水泥混凝土路面工程質(zhì)量控制三要素

1、水泥混凝土路面工程質(zhì)量控制三要素丁壽文（邗江交通建設工程有限公司）摘要針對目前水泥混凝土路面存在的某些質(zhì)量問題，論述和提出了保障水泥混凝土路面質(zhì)量的三大要素：精細高性能道路混凝土材料、振搗密實的面板、穩(wěn)固的路基和基層。關鍵詞：水泥混凝土路面、質(zhì)量控制、材料、振搗基層。1 引言隨著我國公路交通的發(fā)展，水泥混凝土路面的建設發(fā)展迅速。按交通部公路司發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從19901997年，我國建成的水泥混凝土路面由11373KM，增長了6倍多，年增長率達29.3%。例如：氣話市幾大重點工程也采用了水泥混凝土路面，如揚（州）六（合）一級公路，揚（州）江（都）一級公路、寧通公路、通港公路等。勿庸諱言，我市水

2、泥混凝土路面的建設質(zhì)量良萎不齊。有的公路建設的水泥混凝土路面質(zhì)量較差，通車時間不長就發(fā)生較多破損，需要投入大量人力、財力和物力進行修補。由于出現(xiàn)大量水泥混凝土路面破損，“水泥混凝土路面修補技術”成為一項重要課題，從交通部到各個地方都在花大量精力研究。但是，這畢竟是“亡羊補牢”，不能解決其“先天不足”的根本質(zhì)量問題。如果不從根本上解決水泥混凝土路面的質(zhì)量問題，“先天不足”的路面會邊修邊壞，陷入無止境的惡性循環(huán)。因此不少地方“怕”建水泥凝土路面，使當?shù)刎S富的水泥資源得不到有效利用，無法帶動當?shù)貒窠?jīng)濟發(fā)展。另外，水泥混凝土路面的設計壽命為30年，如在較短的時間內(nèi)發(fā)生大面積破損，對資源也是一種浪費和

3、損失。路面工程與其它混凝土結構工程不同，它承受繁重的交通荷載。它需要承受重載車輪的作用，承受動載疲勞破壞，承受沖擊、磨損破壞，還要承受溫度、冰凍、濕度、腐蝕等環(huán)境因素的破壞作用，它的使用條件是苛刻和嚴酷的。在這種使用條件下，路面工程需有嚴格的質(zhì)量要求。影響水泥混凝土路面質(zhì)量的因素很多，由于施工方法、方式不同，要求也不同，但是無論采用哪種施工方法，必須反復強調(diào)：材料精良、面板密實、基礎穩(wěn)固。這三方面在某些地方?jīng)]有引起重視或重視不夠，本文就這三個方面談些看法，其它方面的要求參見相關規(guī)范與資料。2 混凝土路面材料21 混凝土路面外觀的顏色差異目前，我國大多數(shù)水泥混凝土路面的施工使用小型滾筒自落式或強

4、制式混凝土攪拌機，如果一臺攪拌機不夠，排列35臺，上砂石料使用手推車，水泥計量依靠數(shù)包，加水憑感覺。由于無法自動計量配料，混凝土配合比得不到有效控制，一塊板與另一塊的水泥用量、用水量、砂率無明顯不同，達不到路面混凝土的基本配料要求。攤鋪到路面上的混凝土，可用肉眼看出色澤不一致，甚至在一塊板內(nèi)的混凝土顏色都不一致。在質(zhì)量薄弱的部位，很快會磨損和破壞。這是一種落后的混凝土生產(chǎn)方式，顯然滿足不了現(xiàn)代重交通對路面的要求?，F(xiàn)場試驗分析表明：當用肉眼能看出混凝土路面存在顏色差異時，混凝土配料中水泥用量的誤差將大于7%、用水量的誤差大于10%、集料誤差大于10%。我國水泥混凝土路面施工及驗收規(guī)范（GBJ97

5、-87）要求的原材料和配合比允許誤差為：水泥為±1%，粗細骨料為±3%，水為±1%，外加劑為±2%。滿足原材料配合比精度，使用能夠自動計量稱料的混凝土攪拌設備可以達到。但是計量不準或控制不嚴，亦達不到配料精度要求。問題的關鍵并不在于規(guī)定了多高的配料精度或攪拌機械的好壞，而在于事實上做到了沒有。中面檢查時，表面混凝土存在顏色差別，證明路面混凝土材料不合格，必須改進生產(chǎn)方式。22 精細高性能道路混凝土 混凝土材料科學正在飛速發(fā)展，以保障混凝土材料重交通荷載破壞和使用耐久性為主要特征的精細高性能道路混凝土技術已經(jīng)形成。生產(chǎn)精細高性能道路混凝土的主導手段是“雙摻

