蔡正森，李善強(qiáng)，許新權(quán)，吳傳海

（1.廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420；2.公路交通安全與應(yīng)急保障技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，廣東 廣州 510420）

在我國，水泥混凝土由于其所具有的強(qiáng)度大、 穩(wěn)定性及耐久性好、施工技術(shù)已經(jīng)成熟等特點得到了道路和機(jī)場道面的廣泛應(yīng)用［1-2］。截止2016年12月，全國公路水泥混凝土路面里程超過225萬km，占全部路面類型的47.9%；我國80%的機(jī)場道面采用的是水泥混凝土鋪裝形式［3］。

機(jī)場道面施工一般有隸屬于機(jī)場管理處專門的施工養(yǎng)護(hù)團(tuán)隊，人員流動小。考慮到飛機(jī)造價高昂，施工多注重施工質(zhì)量，力求使道面表面平整度高，單個作業(yè)面的日平均施工量約500 m3。道面紋理豐富，抗滑性能優(yōu)越。而公路水泥混凝土路面施工多是社會上臨時拼湊的團(tuán)隊，人員流動大，在進(jìn)行施工時多注重施工效率，追求施工進(jìn)度，單個作業(yè)面的日平均施工量約為800 m3，使用滑膜攤鋪機(jī)進(jìn)行施工時，單個作業(yè)面的日平均施工量甚至超過1 100 m3。反映在施工工藝及設(shè)備上，機(jī)場道面施工使用更加靈活的人工滾筒收面施工機(jī)械，根據(jù)多年施工經(jīng)驗，引入整平振動提漿梁，修筑的道面干凈整潔。缺點是施工技術(shù)閉塞，施工機(jī)械老舊，多不使用混凝土外加劑，道面表面功能結(jié)構(gòu)層易起砂、揚(yáng)塵。而公路水泥混凝土路面多采用一體化、全自動施工機(jī)械。缺點是鋪筑出的路面平整度差、抗滑耐久性差［4］，施工效果較為粗糙。

1 鋪裝工藝對比

1.1 原材料及混凝土配合比

根據(jù)現(xiàn)場考察，公路水泥混凝土路面與機(jī)場水泥混凝土道面施工用的水泥、水、砂、骨料等材料并無本質(zhì)區(qū)別。目前公路水泥混凝土項目在進(jìn)行配合比設(shè)計時已經(jīng)普遍使用減水劑，與之不同的是，機(jī)場項目普遍不使用減水劑、引氣劑等外加劑。佛山機(jī)場某項目道面與山西某項目隧道混凝土配合比設(shè)計對比情況，見表1。

表1 混凝土配合比設(shè)計表Table 1 Concrete mix design table

通過表1數(shù)據(jù)，可以計算出該機(jī)場道面項目使用配合比的水灰比為0.44，砂率為24%。根據(jù)配合比設(shè)計資料，選用的細(xì)骨料較多，且不使用外加劑，考慮混凝土施工和易性，水灰比適當(dāng)提高，同時為了降低集料比表面積，進(jìn)行配合比設(shè)計時降低砂率。而隧道路面混凝土配合比因為使用高效減水劑，故混凝土砂率為38%，水灰比僅為0.31。兩者相比水灰比相差0.13。

機(jī)場道面為保證混凝土到場和易性，后場拌和時間設(shè)定為60 s。從后場拌合站調(diào)查來看，由于未使用減水劑和引氣劑等外加劑，混凝土流動性能一般，出機(jī)呈干硬性狀態(tài)，使用后八輪裝卸車接料時，可以看出明顯的堆峰現(xiàn)象，混凝土出機(jī)狀態(tài)見圖1。

文獻(xiàn)［5］通過對比試驗，系統(tǒng)介紹了外加劑對混凝土性能提升的重要作用：能改善混凝土漿體內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)及孔徑分布，提高混凝土的密實性；通過外加劑內(nèi)部緩凝組分，延緩水泥的水化放熱階段（特別是誘導(dǎo)期）時間，從而降低混凝土單位時間放熱量，減少混凝土收縮變形幅度，提高混凝土抗裂性能和體積穩(wěn)定性，減少混凝土內(nèi)部缺陷；同時，通過添加礦物外加劑組分，還可不同程度地提高混凝土抗碳化、抗凍性能、抗氯離子侵蝕能力和鋼筋保護(hù)能力，提高混凝土的耐久性。

