水泥混凝土路面基层材料研究

水泥混凝土路面基层材料研究

【摘要】水泥混凝土路面属刚性路面，具有承载能力大，稳定性好，使用寿命长，日常养护费用少等优点，而且施工方便，程序简单，所以广泛运用于各等级公路。但水泥混凝土路面对路面基层的要求比较高（如反射裂缝对路面的影响比较大），因此积极开发基层筑路材料，研究与控制路面基层材料的选用和施工，改进路基性能，对提高公路质量具有重要意义。

【关键词】路面病害；基层材料；选择；施工

1.水泥混凝土路面破坏的原因分析

虽然水泥混凝土路面有其独特的优越性，道路的设计标准也在不断提高，但是随着社会的进步，交通事业的快速发展，日益加大的交通量（主要表现在：车辆荷载不断增加，车辆的速度不断加快）使路面所承受的竖向压力和水平推力大大增加，对路面的危害也大大加强，特别使三缝病害加剧并难以控制。

所谓三缝是指施工时期由于混凝土收缩产生的裂缝、预留胀缝和缩缝切缝。三缝产生病害的共同特点是：雨雪水通过缝隙灌入缝内，渗入基层破坏了基层的强度，造成板底基层材料的水稳定性降低，久而久之导致局部沉陷，路面层受荷载时底部就会产生过大的弯拉应力，出现不均匀沉降，在荷载的重复作用下，使混凝土路面产生裂缝、断裂、甚至完全破坏。在病害形成的多种原因中，唧泥是引发病害的主要根源，唧泥是指板接（裂）缝或边缘下的基层细粒料被渗入缝下并积滞在板底的有压水从缝中或边缘处唧出，并由此造成板底面与基层顶层间出现局部范围的脱空，接缝填缝料失效。基层材料不耐冲刷，接缝传荷能力差和重载反复作用是引起唧泥的主要原因。

2.以往水泥混凝土路面基层使用材料的分析

多年来，我国修建的水泥混凝土路面基层多采用水泥稳定土、石灰稳定土、石灰稳定工业废渣等。尽管《水泥混凝土路面设计规范》中指出：“在特重和重交通的公路上，或冰冻地区的潮湿路段及其它地区的过湿路段上，不宜采用石灰土做基层。”但由于石灰稳定土基层施工工艺简单，原材料来源多，造价低等原因，石灰稳定土基层还是广泛被应用于水泥混凝土路面的施工中。通过对城镇及国、省道路的使用情况进行观察调查分析，石灰稳定土（或水泥稳定土）虽然能满足基层的强度要求，但其水稳定性较差，干缩裂缝也比较严重，通车后在比较短的时间内，由于上述的原因就会发生板缝唧浆、掏空、断板病害，从而造成路面破坏。

