許新水

(廣東交科檢測有限公司，廣州 510550)

0 引言

沈陽至?？诟咚俟飞俏碴懾S至深圳龍崗段(簡稱深汕西高速公路)是聯(lián)系珠三角核心區(qū)與粵東的交通要道，也是通往福建等東部沿海地區(qū)的省際通道。深汕西高速公路于1996年建成通車，部分路段采用水泥混凝土路面，后于2008年進行大修加鋪瀝青混凝土面層。隨著交通量不斷增大，雙向四車道公路已經(jīng)不能滿足車輛通行需求，因此于2019年進行改擴建施工。該路段原路面結(jié)構層中充當基層角色的水泥混凝土路面，在對應的擴建路側(cè)采用RCC基層進行拼接處理。國內(nèi)RCC的應用最早可追溯到上個世紀80年代，由交通部公路科學研究院與安徽省公路設計院合作進行研究、鋪筑10余km試驗段。在廣東省僅廣梧高速公路、云羅高速公路、廣樂高速公路、梅大高速公路等新建高速公路工程進行應用，約300km。關于RCC的路用性能，相關文獻[1-3]也指出其具有強度高、承載能力大等特點，并且可有效提高基層的強度和抗沖刷能力，在公路改擴建工程中采用RCC基層，可以保證與原混凝土路面的剛度相匹配，有利于向瀝青面層提供更為均勻的承載能力。

本文對深汕西高速公路改擴建TJ5合同段RCC基層的原材料、配合比、施工質(zhì)量控制進行統(tǒng)計分析，并對其驗收的關鍵指標彎拉強度與芯樣劈裂強度進行了回歸分析，供類似工程參考。

1 原材料試驗與配合比設計

1.1 原材料

(1)水泥為惠州塔牌P.0.42.5(緩凝型)普通硅酸鹽水泥，檢測結(jié)果見表1。

表1 水泥物理性能

(2)粗集料來源于項目的1#碎石加工廠，機制砂來源于機制砂生產(chǎn)線，其檢測結(jié)果見表2和表3。

表2 粗集料主要技術指標

表3 機制砂主要技術指標

1.2 配合比設計

根據(jù)相關文獻[1]，高速公路碾壓混凝土的配合比使用正交試驗綜合設計方法，以滿足其彎拉強度、保證工作性和耐久性的要求后，盡可能地經(jīng)濟，因此，本文采用正交試驗方法進行配合比設計。

1.2.1 設計要求

以28d抗彎拉強度指標作為RCC試驗配合比設計指標，設計要求28d抗彎拉強度不小于3.5MPa。施工過程中，7d抗壓強度按12MPa控制；工作性以改進的VC值評定，其值控制在30±5s。

1.2.2 配合比試驗及選定

RCC配合比計算采用絕對體積法。通過正交試驗分析，綜合設計得出最優(yōu)的級配、水泥和用水量，根據(jù)公式計算其強度為4.3MPa。

1.2.2.1 正交試驗

根據(jù)集料篩分結(jié)果，設計了三個級配,見表4。

表4 粗細集料合成級配

表5 水平因素

1.2.2.2 試驗結(jié)果分析及配合比的選定

根據(jù)選定的級配、單位水泥用量及用水量，分別制備碾壓混凝土并測定其改進VC值，按照壓實度98%進行成型試件，脫模后按照規(guī)范要求進行養(yǎng)生至相應齡期，進行抗彎拉強度及抗壓強度試驗。試驗結(jié)果見表6。

表6 正交試驗分析

從試驗結(jié)果可以得出，在滿足改進VC要求的同時，6號配合比的強度指標最好，即：2#級配，240 kg/m3的水泥用量，110kg/m3的用水量；但4號配合比的經(jīng)濟性優(yōu)于6號配合比，即：2#級配，220kg/m3的水泥用量,115kg/m3的用水量，其和易性、強度指標均滿足要求。

從表6可以看出,影響VC值的因素順序為：級配>水泥用量>用水量，這也間接地說明級配及水泥用量是影響和易性的主要因素。影響7d抗壓強度的因素排序為：級配>水泥用量>用水量；影響28d彎拉強度的因素排序為：級配>用水量>水泥用量。說明不同因素對不同齡期的強度影響也不相同。