圖1 混凝土出機(jī)后堆峰現(xiàn)象Figure 1 Peak phenomenon after concrete exit

機(jī)場水泥混凝土道面相較于公路水泥混凝土路面，由于通航交通量小，鋪筑完成后大多是經(jīng)過20 a以上才會考慮進(jìn)行大修。特別是處于寒帶凍融頻繁區(qū)和東南沿海降雨量大、氣候變化幅度大地區(qū)的水泥混凝土道面，隨著使用時間的逐年增加，道面表面結(jié)構(gòu)功能層逐漸自然老化，出現(xiàn)起砂起塵現(xiàn)象。在飛機(jī)的輪載沖擊作用下，路表砂粒容易揚(yáng)起并在發(fā)動機(jī)的吸附作用下被吸入發(fā)動機(jī)內(nèi)部，存在安全隱患。因此，在機(jī)場道面混凝土配合比中加入外加劑，特別是礦物外加劑是十分有必要的。

1.2 現(xiàn)場施工工藝

1.2.1 混凝土布料工藝

機(jī)場道面的施工，與公路水泥混凝土路面的三輥軸鋪筑相似之處是同樣使用鉤機(jī)布料，排振振搗密實，再使用專門設(shè)備提漿、收面。文獻(xiàn)［6］介紹了堆狀布料（見圖2）和找平式布料兩種布料方式，在進(jìn)行布料施工時，經(jīng)過考察，由于是進(jìn)行露天施工，為減少混凝土與空氣的相對接觸面積，防止混凝土水分散失過快，機(jī)場道面多采用找平式布料形式 （見圖3），布料松鋪系數(shù)在1.25左右。

圖2 公路水泥混凝土路面混凝土布料施工Figure 2 Concrete pavement concrete cloth construction

圖3 機(jī)場道面混凝土布料施工Figure 3 Airport pavement concrete fabric construction

1.2.2 混凝土振搗收面工藝

機(jī)場道面鋪裝與常見公路水泥混凝土路面的三輥軸鋪筑不同之處，第一是提漿設(shè)備不同，該項目混凝土道面修筑時未采用一體化三輥軸施工（見圖4），經(jīng)過多年施工總結(jié)，在混凝土振搗密實后，使用單根木質(zhì)、底面鑲有鋼板、振動功率為1.1 kW的全幅式整平振動提漿機(jī) （見圖5）將混凝土表面進(jìn)行第一次提漿收面，后續(xù)由人工手工拖動兩根鋼制滾筒進(jìn)行路面二次整平提漿，再由工人在工作橋上使用抹子進(jìn)行第三次整平收面。

圖4 公路水泥混凝土路面三套滾筒整平提漿機(jī)Figure 4 Three sets of drum leveling and pulping machine for cement concrete pavement

圖5 機(jī)場道面整平提漿機(jī)Figure 5 Flat surface leveling machine for airport pavement

相較于路面施工時全自動的三套滾筒整平提漿收面一體化施工工藝，機(jī)場道面施工時由于排振后又增加一道整平提漿工序，在后續(xù)進(jìn)行人工兩套滾筒 （見圖6）整平收面時，混凝土表面砂漿層厚度已經(jīng)達(dá)到3～5 mm，使得混凝土表面易于進(jìn)行收面施工。反觀公路水泥混凝土路面施工過程，由于缺少整平提漿機(jī)械，進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計時又追求低水灰比，在到場混凝土和易性出現(xiàn)波動時，為了追求施工進(jìn)度，往往采用向混凝土表面灑水，強(qiáng)行進(jìn)行提漿和收面的行為，不僅使得整個施工過程變得更繁瑣，受到灑水的影響，混凝土表面局部水灰比被放大，表層砂漿黏聚性降低，在后期使用過程中極易出現(xiàn)脫皮和露骨等病害。

圖6 人工拖動收面滾筒Figure 6 Manually dragging the roller

人工滾筒操作的特點是更靈活，但相較于全自動一體機(jī)械化施工，容易造成表面收漿不均勻等問題，使得成型后的混凝土道面表面砂漿層厚度出現(xiàn)一定差異，在道面后期使用過程中容易出現(xiàn)局部砂漿層較薄的位置出現(xiàn)起砂和露骨的現(xiàn)象。

1.2.3 混凝土表面拉毛工藝

研究［7-8］表明，路面微觀構(gòu)造在抗滑中擔(dān)負(fù)更大作用。因此，為保證路面的微觀構(gòu)造，在進(jìn)行完收面工序后，一般公路水泥混凝土路面會使用不短于5 m長的粗麻袋進(jìn)行拉毛工序 （見圖7），進(jìn)行路面表面粗糙化處理；而機(jī)場道面大多采用塑料排刷 （見圖8）進(jìn)行拉槽，以增加道面的表面粗糙化處理。