6、技術”，即摻化學外加劑和活性磨細的混合材料。現(xiàn)擴展到了保障混凝土的勻質(zhì)性和工作性、高抗折強度、小變形性能、耐候性（即溫、濕度變形穩(wěn)定性）等更大的范疇，已把它看作精細高性能道路混凝土的關鍵技術。要保證路面混凝土材料質(zhì)量，必須依靠混凝土材料的高新科技，現(xiàn)將道路混凝土使用引氣劑技術，作為實現(xiàn)“精細的高性能道路混凝土”要求的突破口和切入點，希望引起廣泛的關注，進行研究。23 原材料的規(guī)格和質(zhì)量（1） 使用粒徑較小的粗集料。 現(xiàn)行水泥混凝土路面施工及驗收規(guī)范（GBJ97-87）中對水泥混凝土路面的最大粗集料粒徑規(guī)定為40mm。對比世界各主要發(fā)達國家的規(guī)范，都規(guī)定粗集料最大粒徑為20mm；又對比現(xiàn)行公路路

7、面基層施工技術規(guī)范（JTJ034-93），其水泥穩(wěn)定碎石、砂礫基層的最大粒徑規(guī)定為30mm。研究表現(xiàn)：第一當其它原材料和配合比條件相同時，40mm最大粒徑混凝土的抗折強度是偏小 混凝土抗折強度最高的最大粒徑在2030mm ，這與抗壓強度不同；第二，大粒徑混凝土耐疲勞極限較低；第三，熱傳導系數(shù)和熱擴散系數(shù)較高；第四，40mm最大粒徑混凝土的耐磨性和抗凍性較差；第五大粒徑混凝土的好處是干縮率相對較小；另外，從混凝土的施工性能來看，40mm最大粒徑的混凝土容易發(fā)生離析等不均勻現(xiàn)象，不僅影響路面施工的勻質(zhì)性，還使路面平整不佳。經(jīng)過全面權衡，作者認為水泥混凝土路面的最大粒徑應適當減小。使用碎石時，應采用

8、30mm；使用礫石時，應采用20mm；同時使用優(yōu)良的級配，嚴格限制針片狀顆粒的含量。（2） 嚴格控制集料中的含泥土（石粉）量。研究表明：集料中的土、泥和石粉含量對抗折強度的負面影響遠大于對抗壓強度的影響，并且使路面塑性收縮開裂的機率和干縮變形量大大增加。某些發(fā)達國家從保證質(zhì)量的角度對水泥混凝土路面的原材料清潔度進行了要求，不僅要求礫石料全部清洗干凈，而且不允許露天堆放，砂石料與水泥一樣，在施工現(xiàn)場必須罐裝，不允許有任何污染。 水泥混凝土路面施工及驗收規(guī)范（GBJ97-87）規(guī)定：粗集料泥土含量1%,砂中泥土含量3%。雖有明確的規(guī)定，但在施工現(xiàn)場所使用的砂石料含泥土（土塊、石粉）量仍然經(jīng)常超標，

9、主要因為：一是碎石場在雨天加工碎石，混進了較多泥土；二是拉斗式上料的攪拌樓，會形成泥土、石粉的富集層；三是料堆建在耕地上，底部不做任何處理，用推土機、裝載機推料時造成嚴重的二次污染。 3 路面板密實度 優(yōu)質(zhì)水泥混凝土路面板最重要的施工質(zhì)量指標是：抗折強度、板厚和平整度，抗折強度是最重要、最基本的要求。抗折強度在控制了材料配合比和質(zhì)量的前提下，最直接的控制因素是路面的施工密實度。 從施工方面看，保證水泥混凝土路面有足夠的抗折強度，路面板必須振搗密實，不得有架空現(xiàn)象。 滑模攤鋪機施工方式，除速度快外，其施工的路面抗折強度也高。高抗折強度來源于混凝土得到了高度密實，而高密實是依靠密集布置的（振搗棒中

10、距4050mm）超高頻振搗棒、振搗夯板、擠壓底板等機構獲得。 人工和小型機具施工方式，攤鋪是采用人工布料，材料密實度已經(jīng)不均勻，加上振搗棒較少，振到的混凝土面板較密實，而大部分欠振搗工沒有振到混凝土路面不密實或嚴重欠密實。 從實踐中發(fā)現(xiàn)，振搗頻率對振搗密實有影響，進而影響面板強度。滑模攤鋪機上使用的是超高頻振搗棒，頻率在6000-12000次/min之間可調(diào)，鉆芯數(shù)據(jù)表明：一般抗折強度比3000次/min的振動合高10%15%。因此，必須強調(diào)要使用滑模攤鋪機，用密集排列超高頻振搗棒施工。在一些地方，用三滾軸施工高速公路水泥混凝土路面的修復，而不用施工。當采用這種方式施工高等級公路水泥混凝土路面

11、時，必須對振搗機械地行認真的改進。在高等級公路中，禁止使用只用一根振搗棒，或加振動板、振動梁進行的人工施工方式。 目前需要大力推廣機械化施工新技術，但是，公路行業(yè)有相當一部分的管理和工程技術人員，對機械化施工水泥混凝土路面缺乏明確的認識，認為水泥混凝土路面施工不需要大型機械也可以做，不少地方因為沒有瀝清路面施工機械，因此改修人工施工的水泥混凝土路面，結果本應很耐久的水泥混凝土路面連瀝青路面的使用年限都達不到。因此，建議逐漸在高等級公路上規(guī)定使用現(xiàn)代化的機械化施工方法時，應設法使用非破損技術檢測人工施工施工混凝土路面的密實度，進行路面實際施工抗折強度的嚴格臨測、管理和控制。 4 基層穩(wěn)固 水泥混

