衛(wèi)小凱

（新疆交通建設(shè)（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830016）

0 引言

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進，公路里程數(shù)也逐年上升（見圖1）。截止到2012年，我國水泥混凝土路面里程已經(jīng)達到165萬km，占當年公路總里程的38.9%，并有仍有上升趨勢。水泥混凝土路面具有強度高、耐用性好、耐磨性好和耐高溫等優(yōu)點，在我國公路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。如何能夠在短時間內(nèi)修筑一條高質(zhì)量的水泥混凝土路面成為公路研究人員當前的一個重要問題。本文結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，主要從以下幾個方面進行了探討[1]：

（1）分析了影響水泥混凝土路面施工質(zhì)量的因素，得到了原材料因素和施工因素同水泥混凝土路面施工質(zhì)量的關(guān)系；

（2）對水泥混凝土路面進行結(jié)構(gòu)力學分析，得到了單軸和雙軸載荷下的應(yīng)力分析結(jié)果；

（3）從混凝土配比、材料質(zhì)量控制、攤鋪質(zhì)量控制、水泥路面養(yǎng)護等方面對水泥混凝土路面的施工工藝進行了探討。

圖1 近五年全國公路里程增長趨勢圖

1 水泥混凝土路面施工質(zhì)量影響因素

施工質(zhì)量直接關(guān)系到水泥混凝土路面的強度、耐用性、耐磨性、養(yǎng)護費用等，而施工質(zhì)量又與拌和材料及施工工藝休戚相關(guān)[2-3]。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究，拌和材料方面的影響因素一般包括：水泥的選擇，煤粉灰的質(zhì)量控制，添加劑、粗細集料、水中雜質(zhì)測定等方面。施工工藝因素包括基準線的選擇、混凝土的制備與運輸、攤鋪振搗、切縫填料、抗滑性能、路面養(yǎng)護等方面。

對于特重交通量的道路應(yīng)選擇硅酸鹽水泥62.5、普通水泥62.5、道路水泥52.5，其抗折強度可達到7.5MPa；對于重交通量的道路應(yīng)選擇硅酸鹽水泥52.5、普通水泥52.5、道路水泥42.5，其抗折強度可達到7MPa；對于中等、輕交通量的道路應(yīng)選擇硅酸鹽水泥42.5、普通水泥62.5、道路水泥52.5，其抗折強度為6.5MPa。水泥的細度對混凝土路面的強度、保水性有重要影響，細度大的水泥保水性能好、強度高，但其與空氣接觸的比表面積大，易產(chǎn)生裂縫。圖2給出了不同比表面積的水泥干縮率隨時間的變化規(guī)律。煤粉灰的加入有利于水泥混凝土強度的提高，其可以提高材料的力學性能、抗壓強度、耐磨性、抗彎強度，還可縮短混凝土的凝固時間，增強其黏聚性。添加劑一般采用減水劑和引氣劑。水中的雜質(zhì)一般只考慮了硫酸鹽含量和油污，水的pH值一般控制在4以上。

圖2 不同比表面積水泥干縮率隨時間變化規(guī)律

基準線設(shè)置時一般要保證攤鋪質(zhì)量，單根線長應(yīng)控制在450m以下，抗拉力不低于1 000N，中線平面偏移小于10mm，路面偏差小于15mm，面板厚度極限值大于-8mm，縱斷面高程偏差為±5mm，連接縱縫高差為±1.5mm。混凝土運輸高差中要保證轉(zhuǎn)運次數(shù)少、運輸時間短；行駛的便道應(yīng)較為平整，過分顛簸會使骨料離析，嚴重影響混凝土的質(zhì)量；如果使用時發(fā)現(xiàn)混凝土有泌水現(xiàn)象，禁止再次加水，要添加相應(yīng)添加劑改善其性能。攤鋪速度一般為每分鐘前進0.5～3m，振搗頻率控制在6000～11000r/min。混凝土抗滑性能要求見表1[4]。

表1 混凝土抗滑性能要求

2 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)力學分析

水泥混凝土路面承載地基自身重力沉降和車輛載荷附加應(yīng)力，路基在這兩個應(yīng)力作用下開始破壞，共經(jīng)歷四個階段：

（1）當車輛載荷作用在路基上，任何一點的應(yīng)力均在強度要求之內(nèi)，路基為彈性形變；

（2）車輛載荷增加致使路基底部達到最大抗彎拉極限，路面開始產(chǎn)生徑向裂縫；

（3）車輛載荷繼續(xù)增加，徑向裂縫進一步加深，輻射狀生成多條裂縫，路基中心某處產(chǎn)生的應(yīng)力達到混凝土的抗拉極限，路面上產(chǎn)生環(huán)形裂紋；

（4）當荷載繼續(xù)增加時，路基出現(xiàn)剪應(yīng)力，路面徹底損壞。

為了更好地對水泥混凝土路面進行結(jié)構(gòu)力學分析，以新疆某高速公路水泥混凝土路面為研究對象，其路面結(jié)構(gòu)為30cm水泥混凝土板+18cm水泥穩(wěn)定碎石上基層+20cm水泥穩(wěn)定碎石下基層+20cm石灰土底基層+土基。其結(jié)構(gòu)參數(shù)為：路面板模量為31 000MPa，水泥混凝土泊松比為0.2，路面基層模量為2 000MPa，路面底層模量為1 500MPa，路面基層泊松比為0.3，土基模量為80MPa，土基泊松比為0.3。取最大溫度梯度為89℃/m，利用ANSYS軟件對其進行有限元法分析，得到單軸、雙軸載荷下的載荷應(yīng)力和溫度應(yīng)力，兩者相加即為綜合應(yīng)力（見表2）。

表2 單軸、雙軸載荷下的應(yīng)力情況

3 水泥混凝土路面施工工藝研究

水泥混凝土公路修建時往往會遇到工期緊張、地質(zhì)條件差異較大、施工條件復雜等情況，在施工過程中應(yīng)該注意以下幾點[3]：

（1）合理選擇水泥混凝土的水灰比，對于本文中的樣例，有抗冰凍的要求，水灰比要小于0.42；盡可能選用碎石作為集料，采用粒徑較小的材料作為粗集料，使用減水劑、引氣劑并加入煤粉灰；

（2）由于施工現(xiàn)場風力較大，因此攤鋪時，布料機和滑模機的施工距離要小于8m，施工前要認真檢查施工機械的狀況和材料的質(zhì)量，掌握天氣情況，提前做好突發(fā)事件的應(yīng)對；

（3）在混凝土泌水結(jié)束后在其表面覆蓋一層養(yǎng)生薄膜，并均勻噴撒養(yǎng)生劑，薄膜的間接縫應(yīng)不小于300 mm；養(yǎng)生期一般為1周左右，期間禁止車輛碾壓，之后要灑水養(yǎng)生，防止基層表面干裂。

[1] JTG F30—2003，公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 李瑞紅.滑模攤鋪水泥混凝土路面施工質(zhì)量控制系統(tǒng)的研究[D].吉林：東北林業(yè)大學，2010.

[3] 吳付寬.水泥混凝土路面滑模施工質(zhì)量控制研究[D].西安：長安大學，2012.

[4] 李鎮(zhèn).重載交通水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安：長安大學，2012.