圖7 路面拉毛麻袋Figure 7 Pavement of the road surface

圖8 道面拉槽排刷Figure 8 Drainage of the road surface

影響水泥混凝土表面粗糙化處理結(jié)果的因素眾多，除了施工時混凝土因為配合比不同，表面漿體差異外；混凝土施工方式中的振搗及收面方式不同，也使施工結(jié)果存在一定的差異。但從混凝土面最終的施工效果看，硬排刷拉槽工藝產(chǎn)生的粗糙度效果最佳。因為粗麻袋拉毛施工是一個連續(xù)過程，麻袋接觸混凝土表面的部分本身的會隨著施工過程被細(xì)小的水泥砂漿填充滿，并且由于麻袋片面積巨大，施工過程蒸發(fā)劇烈，實時吸收收面后的混凝土表面水分，降低表層砂漿的流動性，最終使麻袋的拉毛深度變淺 （見圖9），拉毛效果變差。使用塑料質(zhì)地的硬排刷進(jìn)行水泥混凝土表面拉槽施工則不會存在此類問題，由于使用專人進(jìn)行該項操作，每次拉槽結(jié)束都會清理排刷表面粘連砂漿，使得拉槽效果均勻 （見圖10）。

圖9 麻袋底部Figure 9 Bottom of the sack

圖10 排刷拉槽效果Figure 10 Row brushing effect

1.2.4 清掃邊角及切縫工藝

為了保證道面施工美觀，縱縫搭接順暢，收面后使用專門的毛刷對道邊進(jìn)行清掃 （見圖11），保持道面施工整潔美觀。反觀公路水泥混凝土路面施工，為了追求施工進(jìn)度，在混凝土面板搭接處處理相對粗糙 （見圖12）。

飛機(jī)降落滑行時，速度介于200～300 km／h，一個小小的顛簸，就可能造成飛機(jī)起降桿的損傷，為使道面整體平順，避免飛機(jī)起降時顛簸，使道面整體規(guī)整清潔，每一條橫縫都是必須經(jīng)過精心地標(biāo)定。為了防止水泥混凝土面板出現(xiàn)收縮裂縫，保證混凝土面板的整體強(qiáng)度，切縫深度大于板厚的三分之一。切縫見圖13和圖14。

圖11 掃除邊角砂漿的專用毛刷Figure 11 Special brush for sweeping corner mortar

圖12 路面邊角處理Figure 12 Pavement corner treatment

圖13 切縫前預(yù)先彈線Figure 13 Pre-elastic line before slitting

圖14 切縫效果Figure 14 Slit effect

1.3 其他施工要點

公路水泥混凝土路面和機(jī)場道面大多都是露天施工，尤其是夏季施工時，陽光直接照射，混凝土道面溫度可以達(dá)到60℃。特別是道路施工，隨著公路逐漸往山區(qū)延伸，山區(qū)公路鋪設(shè)期間受小氣候影響頻繁，陰晴雨雪時而交替發(fā)生。因此，為了防止高溫或降雨對道面鋪筑的干擾，制備專用可移動的遮陽棚 （見圖15）非常有必要。

圖15 可移動遮陽棚Figure 15 Movable shade shelter

2 刻槽工藝對比

2.1 槽型

槽寬：機(jī)場道面刻槽采用上邊寬度為6.0 mm，下部寬度為3.2 mm，深度為5.5 mm的梯形槽。與之相比較，公路路面刻槽施工通常采用寬度在3～5 mm，深度在3～6 mm的矩形槽 （見圖16）。經(jīng)工程實踐及相關(guān)研究［8］表明，槽寬＞5.0 mm時，對路面降噪和改善路面平整度不利；槽深＜2.0 mm時，路面刻槽磨損壽命大大增加，抗滑耐久性會降低。

