朱江華 何春木 尹晶晶

0 引言

目前在瀝青路面上加鋪水泥混凝土路面設(shè)計方法大致經(jīng)歷了以下兩個階段:

1)將加鋪層和舊路面層作為兩個層次，并假設(shè)下臥層為剛性的，因此層間粘結(jié)狀況不影響設(shè)計結(jié)果;

2)20世紀 80年代，歐洲提出了新的設(shè)計概念，在加鋪層和舊路面層之間設(shè)置一個粘結(jié)層，使得加鋪層和舊路面層完美的結(jié)合在一起。在這種新的設(shè)計理念的指導下形成了超薄混凝土技術(shù)(Ultra-Thin Whitetopping，簡稱UTW)，90年代歐美等國家對該技術(shù)展開了廣泛的應(yīng)用研究[1]。

本文結(jié)合天大線超薄混凝土路面試驗路情況，主要探討超薄混凝土設(shè)計及施工技術(shù)，供同行參考。

1 超薄路面技術(shù)特點

超薄水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)是厚度不大于 100mm、與下臥瀝青混凝土層完全粘結(jié)的路面結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有以下幾個特征:

1)厚度一般在50mm～100 mm，小于薄混凝土路面(Thin Whitetopping，簡稱TWT，厚度100mm～200mm)和普通混凝土路面(厚度一般大于200mm);

2)水泥混凝土面層必須與下臥層完全粘結(jié)，整體受力。如圖 1所示，圖 1a)為普通混凝土加鋪層受力情況，加鋪層與原路面之間粘結(jié)力較小，加鋪層層底彎拉應(yīng)力較大;圖1b)為超薄混凝土路面受力情況，加鋪層與下臥層形成一個復合整體，加鋪層內(nèi)以壓應(yīng)力為主，充分發(fā)揮水泥混凝土材料的高抗壓強度和下臥層的殘余強度;

3)接縫間距小，一般取12h～18h(h為UTW層厚度)，即接縫間距在0.6m～1.8m內(nèi)。小板塊在車輛荷載作用下，大大降低了板底的彎拉應(yīng)力和彎曲變形。圖 2為美國肯塔基州 1992年在某貨車路上鋪筑的試驗路，超薄層厚度為50mm，接縫間距為0.6m，工程效果良好[2];

4)一般采用纖維混凝土作為加鋪層材料，以提高水泥混凝土的抗彎拉強度和疲勞壽命。常用的有聚丙烯纖維單絲、聚丙烯纖維網(wǎng)、玄武巖纖維等。

2 試驗路超薄混凝土路面設(shè)計

2.1 試驗路概況

試驗路為天臺縣境內(nèi)天大線公路，為山區(qū)三級公路，連接石梁鎮(zhèn)和天臺縣城。2009年 10月，配合天大線路面大修工程，選擇天大線起始 2.5 km兩側(cè)硬路肩作為試驗路鋪筑對象，進行了UTW路面試驗路施工。路肩上車輛荷載作用次數(shù)很少，既能滿足低交通量使用條件，且施工不影響道路正常運營，有利于試驗路施工及后續(xù)研究工作的開展。

為驗證超薄路面接縫間距的合理范圍，擬定多種間距，并交替布置普通混凝土、纖維混凝土，以比較其工程效果，如圖 3所示。每段 500m，兩側(cè)共分為 10段，每種類型 2段。

2.2 纖維混凝土配合比設(shè)計

纖維混凝土配合比設(shè)計分兩個階段:1)基準配合比設(shè)計;2)纖維混凝土配合比設(shè)計。基準配合比設(shè)計同普通公路水泥混凝土配合比設(shè)計方法。

2.2.1 原材料

材料質(zhì)量標準根據(jù)JTG F30-2003公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范對中輕交通條件下普通水泥混凝土材料質(zhì)量要求。

水泥:P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，水泥質(zhì)量見表1。水:采用日常飲用水。質(zhì)量符合規(guī)范要求。細骨料:中砂，細度模數(shù) 2.8，表觀密度2 632 kg/m3，含泥量0.9%。粗骨料:碎石，粒徑5mm～10mm和10mm～20mm兩種摻配而成，集料質(zhì)量滿足規(guī)范要求，表觀密度2 839 kg/m3，組合級配符合規(guī)范要求。減水劑:早強減水劑，實測減水率15%，摻量為3%水泥用量。

表1 水泥性能指標

2.2.2 玄武巖纖維技術(shù)要求

目前國內(nèi)外應(yīng)用于UTW路面混凝土的纖維主要有以下幾種:聚丙烯纖維、聚丙烯纖維網(wǎng)。玄武巖纖維在房屋建筑混凝土結(jié)構(gòu)中已有較廣泛的應(yīng)用，此次應(yīng)用玄武巖纖維作為增強材料。短切玄武巖纖維強混凝土力學性能與素混凝土試件的對比，玄武巖纖維對混凝土具有明顯的增強、增韌效果[3]。玄武巖纖維質(zhì)量參考 GBT 23265-2009水泥混凝土和砂漿用短切玄武巖纖維中對短切玄武巖纖維的技術(shù)要求，玄武巖質(zhì)量見表 2。

表2 玄武巖纖維質(zhì)量

2.2.3 纖維混凝土配合比設(shè)計

本試驗路以抗彎拉強度為指標的經(jīng)驗公式法計算確定 C40混凝土初步配合比，而后進行試拌調(diào)整得到如下基準配合比:

水泥∶砂∶石子∶水∶外加劑=1∶1.68∶3.26∶0.36∶0.030 0。

纖維混凝土配合比是在基準配合比中摻入不同劑量的纖維形成。為確定最佳纖維用量，采用2.5%，3.0%，3.5%水泥用量三種纖維摻量進行對比實驗，確定最佳纖維摻配量。

