水泥混凝土路面的现状与发展

水泥混凝土路面的现状与发展
交通学院
21608122
张毅伟
一、我国水泥混凝土路面的发展
自20世纪80年代至21世纪初开始的研究为我国水泥混凝土路面设计理论、方法及施工技术发展奠定了基础。

交通部制定修订颁布了《公路水泥混凝土路面设计规范》、《公路水泥混凝土路面施工技术规范》及有关试验规程,取得了很多发展和进步,主要成就如下。

1 . 1 抗滑、低噪声(露石)水泥混凝土路面
露石混凝土露石面积在60%以上,其抗滑降噪性能好,所用材料主要有:抗磨光、有棱角、近似立方体、表面粗糙的酸性岩石。

用于缓凝,无污染的露石剂。

其作用是在施工表面2～3 mm延缓凝结,使露石高度在1 . 5～2 . 0 mm。

喷洒露石剂的时间控制40～60 min,刷洗时间与环境温度、材料、水灰比有关,常温15～30 min。

施工工艺首先需要人工,机械刷洗,再进行养生、喷洒层刷洗层等,此种结构的水泥混凝土可以降噪≥3 dB (A)。

1 .
2 高效预应力混凝土路面研究
高效预应力混凝土路面的力学模型,一般简化为有纵向有预应力、普通钢筋、温度应力、板底摩阻力的混凝土板;其有限元模型采用20节点空间等参元。

宽度≯2车道,厚度一般为140～240 mm。

配筋时,预压应力扣除基层摩阻力后来确定预应力配筋。

滑动层要设置防水材料、细粒材料、沥青材料,一般不大于20 mm。

伸缩缝采用钢梁型或毛勒型,采用板端部加厚锚固,采用后张法进行二次张拉。

1 . 3 贫混凝土基层路面设计与施工技术
贫混凝土按空隙率不同可分为密实贫混凝土和多孔混凝土。

贫混凝土是用粗细级配集料与少量水泥(集料质量的7%～10% )和水拌和而成。

多孔混凝土是水泥、粗集料和水拌制而成,有时添加少量砂。

配合比设计方法主要是,经验公式法、试验法。

贫混凝土的物理力学特性主要有如下, 7 d抗压强度( 7～10 MPa )、28d弯拉强度( 2～3MPa)、弹性模量( 18～23 GPa )、疲劳特性、收缩性、抗冻性、抗冲刷性等。

多孔混凝土排水基层材料组成设计指标为,空隙率( 20%～30%)、渗透系数(≥1. 05 cm / s )、7 d抗压强度(重交通3～5MPa ,特重交通5～8MPa)。

其路用性能:排水性能、强度、弹性模量、疲劳特性、收缩性、抗冻性等都合乎规范要求。

贫混凝土基层混凝土路面结构设计主要应用应力分析、结构设计的方法。

其施工技术与普通水泥混凝土不同在于需要碾压,然后进行振捣。

1 . 4 柔性纤维混凝土和聚合物混凝土路面
柔性纤维混凝土和聚合物混凝土路面是为了提高水泥混凝土面层的抗裂性能而设计的。

在水泥混凝土中掺入5%～%聚丙烯纤维,以提高水泥混凝土的抗拉性0 . 1 0 . 20能。

试验证明柔性纤维混凝土和聚合物混凝土路面的抗压性能增加幅度较小,但其弯拉强度在纤维掺量0 . 2%时能提高7%～15% ;纤维掺量在0 . 25% ,强度可以提高10% ～20%。

抗疲劳性能也有显著提高。

聚合物混凝土材料组成所用的聚合物为复配聚合物乳液,水泥种类为普通硅酸盐425水泥,聚合物和水泥剂量的比值在10% ～15%之间。

聚合物混凝土物理力学性质如下,抗压强度在20～40MPa之间,弯拉强度在10～15MPa之间,路面结构形式和普通水泥混凝土面层结构相似。

聚合物混凝土主要应用于路面、桥面铺装和隧道路面。

1 . 5 连续配筋混凝土路面
连续配筋混凝土路面设计指标包括极限状态下的,疲劳断裂、冲剪。

连续配筋混凝土路面纵向配筋率有如下要求,( 1)允许的裂缝间距大于1 m; ( 2)缝隙宽度小于1 mm; ( 3)钢筋屈服强度符合规范。

连续配筋混凝土路面需要进行板厚、配筋、端墙的结构设计,其主要的施工技应控制以下几个阶段: ①施工准备; ②钢筋固定; ③混凝土浇筑。

其他的主要成果如下,复合式路面设计与施工、旧混凝土路面再生利用、混凝土路面加铺改造技术、混凝土路面断板分析及防治技术、混凝土路面维修养护技术、混凝土路面滑模摊铺技术以及轻集料混凝土路面等。

三、水泥混凝土路面病害
2 . 1 常见水泥路面病害
几十年的运营,水泥路面出现了各种病害,归纳起来主要有:裂缝、沉陷、碎板、板角断裂、唧泥、错台、接缝材料破损等。