槽間距：機(jī)場道面刻槽采用37.5 mm的槽間距。與之相比較，為使施工方便且保證刻槽耐久性，公路路面刻槽施工通常采用15～30 mm的槽間距。

板邊距：機(jī)場刻槽邊緣，距離道面邊板的距離在60～150 mm范圍內(nèi) （見圖17）；而道路刻槽一般采用滿刻的形式。

道路一般是呈條帶狀的構(gòu)筑物，沿道路中線延伸，縱斷面高程具有一定的變化。在雨水環(huán)境條件下，通過路面本身的紋理以及道路橫坡和道路縱斷面起伏變化，易于將道路表面存水排出路外，從而降低路面表面水膜厚度。機(jī)場道面與公路水泥混凝土路面不同之處是機(jī)場基本都是連成一片的整體，盡管施工時會設(shè)置一定的道面橫坡，但相較于路面排水能力，依然難以在雨天快速將道面表面落雨排出道面表面。因此，為了更加快速排出道面積水，特地采用間距較大的槽寬。

圖16 隧道里面刻槽效果Figure 16 Grooving effect inside the tunnel

圖17 刻槽效果Figure 17 Grooving effect

2.2 刻槽機(jī)械

經(jīng)考察對比了解到，機(jī)場道面的刻槽機(jī)械與公路路面刻槽機(jī)械并無太大不同，均采用自行式刻槽機(jī) （見圖18和圖19）。公路水泥混凝土路面刻槽有等間距槽和非等間距槽之分，其中非等間距槽主要是通過降低或抵消車輛行駛時輪胎與路面接觸時的振動頻率疊加和泵吸效應(yīng)疊加，從而降低車輛行駛時產(chǎn)生的噪音。等間距刻槽機(jī)與機(jī)場道面刻槽機(jī)械基本相同，不等間距刻槽工藝的刻槽機(jī)采用的刻槽鼓寬度為40 cm，安裝15個不等間距的刀片；機(jī)場道面施工的刻槽機(jī)械采用的是刻槽鼓寬度為60 cm，安裝20個等間距刀片。

圖18 隧道路面刻槽施工Figure 18 Tunnel pavement groove construction

圖19 機(jī)場道面刻槽施工Figure 19 Airport pavement groove construction

兩種刻槽工藝雖然均采用自行式刻槽機(jī)械進(jìn)行施工，但公路水泥混凝土路面刻槽施工大多采用在混凝土面板上彈出刻槽刀鼓行走的區(qū)域 （見圖20），由工人推行刻槽機(jī)械進(jìn)行施工，忽略了刻槽機(jī)自行走功能；而機(jī)場道面與之不同，在道面水泥混凝土板中間位置布設(shè)定位彈線 （見圖21），采用布設(shè)行走軌道，刻槽機(jī)自行推進(jìn)的方式進(jìn)行施工。

圖20 路面刻槽定位彈線Figure 20 Road surface grooved positioning line

圖21 道面面板刻槽定位彈線Figure 21 Road surface plate grooved positioning line

將兩種施工方式進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)采用不布設(shè)刻槽機(jī)自行導(dǎo)軌，僅僅依靠施工人員的經(jīng)驗將刻槽機(jī)推行刻槽，往往會因為施工人員的工藝水平差異，出現(xiàn)槽深不夠設(shè)計要求或刻槽深淺不一，刻槽起點位置反向接槽出現(xiàn)錯位 （見圖22）等現(xiàn)象，導(dǎo)致刻槽施工效果不夠理想。而采用布設(shè)導(dǎo)軌，依靠刻槽機(jī)自行性能，由于刻槽機(jī)械配重恒定，行走速率恒定，使得刻出的槽深度統(tǒng)一。并且由于布設(shè)定向到軌，能保證刻出的槽順直 （見圖23）。

圖22 刻槽起點位置反向接槽錯位Figure 22 The groove groove is offset from the starting position of the groove

圖23 機(jī)場道面刻槽紋理順直Figure 23 The groove pattern of the airport channel is straight

根據(jù)文獻(xiàn)，在降雨天氣下，水泥混凝土表面會形成一層水膜，因輪胎與地面之間不能完全排除路表水，會出現(xiàn)車輛或飛機(jī)在水膜上行駛的現(xiàn)象［9］。這時機(jī)輪與混凝土表面的直接接觸受到妨礙，使摩擦系數(shù)減小。道面潮濕時，輪胎的接地面內(nèi)只有一部分能夠直接與水泥混凝土面接觸，其余部分是通過水膜接觸水泥混凝土表面的。當(dāng)在有水膜的道面上行駛時，速度越快，水膜介入的部分越大，摩擦系數(shù)越低，越容易導(dǎo)致輪胎在水上飄滑而引發(fā)安全事故［10-14］。路面刻槽起點位置反向接槽錯位使得本應(yīng)順直的槽型，在路面板邊緣位置被阻斷。造成的后果一則會使路面在有積水是排水不暢；二則由于接槽錯位，使得設(shè)計好的槽間距發(fā)生變化。根據(jù)文獻(xiàn)［9］，在車輛高速行駛時，槽間距過小，易發(fā)生類似啃邊、掉邊等病害。過窄的槽間距，還易造成路面局部區(qū)域抗滑性能不足，產(chǎn)生交通安全隱患。

