng)護的麻煩，20世紀60年代中期以來，對夏季施工的混凝土路面，除在橋頭、隧道口、道路交叉口小半徑曲線或縱坡變換處,必須設置脹縫外,其他路段可少設或不設。縱橫縫一般做成垂直相交，但也有把橫縫做成與縱縫交成7080斜角,并按4、4.5、5、5.5和6米的不等間距順序布置5。 脹縫間隙寬1.82.5厘米，為防止?jié)B水，上部56厘米深度內(nèi)應灌以填縫料，下部則設置用瀝青浸制的軟木嵌條。為傳遞荷載，混凝土板厚中央處設鋼傳力桿，桿徑2032毫米，長4060厘米，間距30厘米。桿的半段涂瀝青并套以套筒，筒底部填以木屑等材料。如不設傳力桿，可在混凝土板下設置墊枕。縮縫一般做成裂口深46厘米的假縫形式，上部亦灌以填縫料，可不設傳力桿。但在路基軟弱或交通繁忙路段以及鄰近長間距脹縫的二三個縮縫上，也應設置傳力桿?？v縫可做成假縫、平頭縫或企口縫形式，上部也灌以填縫料。為防止板塊向兩側滑移，板厚中央可設置鋼拉桿，桿徑1420毫米，長4060厘米，間距80100厘米。 素混凝土路面板大多做成等厚斷面，厚約2025厘米。由于板的邊緣和角隅最易遭到破壞，可設置邊緣鋼筋和角隅鋼筋予以加固，或做成厚邊式斷面,從靠路肩1米處開始厚度逐漸增加，至板邊緣厚度較中間大25。在高速公路和一級公路上，可做成由內(nèi)側向外側邊緣逐漸加厚的梯形斷面。路面板大多做成單層式；當板較厚時也可做成雙層式，上層厚度不小于67厘米。下層使用品質稍差的材料做成低強度混凝土；為使上下層結合牢固，下層表面應清潔、粗糙并設凹槽5。 3.2鋼筋混凝土路面在混凝土路面板內(nèi)，沿縱橫向配置鋼筋網(wǎng)，配筋率為 0.10.2。鋼筋直徑812毫米，縱筋間距1535厘米，橫筋間距3075厘米。鋼筋設在板表面下56厘米處，以減輕板面裂紋的產(chǎn)生和擴張。板厚和縱縫間距與素混凝土路面相同，但橫縮縫間距可增至1030米，并設傳力桿。在地路基軟弱地段和交通特別繁重處，也可將鋼筋網(wǎng)設在板底面之上56厘米處，或設雙層鋼筋網(wǎng)2。 3.3連續(xù)配筋混凝土路面在混凝土路面板內(nèi)大量配筋，配筋率達0.61.0，縱筋直徑1216毫米,間距7.520厘米，可連續(xù)貫穿橫縫。橫筋直徑69毫米。間距40120厘米。鋼筋設在板厚中央略高處，與板表面距離至少67厘米。 在連續(xù)配筋混凝土路面板的端部應設置端縫，它有兩種形式：一為自由式,即連續(xù)設置34條脹縫,以便板端部自由脹縮；另一為錨固式，即在板底部設置若干根肋梁或樁埋入地基內(nèi)，以阻止板的脹縮活動。與素混凝土路面相比，連續(xù)配筋混凝土路面板厚可減薄1520；縮縫間距可增長至100300米。但用鋼多，造價高，施工較復雜2。 3.4預應力混凝土路面 3.4.1無筋預應力混凝土路面。在混凝土板兩端設置墩座埋入地基內(nèi)，墩座與板之間設置彈力縫，放入鋼彈簧。板長中央設置加力縫，縫內(nèi)設千斤頂，對混凝土板逐漸施加壓應力至5兆帕，然后塞入混凝土預制塊，取出千斤頂，用混凝土填塞縫隙。 3.4.2有筋預應力混凝土路面。在混凝土板厚中央預留孔，穿進鋼絲束，張拉后將兩頭錨固，并在孔內(nèi)注入水泥漿使鋼絲束與混凝土粘牢。較窄的板可僅在板的縱向加力，較寬的板需在縱橫向同時加力，或按與路中線成小于45角的斜向加力。后者可以連續(xù)澆筑很長的板，在板的兩側施加應力。所加預應 力，在縱向為24兆帕，在橫向為0.41.4兆帕。 3.4.3自應力混凝土路面。用膨脹水泥制備混凝土鋪筑路面，借配筋或在板的兩端設置墩座，通過混凝土的膨脹施加預應力。 預應力混凝土路面板厚可減至1015厘米，縮縫間距可增至100150米。但因施工工藝復雜，所需機具性能要求較高，除在某些飛機場建設中獲得成功經(jīng)驗外，尚未普遍推廣5。 3.5鋼纖維混凝土路面于混凝土中摻入1.52.0%(體積比)的長2560毫米、直徑0.251毫米的鋼纖維，可使其28天極限抗壓強度和極限抗彎拉強度較素混凝土提高50以上；而且它的抗疲勞和抗裂縫能力也較素混凝土高。與素混凝土路面相比，鋼纖維混凝土路面板厚可減小3050，縮縫間距可增至1530米，縱縫間距可增 至8米，脹縫可以不設。鋼纖維混凝土路面施工工藝尚未定型，仍在試驗階段5。 3.6裝配式混凝土路面在工廠中制成混凝土預制板，運至工地現(xiàn)場鋪裝而成的路面。裝配式混凝土板一般做成邊長12米的正方形或矩形,也可做成邊長1.2米的六角形，板厚1218厘米；還可做成寬3.5米、長36米的大型板，但需有相應的運輸和吊裝機具來配合。板的邊緣和角隅可配置鋼筋，也可在全板面配設鋼筋網(wǎng)。為提高混凝土的質量，可采用預應力、真空吸水、機械振搗和蒸汽養(yǎng)護等工藝。裝配式混凝土路面板可以全年生產(chǎn)，不受氣候影響，質量容易保證；而且鋪裝進度快，鋪完即可通車，損壞后易于拆換修理。因此，較適用于停車站場及港口碼頭處，但其接縫多，整體性差，故在公路和城市道路干線上很少采用。3.7水泥混凝土路面優(yōu)點和缺點1、強度高，耐久性好，具有較強的抗壓、抗彎拉和抗磨損的力學強度2、穩(wěn)定性好，環(huán)境溫度和濕度對混凝土路面的力學影響很小3、水泥資源豐富、水泥價格低4、水泥路面接縫較多，使施工和養(yǎng)護增加復雜性。接縫還容易引起行車跳動，影響行車舒適性，同時也增加行車噪音。5、陽光下反光太強，影響駕駛員視線和行車安全6、施工前期準備工作較多，如設模板、布置接縫及傳力桿設施等67、水泥路面與瀝青路面造價比較見下表：造價估算表路面類型水泥路面瀝青路面（一）瀝青路面（二）SMA瀝青瑪蹄脂路面厚度(cm）元/M2厚度(cm）元/M2厚度(cm）元/M2厚度(cm）元/M2面層2495.6448.28448.28469.15面層664.55664.55664.55面層873.8873.8基層1834.441728.381728.381728.38基層1528.111528.111528.11墊層2017.72017.72017.72017.7合計147.74187.02260.82281.694、 結語 材料是公路、橋梁等一切土木工程的物質基礎。公路和橋梁工程所耗用的建筑材料，不僅數(shù)量大，而且類型多7。工程實踐表明，材料是影響工程質量和造假的重要因素。由于新材料在力學特征，加工制造、設