2 . 2 病害原因
( 1)水是形成病害的主要原因
水泥路面的横缝多采用沥青灌缝,纵缝为施工缝不灌缝,路肩盲沟排水的设施基本没有设置。

特别是“先行工程”建设期间,对水泥路面性能认识不足,相当一部分排水设施配套不到位。

再加之养护不及时,经过多年的行车作用,路面板块间相互挤压,原路面横缝接缝的填缝料老化剥落破损。

路面的雨水通过裂缝接缝渗入基层,造成基层软化;还有可能是低洼地水排不掉,两侧就会产生积水,积水向路基渗透,通过毛细作用逐渐向上,使路基上部土层变湿。

在车辆荷载的重复作用下,最终出现基层承载力不足,地基不均匀下沉等病害,产生唧泥将基层细料冲走导致板端脱空、路面板块松动、错台、板角冒浆,乃至断板破碎。

( 2)车辆超载
由于经济的发展,车流量不断增加,特别是市场竞争激烈,运输户对绝大部分的货车进行改装,加高车厢,加厚大梁等等严重超载。

据路政部门检测统计双轴车辆总重量均在23～24 t、三轴车辆总重均在35～45 t,荷载大大超过路面设计荷载,造成混凝土板块疲劳,形成水泥板断裂、破碎,使正常使用年限大大缩短。

( 3)施工控制质量不严
造成水泥路面破损。

路基密实度不足造成不均匀沉降,病害大部分分布在路基填挖交界区域,高填方路段和路面与桥涵等构造物交接处。

因为路基不均匀下沉造成路面的沉降,在行车的冲击作用下很容易造成错台渗水、唧泥导致水泥路面破损。

路面材料质量控制不佳,配合比达不到要求,拌和不均匀,压实或振岛不实等施工原因,从而降低混凝路面的强度,在荷载的作用下,混凝土路面无法承受荷载产生的的竖向剪力,导致路面破损。

( 4)设计方面缺陷
设计时对交通量预测计算不够准确,基层、面层设计厚度偏薄,设计时当量轴载由于按标准车型额定载重进行换算,而近些年来交通量迅速增长,超载超限车辆也不断增多,这种设计轴载与实际不符,从而大大影响水泥路面的寿命。

三、水泥混凝土路面的发展方向
3 . 1 湿度-温度-荷载耦合效应及其对路基性能的影响研究
水泥混凝土路面路基湿度状况及其变化规律冰冻和非冰冻地区,路基平衡湿度的预估方法路基湿度-温度-荷载耦合作用模型及效应分析湿度-温度-荷载耦合效应对路基性能的影响,从而提出湿度-温度-荷载耦合效应对路基性能影响规律;提出考虑湿度-温度—荷载耦合效应的路基性能评价方法。

3 . 2水泥混凝土路面路基性能指标与参数研究
研究影响水泥混凝土路面性状的路基性能及其指标路基水稳定性设计指标与参数路基抗冻融设计指标与参数。

从而提出水泥混凝土路面的路基性能设计指标;提出耐久性水泥混凝土路面的路基设计方法。

3 . 3提高路基耐久性的实用工程技术
研究路基性能衰变对水泥混凝土路面耐久性的影响;提高路基抗变形能力的工程技术;提高路基水稳定性的工程技术;提高路基抗冻融性能的工程技术,从而揭示路基变形性能衰变对水泥混凝土路面的影响规律;提出提高路基耐久性的实用工程技术。

3 . 4水泥混凝土路面基层长期性能研究
进行水泥混凝土路面基层使用状况调查与损坏机理分析;水泥混凝土路面基层长期性能评价体系研究;水泥混凝土路面合理基层类型与材料研究;基于功能的水泥混凝土路面结构分析;水泥混凝土路面基层与面层结构协调设计研究;水泥混凝土路面室内模型试验与试验路研究。

从而提出水泥混凝土路面基层损坏机理;提出水泥混凝土路面基层长期性能评价方法;提出水泥混凝土路面合理基层类型及其材料组成设计方法;提出基于耐久基层的水泥混凝土路面结构设计方法。

3 . 5基于耐久性的水泥混凝土路面结构设计技术研究
路基—路面相互作用与协调设计水泥混凝土路面荷载分析(包括重载) ,基于耐久性的水泥混凝土路面结构组合设计方法研究,基于耐久性的水泥混凝土路面结构分析方法研究路面设计方法及参数研究。

从而提出基于耐久性的水泥混凝土路面结构组合设计方法;提出基于耐久性的水泥凝土路面结构分析方法;提出路基路面结构层设计指标和参数。

3 . 6水泥混凝土路面施工变异性及控制技术研究
进行水泥混凝土路面施工变异性调查;水泥混凝土路面各结构层施工变异性的相互影响研究;水泥混凝土路面施工变异控制技术研究。

从而提出常用施工工艺的参数变异性影响规律;提出水泥混凝土路面施工变异控制技术措施。

3 . 7道路水泥混凝土组成设计研究
道路混凝土力学性能与耐久性评价指标体系研究;原材料技术性能对道路水泥混凝土力学性能及耐久性影响的研究;材料组成对道路水泥混凝土力学性能及耐久性影响的研究;道路混凝土混合料组成设计方法的研究;道路混合料组成设计验证(试验路)预期目标。

从而建立道路水泥混凝土的力学性能与耐久性评价指标体系;提出满足设计力学性能和耐久性要求的混合料组成设计方法;规范中的材料要求、组成设计和设计参数的修改提供依据;提出道路水泥混凝土组成设计指南;提出水泥混凝土路面的路基性能设计指标;提出耐久性水泥混凝土路面的路基设计方法。