3 表面抗滑性能檢測結(jié)果

3.1 擺值

在機(jī)場道面施工結(jié)束，還未進(jìn)行刻槽施工前，對機(jī)場道面進(jìn)行抗滑擺值測試，繪制測試均值結(jié)果對比見圖24。

圖24 擺值測試對比Figure 24 Comparison of BPN

根據(jù)圖24，在順紋位置的抗滑擺值為76，橫紋位置的抗滑擺值為92。證明道面在刻槽工序之前，機(jī)場道面已經(jīng)具有優(yōu)良的抗滑性能。隧道路面刻槽擺值測試在順紋位置僅為62，橫紋位置為74。相比之下，機(jī)場道面拉槽法對抗滑性能提升更加顯著。由于刻槽后的擺值數(shù)據(jù)未采集，暫不做評論。

3.2 構(gòu)造深度

構(gòu)造深度是新建混凝土項目施工質(zhì)量檢驗的一項重要指標(biāo)，主要用來表征混凝土表面紋理特征。使用鋪砂法測試公路水泥混凝土路面和機(jī)場道面構(gòu)造深度數(shù)據(jù)，繪制測試均值結(jié)果對比見圖25。

圖25 不同處理方式表面構(gòu)造深度對比Figure 25 Surface contrast depth comparison of different treatment methods

根據(jù)圖25新建道面拉槽后表面構(gòu)造深度為0.75 mm，達(dá)到設(shè)計要求的0.6～0.8 mm范圍之內(nèi)，證明道面在進(jìn)行刻槽前已經(jīng)具備良好的表面紋理 （見圖26）；新建公路水泥混凝土路面拉毛后表面構(gòu)造深度測試結(jié)果為0.58 mm，為滿足路面抗滑構(gòu)造要求，必須進(jìn)行路面刻槽，增加表面宏觀構(gòu)造。就增加水泥混凝土表面微觀紋理構(gòu)造的施工方法來說，事實證明機(jī)場道面采用的拉槽手法效果顯著，推薦公路水泥混凝土路面施工時也進(jìn)行此道工序。

圖26 道面具有豐富的表面紋理Figure 26 Has a rich surface texture

4 結(jié)論

a.機(jī)場道面施工一般有隸屬于機(jī)場管理處專門的施工養(yǎng)護(hù)團(tuán)隊，人員流動小?？紤]到飛機(jī)造價高昂，施工多注重施工質(zhì)量，力求使道面表面平整度高，缺點是施工技術(shù)閉塞、施工機(jī)械老舊，多不使用混凝土外加劑，道面表面功能結(jié)構(gòu)層易起砂、揚(yáng)塵。而公路水泥混凝土路面施工多是社會上臨時拼湊的團(tuán)隊，人員流動大，在進(jìn)行施工時多注重施工效率，追求施工進(jìn)度，缺點是鋪筑出的路面平整度差、抗滑耐久性差、施工效果較為粗糙。

b.粗麻袋拉毛施工是一個連續(xù)過程，但隨著施工時間延長，拉毛紋理逐漸變淺，拉毛效果逐漸變差；使用塑料質(zhì)地的硬排刷進(jìn)行水泥混凝土表面拉槽施工，定期清理排刷表面粘連砂漿，拉槽效果均勻且深度適宜。在刻槽工序之前，機(jī)場道面已經(jīng)具有優(yōu)良的抗滑性能和豐富的表面紋理。而隧道路面拉毛工藝的刻槽擺值測試低于拉槽工藝，路面構(gòu)造深度需后續(xù)刻槽才能滿足抗滑構(gòu)造要求。就增加水泥混凝土表面抗滑性能和表面微觀紋理構(gòu)造的施工方法來說，推薦公路水泥混凝土路面施工時也進(jìn)行此道工序。

c.將兩種施工方式進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)采用布設(shè)刻槽機(jī)自行導(dǎo)軌，依靠刻槽機(jī)自行性能，由于刻槽機(jī)械配重恒定，行走速率恒定，使得刻出的槽深度統(tǒng)一。并且由于布設(shè)定向到軌，能保證刻出的槽順直。