3.水泥混凝土路面基层材料的合理选择与施工

3.1基层材料的作用与分类

水泥混凝土面层下通常设置基层和垫层，主要有以下几方面的作用。

3.1.1防唧泥

混凝土面层直接放在路基上，会由于路基塑性累计变形量大，细料含量多和抗冲刷能力低而极易产生唧泥现象。铺设基（垫）层后，可减轻以至消除唧泥的产生。

3.1.2防冰冻

可以减少路基的冰冻深度。

3.1.3防水

可以排除进入面层板下的水分，以及隔断地下水毛细上升。

3.1.4减少路基顶面的压力，并缓和路基不均匀变形对面层的影响

用于水泥混凝土路面的基层和垫层类型可分为粒料类（碎石、砂砾等）、稳定类（水泥、石灰或沥青稳定粒料或土）和素混凝土三大类。

3.2基层材料的选择与施工

通过对水泥混凝土路面基层破坏的原因分析，本着经济、合理和实用的原则，我们选择不同的材料进行了大量的试验工作，提出了二灰碎石方法、煤矸石方法和水泥粉煤灰方法等三种基层材料构成方法。其中作为承重层的基层材料，我们认为在安阳地区选用二灰碎石方法比较合适。二灰碎石能很好地缓解裂缝的发展，对改进路面的破坏起到很大的作用。二灰碎石拌和摊铺后有一定孔隙，水稳定性好，有少量的水灌入时它可自行吸纳，不会形成面板底面与二灰碎石界面存水现象，这一部位不存水，唧浆病害就不会发生。如果再选用15cm贫混凝土做为垫层，效果会更好，即使有水灌入，板底界面缝隙很小，不会大量存水，且上下层材料都是刚度较高的板体，有少量的存水也无浆无唧，从而避免了由于唧泥的原因使路面破坏的现象。在施工中应根据石灰和粉煤灰的特性，合理安排施工。根据粉煤灰含有大量的SiO2、Al2O3等能反应产生凝胶的活性物质，它们在粉煤灰中以球形玻璃体的形式存在，这种球形玻璃体比较稳定，表面又相当致密，不易水化，二灰碎石的早期反应主要是石灰与水和空气的反应，形成早期强度，因此，要求石灰必须经过充分的消解、过筛，保证消解后的石灰不含有灰块和生石灰块。对于二级及二级以下等级的公路，石灰的有效氧化钙和氧化镁含量必须满足不低于三级石灰。对于二级以上的公路要求石灰有效氧化钙和氧化镁含量必须满足不低于二级石灰。在选用粉煤灰时，一定要选择多家进行比较，要特别注重三个方面的要求：（1）粉煤灰中的含碳量，含碳量是指在800 ~900℃温度下能烧失的量，由于粉煤灰中的含碳量过多会影响其活性，虽然在我国《公路路面基层施工技术规范》中对烧失量未作具体规定，但是室内试验表明，含碳量超过约30%，就会对混合料的强度有明显影响，因此粉煤灰的烧失量一般应小于20%。

（2）氧化物含量（SiO2+Al2O3+Fe2O3）。粉煤灰中氧化物的含量对二灰碎石的强度有明显的影响。粉煤灰中氧化物含量越大，二灰混合料的抗压强度越高，因此，氧化物的含量要大于70%。（3）细度。粉煤灰颗粒的粗细直接影响与石灰反应生成物的数量，从而影响混合料的强度，粉煤灰的颗粒愈细，比表面积越大，粉煤灰的活性愈强，从而加大了反应速度，提高了混合料的抗压强度。根据我们当地的粉煤灰试验结果：SiO2+Al2O3+Fe2O3含量为89. 4%，烧失量为13. 2% ，比表面积为2650g/cm3，可充分满足施工的要求，保证工程质量。

由于粉煤灰的反应速度比较慢，在较长的时间内应保持有充分的水份，所以必须保证良好的养护，合理选择养护期。根据我们实验室做不同龄期的无侧限强度试验及路上取芯做强度试验，二灰碎石施工完成后的养护时间应不少于14天。

几年来根据县乡村村通公路的国家政策和时代的发展，为更好地适应当前的形式，在针对县乡路的修筑中，本着“就地取材，因地制宜”的原则，在充分考虑路面基层刚度、强度、稳定性等因素下，我们大胆选用煤矸石作为路面基层，并进行了大胆的尝试。

4.结束语

水泥混凝土路面的基层材料不论选择何种材料，都应该在防唧泥、防冰冻、防水、减小路基顶面的压应力，并缓和路基不均匀变形对面层的影响几个方面上认真考虑，同时应结合本地的实际情况，综合混合料在强度、抗裂和经济几方面的特点，进行对比筛选，确定设计施工方案。水泥混凝土路面基层材料的选择，首先要有良好的水稳定性和一定的刚度、强度；其次要充分考虑“因地制宜，就地取材”的原则，尽量降低工程造价，不同的材料用于不同的路面基层，由于各地方的情况不尽相同，一种新型材料的运用必须经过大量的试验，才能用于道路的施工，避免出现浪费，给国家造成损失。■

【参考文献】

［１］赵永国.公路灾害防治与新技术应用［M］.北京:人民交通出版社.2004.

［２］公路水泥混凝土路面施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社.2003.