12、凝土路面運行的前幾年，發(fā)生在局部的破損或破壞大多是基層不穩(wěn)造成的，基層不均勻沉降造成的面板破壞超過由于面板本身的問題帶來的破壞。主要病害表現(xiàn)為：唧泥、錯臺、脫空、斷板、斷角等。 41 水泥混凝土路面的基層特征 水泥混凝土（剛性）路面的基層與瀝青（柔性）路面基層的功能不同：瀝青路面的半剛性基層是荷載承重層，強度和剛度要求是主要性能；剛度很大的水泥混凝土路面板本身就是承重層，通過剛性路面板傳遞到基層頂面的壓力很小。因此水泥混凝土路面基層的基本要求是：提供均勻穩(wěn)固的支撐條件，基層和路基的變形、位移及均勻性比強度重要。 當基礎不均勻變形或不均勻沉降位移略大時，水泥混凝土路面板不可能隨其變化，必然要以斷

13、裂破壞的形式反映出來。提供均勻穩(wěn)固的支撐條件必須首先從路基設計上著手，注意以下幾點。 （1）路基本冰凍拱脹及春融軟化。 路基土產(chǎn)凍脹現(xiàn)象主要因為毛細水的不斷供應，在土基中形成冰晶，并增長成冰晶體，將路面上部結構拱起；到春天，冰晶體融化，路基處于過濕狀態(tài)，路基軟化，嚴重時形成翻漿。發(fā)生凍脹有三個條件：存在粒徑在0.050.005mm之間的粉性凍脹土；凍土深度長期維持在冰晶體附近；毛細水不間斷長期供給。路基的凍脹和軟化，造成水泥混凝土路面支撐條件不均勻，局部隆起和濕陷導致路面結構的快速斷裂破壞。 控制路基凍脹的方法有：設置防凍層、提高路基高度、深挖排水溝、控制填筑壓實度和含水量、加強排水、換掉粉土

14、等。 （2）路基的不均勻沉降 在填方路段、挖方和填方過渡段等地段經(jīng)常會出現(xiàn)不均勻沉降，需要采用過渡性路面結構等待其沉降穩(wěn)定。如在挖方段則需清理基巖到一定深度，設置一定厚度的墊層，并攤鋪半剛性基層，方可攤鋪水泥混凝土路面。在此處建造水泥混凝土路面，應采用其它混凝土路面結構形式，如：鋼筋混凝土路面、鋼纖維混凝土路面和嵌砌塊路面等。 （3）高路基的垂直沉降及側向滑移。 在山區(qū)的高等級公路，路基填方通常較高。在雨天和雨季，這些高路基的穩(wěn)定性往往不足，形成路基剪切滑移，或者產(chǎn)生大量的裂縫和垂直沉降位移，這時上部基層和水泥混凝土路面必定破壞。造成這種現(xiàn)象的主要原因是水份大量滲透到路基內(nèi)，使路基軟化、承載能

15、力大幅度下降，在自重作用下產(chǎn)生了剪切滑移破壞，因此加強高填方路基的表面和內(nèi)部排水十分重要。42 路面基層技術要求（1）防唧泥與水穩(wěn)定性。 唧泥現(xiàn)象發(fā)生必須具備如下條件：基層（路基）材料中具有可懸浮的細粒松散土，或路面動沖擊形成的基層表面的細粒松散土；自由水份進入到路面和基層（路基）之間；頻繁通過重交通荷載。因此，防止唧泥可用無懸浮細粒的水泥穩(wěn)定婁粒料基層、貧混凝土基層或瀝清混凝土基層；另外，使用透水混凝土、級配碎石或級配礫石基層將層間自由水份盡快排除，也能達到防止唧泥的目的。評價建筑材料的水穩(wěn)定性一般可用軟化系數(shù)來衡量。軟化系數(shù)是指在飽和水浸泡7d試件的抗壓強度來反映。（3）變形剛度。 在重交通高速公路上，具有一定剛度的路面基層，一方面，能夠提供在剛性面層和柔性路基之間的過渡，如果缺乏這層半剛度基層的過渡，面層與路基這間剛度差別過大，面層會因過大的拉應力或拉應變而過早破壞；別一方面，基層具有一定的剛度，才能抵抗重型車輛反復疲勞荷載的作用，不致有過大的變形和變位，可防止面板錯臺及變形破壞；另外，具有良好變形剛度的基層可提供均勻穩(wěn)固的支撐?；鶎拥淖冃蝿偠纫曰鶎禹斆娴幕貜椖Ａ縼肀硎荆ㄟ^測量其彎沉值計算得到。如從結構強度來講，基層應具有較小的彎沉值，但在實際工作中，更應重視荷載彎沉