馬 晉

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司 太原市 030032)

露石水泥混凝土路面具有雨天抗滑能力強(qiáng)、抗滑能力保持時(shí)間長(zhǎng)、交通噪聲低、減緩路面反光炫目等特點(diǎn)，因此，具有優(yōu)良的使用性能和廣闊的應(yīng)用前景。

1 露石水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.1 配合比設(shè)計(jì)原則

露石水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮普通混凝土滿足強(qiáng)度、耐久性、工作性和經(jīng)濟(jì)性要求的設(shè)計(jì)原則，又要考慮露石混凝土路面的特殊技術(shù)要求。

1.2 露石混凝土原材料

(1)水泥及水泥標(biāo)號(hào)：項(xiàng)目研究中采用普通硅酸鹽425R水泥和普通硅酸鹽525R水泥。

(2)集料的選擇：

粗集料：石料要有足夠的綜合力學(xué)強(qiáng)度以抵抗車輪荷載沖擊、剪切、磨耗等綜合作用；

細(xì)集料：應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、耐久、潔凈，并符合規(guī)定級(jí)配。

(3)外加劑：項(xiàng)目外加劑選用UNF-5型高效減水劑。

1.3 配合比設(shè)計(jì)步驟

2 露石混凝土路面抗滑與降噪性能

2.1 抗滑性能

本研究通過(guò)模擬試驗(yàn)，對(duì)磨耗后的試件測(cè)試構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、紋理、外觀等變化狀況，與普通混凝土對(duì)比分析不同表面特性的露石混凝土路面抗滑性能和耐磨耗性能的衰減情況。

試驗(yàn)采用經(jīng)改造的圓盤磨耗試驗(yàn)機(jī)，粒徑為0.3～0.6mm的標(biāo)準(zhǔn)石英砂作為磨料，試件尺寸為90mm×140mm×25mm。測(cè)試順序?yàn)椋杭y理深度測(cè)量、構(gòu)造深度(鋪砂法)測(cè)量、外觀比較、擺式摩擦值測(cè)定。

(1)構(gòu)造深度衰減：分析數(shù)據(jù)可得，露石混凝土初期構(gòu)造深度明顯大于刻槽混凝土。但露石混凝土表面磨耗后的衰減總體快于刻槽混凝土，試驗(yàn)并未充分體現(xiàn)露石混凝土實(shí)際使用時(shí)的磨耗情況，實(shí)際中衰減速度要遠(yuǎn)小于試驗(yàn)結(jié)果。而輪胎與刻槽混凝土表面的接觸范圍和模擬試驗(yàn)類似。

(2)耐磨損性衰減：通過(guò)對(duì)比本試驗(yàn)條件下各種混凝土的質(zhì)量損失可以看出，花崗巖露石混凝土的耐磨性要優(yōu)于石灰?guī)r和灰綠巖，相同材料的露石混凝土和刻槽混凝土未呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。

表1 露石混凝土與刻槽混凝土各項(xiàng)指標(biāo)衰減對(duì)比表

(3)摩擦系數(shù)衰減：由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，多次磨耗后不同試件的抗滑擺值均變化不大，不同石料試件的抗滑擺值均在700圈磨耗后有所減小。露石混凝土表面磨耗前的抗滑擺值大于刻槽混凝土，但磨耗后刻槽混凝土表面的抗滑擺值起伏變化較大?？梢?，兩者在車輛低速行駛時(shí)的抗滑性能差異不大。

(4)露石高度(刻槽深度)變化：由測(cè)試結(jié)果可知，露石混凝土露出集料在初期磨損較大，進(jìn)一步磨耗后露石高度的變化逐漸減緩。后續(xù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，花崗巖露石混凝土表面的露石高度在4200圈接近于0，而石灰?guī)r露石混凝土為1100圈，輝綠巖露石混凝土為1700圈?？梢姡瑧?yīng)采用耐磨性好的集料，可以有效保證露石混凝土路面的抗磨耗能力。

2.2 降噪性能

路面噪聲室內(nèi)測(cè)試分析：

本研究采用輪胎落下法(圖1)測(cè)試評(píng)價(jià)路面噪聲。試驗(yàn)采用普通小汽車輪胎(185/70813)，輪胎的氣壓為0.2N/mm2；測(cè)試試件為40cm×40cm×5cm的不同表面混凝土或?yàn)r青混凝土路面板。試件制作混合料包括水泥混凝土、露石混凝土、瀝青混凝土。采用輪胎下落法對(duì)每一塊試件進(jìn)行噪聲室內(nèi)測(cè)試，同時(shí)對(duì)每一塊試件進(jìn)行露石深度、構(gòu)造深度、露石度的測(cè)定。

圖1 輪胎落下法試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。本研究中露石度定義為：露石混凝土板在10cm×10cm表面范圍內(nèi)露出粗骨料顆粒(粒徑在5mm以上)的個(gè)數(shù)。