2.2.4 室內(nèi)試驗結(jié)果分析

通過混凝土抗壓強度試驗和抗彎拉強度試驗確定最佳纖維摻量，并比較玄武巖纖維混凝土與普通混凝土的性能差異，實驗結(jié)果見表 3，表 4。經(jīng)測定摻加玄武巖纖維，水泥混凝土坍落度有所降低，降低量在5mm～7mm。

表3 3 d和7 d抗壓強度比較 MPa

表4 3 d和7 d抗彎拉強度比較 MPa

抗壓強度試驗表明，添加玄武巖纖維，混凝土的抗壓強度有所下降，抗彎拉強度試驗表明，玄武巖纖維混凝土抗彎拉強度顯著提高，且3.0%為最佳摻量。

2.3 UTW混凝土路面平面設(shè)計

超薄混凝土路面平面設(shè)計的主要內(nèi)容是接縫設(shè)計。UTW路面縱向橫向接縫宜采用12h～18h(h為UTW層厚度)。本次試驗路路面平均厚度5 cm，最大厚度7 cm，最小厚度4.5 cm。設(shè)計時采用了兩種間距:0.75m和1.20m，分別為15h和24h。采用24h的主要目的是為了檢驗接縫間距較大時 UTW路面的工程效果，驗證上述理論的正確性。

3 超薄混凝土路面施工技術(shù)

通過分段施工，總結(jié)若干段UTW路面施工的實際工程效果，發(fā)現(xiàn)UTW路面施工應(yīng)注意以下問題，以避免出現(xiàn)脫皮、龜裂等破壞。

3.1 界面處治

應(yīng)進行相應(yīng)施工技術(shù)準備工作。因面層厚度約為 5 cm，層厚小，為避免混凝土出現(xiàn)早期起皮剝離現(xiàn)象，必須對原路面表面進行徹底清理。試驗路采用拋丸機打毛路面，而后用高壓水槍沖洗，表干后立即攤鋪混凝土面層，避免二次污染。

3.2 混凝土拌合與攤鋪

為了便于施工，在施工前應(yīng)先按計算好的摻量，將玄武巖纖維分包裝好，拌合時將纖維與砂、石、水泥等同時加入攪拌機，先干拌 30 s，然后加水濕拌 90 s。外加劑原液應(yīng)先加入拌合用水中稀釋，再和水一起加入攪拌機中。因面層厚度薄和纖維的使用，必須使用平板震動器振搗，不得使用插入式震動器振搗，避免影響纖維的分布。在纖維混凝土澆筑 1 h～2 h后，應(yīng)對混凝土進行二次振搗，并對纖維混凝土表面拍打振實。充分的振搗一方面降低了混凝土的收縮應(yīng)力，同時混凝土的粘聚性增大，有效阻止了混凝土的離析。由于摻入玄武巖纖維后形成三維網(wǎng)結(jié)構(gòu)，混凝土的坍落度會略有降低，但杜絕人為加入大量的水，振搗后與一般混凝土不同，出漿量也會略有減少，抹平時與正常方法相同。為保證順利振搗和收面，一定要控制坍落度在適宜范圍內(nèi)。現(xiàn)場條件下坍落度會隨時間減少，故要搞好現(xiàn)場組織，盡可能縮短混凝土出機到入模的運輸時間，防止水分蒸發(fā)過多，影響坍落度。

超薄混凝土面層鋪筑的其他技術(shù)要求同普通混凝土路面。

3.3 接縫設(shè)置與混凝土養(yǎng)護

橫向縮縫的設(shè)置采用全部硬切的方式，切割深度為 1/5～1/4面層厚度?，F(xiàn)場施工溫度及條件相同時，壓紋和假縫割應(yīng)比一般混凝土滯后約 0.5h～1h。超薄混凝土應(yīng)加強保濕養(yǎng)生，避免出現(xiàn)早期縮裂。試驗路施工初期，部分路段因保濕養(yǎng)生不足，出現(xiàn)了嚴重的龜裂。后期采用加大養(yǎng)生劑用量(2倍普通混凝土路面用量)等措施，表面開裂比率大大減小。

4 結(jié)論與展望

1)實驗表明，摻加玄武巖纖維降低了水泥混凝土的抗壓強度，提高了混凝土的抗彎拉強度，降低了路面剛度，提高了韌性，對路面結(jié)構(gòu)受力有利，3%水泥用量為最佳玄武巖纖維摻量;

2)界面粘結(jié)的好壞對UTW路面結(jié)構(gòu)受力至關(guān)重要，應(yīng)嚴格控制其施工質(zhì)量;

3)UTW路面混凝土因厚度薄，水分減少快，易出現(xiàn)縮裂病害，應(yīng)加強早期保濕養(yǎng)生，確保施工質(zhì)量。

試驗路完工后時間尚短，玄武巖纖維混凝土超薄路面的工程效果有待進一步監(jiān)測。

[1] Ahmad Arddani.Thin and Ultra-Thin Whitetopping A Synthesis of H ighway Practice[R].WASHINGTON，D.C.:TRANSPORTATION RESEARCH BOARD，2004:3.

[2] Sanford P.LaHue，Robert J.Risser，Jr.Ultra-thin concrete overlay supports truck loads[R].Chicago:The Aberdeen Group，1992:2.

[3] 李為民，許金余.玄武巖纖維對混凝土的增強和增韌效應(yīng)[J].硅酸鹽學報，2008，36(4):476-486.

[4] 胡長順.超薄水泥混凝土路面試驗路研究[J].公路，2003 (5):60-63.