圖2 聲壓水平和構(gòu)造深度關(guān)系圖

圖3 聲壓水平與露石度關(guān)系圖

由圖2可見，輪胎以一定速度作用于試件表面，聲壓水平與構(gòu)造深度呈良好的二次函數(shù)關(guān)系，這種變化關(guān)系也反映了輪胎以一定速度作用于路面所產(chǎn)生空氣泵吸現(xiàn)象的嚴(yán)重程度隨著路面構(gòu)造深度大小而變化的規(guī)律。

由圖3可知，露石度與聲壓水平的關(guān)系呈反向拋物線趨勢(shì)變化，說(shuō)明路面紋理以聲壓水平為優(yōu)化目標(biāo)時(shí)，露石度在45～55范圍內(nèi)時(shí)，路面的輪胎落下噪聲較小。

2.3 耐久性

2.3.1集料與水泥砂漿的粘結(jié)

本項(xiàng)目對(duì)兩種水泥，采用水灰比0.45、0.42、0.40、0.38，水泥與砂的比例為1∶1.5，石灰?guī)r、輝綠巖、花崗巖三種石料，通過(guò)抗拉試驗(yàn)分析了不同因素對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

抗拉試驗(yàn)分別測(cè)定集料—水泥砂漿界面粘結(jié)抗拉強(qiáng)度和水泥砂漿的抗拉強(qiáng)度。兩種試驗(yàn)均用8字型試件，形狀如圖4所示。試件28d的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。

由表2知，當(dāng)石料品種一定時(shí)，水泥砂漿與石料的粘結(jié)強(qiáng)度隨著水灰比的減小而增大。水泥標(biāo)號(hào)越大，粘結(jié)強(qiáng)度越高。由表3可見：

(1)三種石料界面抗拉強(qiáng)度的差異來(lái)自于表面特性上，集料表面越破裂粗糙，越凹凸不平明顯，界面抗拉強(qiáng)度越高；

圖4 試件示意圖

水泥品種水灰比石料與水泥砂漿界面抗拉強(qiáng)度(MPa)水泥砂漿抗拉強(qiáng)度(MPa)42.5R52.5R0.450.892.120.421.1l2.300.401.612.750.381.704.240.421.564.05

表3 不同種類石料與水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度

(2)石料-砂漿界面粘結(jié)抗拉強(qiáng)度均低于水泥砂漿本身的抗拉強(qiáng)度，表明石料-砂漿界面為混凝土最薄弱的部位；

(3)對(duì)于同一種石料，界面粘結(jié)強(qiáng)度隨著水泥砂漿抗拉強(qiáng)度的提高而提高。

分析可得，為了提高露石混凝土路面露出集料與水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度，可以采用提高水泥標(biāo)號(hào)、減小水灰比、增大水泥用量等措施，同時(shí)選擇表面粗糙、顆粒有棱角的粗集料。

2.3.2抗凍性

通過(guò)凍融循環(huán)試驗(yàn)，結(jié)合試件質(zhì)量損失及試件表面外觀變化，評(píng)價(jià)露石混凝土的抗凍性。

表4 不同凍融次數(shù)下的試件累計(jì)質(zhì)量損失率

可以看出，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試件的質(zhì)量損失率不斷增大，刻槽混凝土試件的質(zhì)量損失率明顯大于露石混凝土試件，表明凍融作用對(duì)刻槽混凝土的影響大于露石混凝土；不同粗集料種類對(duì)露石混凝土抗凍性的影響不大；在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，NaCl鹽溶液中的試件質(zhì)量損失率大于水中試件，可見，NaCl鹽溶液會(huì)加劇水泥路面的凍融破壞。

從試件外觀變化看，當(dāng)試件經(jīng)過(guò)20次凍融循環(huán)后，NaCl鹽溶液中的刻槽混凝土試件的表面砂漿已經(jīng)嚴(yán)重剝落，粗集料露出，而露石混凝土試件表面損失很小；經(jīng)過(guò)40次凍融循環(huán)后，刻槽混凝土試件的表面砂漿層嚴(yán)重剝落，粗集料完全暴露；而露石混凝土試件表面仍沒(méi)有出現(xiàn)破損現(xiàn)象?？梢姡妒炷辆哂辛己玫目箖鲂?，且明顯優(yōu)于刻槽混凝土。

2.3.3耐磨損性

本研究采用圓盤磨耗試驗(yàn)方法，采用9.15cm×5.35cm×2.5cm露石混凝土試件，在磨盤上不斷撒鋪石英砂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)磨耗，測(cè)定在旋轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)后單位面積上的質(zhì)量磨耗損失(g/m2) 。

耐磨指標(biāo)為：

(1)

式中： Q—單位面積的磨耗量，g/m2；

m1—試件原始質(zhì)量，g；

m2—試件磨損后的質(zhì)量，g；

A—試件磨耗面積，A=0.0915× 0.0535m2。

圖5 不同試件表面的磨耗損失率

由圖5可知，輝綠巖和花崗巖露石混凝土的耐磨性明顯優(yōu)于其他混凝土?？梢?，粗集料性質(zhì)對(duì)露石混凝土的耐磨性有明顯影響，在配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)予以重視。

2.3.4防眩特性

本研究采用光學(xué)試驗(yàn)測(cè)量試板的散射系數(shù)，并與光學(xué)試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)鎂板的散射系數(shù)進(jìn)行比較，分析不同路面的反光性能。測(cè)量中分為三種方式：

(2)r2=r1，R2=113cm，φ2=21°，θ1=θ2；

(3)r3=r1，R3=99cm，φ3=φ2，θ3=45°。

其中對(duì)照板鎂板的散射系數(shù)為K=0.85，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 路面散射系數(shù)測(cè)量結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，傳統(tǒng)施工工藝的普通混凝土的散射系數(shù)為0.35，而露石混凝土散射系數(shù)平均在0.26左右，甚至更小。這表明，露石混凝土在反光性能上有了很大改善。暗綠色的輝綠巖比白顏色的石灰?guī)r更能吸收光線，使反射光的強(qiáng)度減弱。

3 露石混凝土路面施工工藝

露石混凝土施工工藝流程大部分與普通混凝土路面相同。

露石劑噴灑過(guò)程是露石混凝土施工工藝的關(guān)鍵之一，也是與普通混凝土施工工藝不同點(diǎn)之一。露石劑的噴灑量必須嚴(yán)格控制，每次噴灑前，要嚴(yán)格稱量露石劑的重量，并測(cè)量好噴灑的面積。露石劑必須噴灑均勻，噴灑后面層表面的露石劑顏色一致(呈淡蘭色)。

露石混凝土刷洗：露石混凝土養(yǎng)護(hù)到適宜刷洗時(shí)間后，揭去塑料薄膜，對(duì)混凝土表面進(jìn)行刷洗，除去表面砂漿以露出集料。在進(jìn)行大面積刷洗之前，先要進(jìn)行小面積試刷洗，最佳刷洗深度露石高度為1.5mm。

4 露石混凝土路面施工質(zhì)量控制

本節(jié)主要介紹施工過(guò)程中露石混凝土與普通混凝土不同之處的施工質(zhì)量控制措施。

(1)混凝土澆注

露石混凝土須分為兩層鋪筑，表層露石混凝土厚度4～5cm?！皾窠訚瘛彪p層鋪筑混凝土可以提高路面的表面功能及其持久性，同時(shí)可以降低路面造價(jià)。

施工步驟：先鋪筑下層混凝土，間隔20～40min左右，進(jìn)行上層混凝土鋪筑，隨后振搗、整平、飾面、噴灑露石劑、覆蓋塑料膜進(jìn)行第一次養(yǎng)生，之后刷洗、第二次養(yǎng)生等。路面雙層鋪筑施工時(shí)，上層振搗過(guò)程中需注意控制混凝土的提漿厚度約為1～2mm。同時(shí)，整平過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制上層的平整度，這是保證露石效果的關(guān)鍵。

(2)露石劑噴灑

混凝土收水抹面后，要準(zhǔn)確把握露石劑噴灑時(shí)間。噴灑時(shí)力求均勻，噴灑用量計(jì)量準(zhǔn)確。噴灑后混凝土表面顏色均勻，對(duì)于模板邊緣處用量可以稍微加大。噴灑后約10min及時(shí)覆蓋塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

(3)露石混凝土刷洗

混凝土刷洗時(shí)間控制的是否適宜，是露石混凝土施工工藝的關(guān)鍵。本研究通過(guò)“刷洗標(biāo)志”試驗(yàn)和“成熟度”試驗(yàn)來(lái)確定刷洗時(shí)間。

影響刷洗時(shí)間的各種可能因素歸結(jié)為材料和環(huán)境下兩大方面。影響露石混凝土路面刷洗時(shí)間的因素主要為溫度。把合適刷洗時(shí)刻的成熟度M定義為溫度T與適宜刷洗時(shí)間t之乘積，即：M=T×t(℃·hrs)。

由圖6可以看出，對(duì)同一標(biāo)號(hào)水泥，溫度越高，適宜刷洗時(shí)所需的成熟度值越大，當(dāng)溫度超過(guò)一定值(30℃)后，成熟度隨溫度變化小。在相同溫度下，標(biāo)號(hào)高的水泥其混凝土成熟度較短。對(duì)試驗(yàn)用的水泥，成熟度在300～450(℃·hrs)范圍之內(nèi)。

圖6 溫度與成熟度關(guān)系曲線

露石混凝土沖洗前先進(jìn)行小面積的試沖。沖洗過(guò)程中需注意的是一定要把露出的石料表面沖洗干凈，且在路面干燥之前禁止踩踏，以避免將浮漿粘到石料表面，影響路面的美觀。

5 小結(jié)

(1)從露石混凝土的抗滑性能、降噪性能、集料與水泥砂漿的粘結(jié)、抗凍耐久性、防眩特性等方面分析了露石混凝土路面的路用性能。

(2)提出了露石混凝土路面施工技術(shù)及其質(zhì)量控制方法，為實(shí)際工程提供了依據(jù)。