2 施工控制

碾壓混凝土基層的施工工序：拌合→運輸→攤鋪機攤鋪(攤鋪前植入拉桿)→碾壓→養(yǎng)生→切縫、清縫→灌縫。本文根據(jù)實體工程應用情況，總結(jié)施工質(zhì)量的控制要點。

2.1 拌和

根據(jù)配合比設計得出影響混合料質(zhì)量的重要控制指標為級配、水泥及用水量，其中用水量直接決定了其改進VC值的大小。針對用水量控制需要從拌料前開始，拌合前檢測各料倉集料的含水率，根據(jù)檢測結(jié)果填寫配合比通知單并下達拌和站，出料后立即檢測其實際的含水率、水泥用量及混合料級配。為精準控制生產(chǎn)過程中的含水率，對拌合站進行相關改造，在拌缸出口輸送帶位置安裝含水率探頭，結(jié)合主控系統(tǒng)，對混合料實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整用水量(圖1)。在混合料運輸過程中覆蓋篷布，防止水分蒸發(fā)。

圖1 變頻補水裝置

2.2 攤鋪

RCC基層厚度設計為26cm，經(jīng)過試驗段得出其松鋪系數(shù)為1.3；攤鋪前在新舊路面交界處植入拉桿，用于改善新舊板錯動和防止縱縫擴大。后采用全自動水泥漿灑布車對下承層灑布水泥漿，其水與水泥的比例為2:1、灑布量為1.5kg/，用來改善層間粘結(jié)強度，如圖2所示。

圖2 攤鋪前對工作面的處理

攤鋪時為避免產(chǎn)生縱向冷縫，采用兩臺攤鋪機成梯隊進行連續(xù)攤鋪，其單臺功率為180kW，滿足施工需求。但由于松鋪厚度大，攤鋪時粗集料易向前滑落，造成粗、細集料分布不均勻，形成了豎向離析帶。為解決此問題，對攤鋪設備進行局部改進，布料器前方加設擋料板、分動箱安裝分料板(圖3)。攤鋪時控制前擋料板與下承層的間距盡可能地低于1cm，并保持混合料高于螺旋布料器2/3以上。通過改造攤鋪機，有效解決了縱向離析帶的問題，如圖4所示。

圖3 攤鋪機改造

圖4 RCC攤鋪

2.3 碾壓

碾壓是施工過程中質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)之一。在拌合、攤鋪過程中保證混合料均勻后，密實度大小是影響其強度的主要因素。RCC結(jié)構層厚度比一般的基層厚，適當提高初始壓實度(攤鋪后的壓實度)可有效降低碾壓時對混合料推移形成的波浪；在正式碾壓時應遵循先輕后重、先低后高的碾壓順序，以此減少碾壓對混合料的推移。根據(jù)試驗段總結(jié)比較適宜的碾壓組合為：13t雙鋼輪初壓1～2遍+26t單鋼輪復壓3遍以上(以滿足壓實度為終止條件)+13t雙鋼輪終壓1～2遍收面。新舊路面拼接處因空間狹小，需同步采用小噸位的壓路機進行補壓，以保證其密實度，同時杜絕快速啟動、緊急剎車，且嚴禁設備在施工面掉頭。

2.4 養(yǎng)生

碾壓混凝土基層經(jīng)檢測合格后應立即覆膜養(yǎng)生，養(yǎng)生薄膜相互搭接長度建議大于20cm,并用砂袋進行輔助壓邊(圖5)。養(yǎng)生期間需保持工作面的潮濕，在7d的養(yǎng)生期間，除補水車外，禁止其它車輛通行。

圖5 覆膜養(yǎng)生

2.5 切縫、清縫與灌縫

施工完成后，結(jié)合日平均氣溫及晝夜溫差確定合適的切縫時間，一般養(yǎng)生后24～48h左右進行，以免因強度上升后產(chǎn)生收縮裂縫。正式切縫時，應充分考慮10m的間距以及與舊路面板縫對齊，同時縫深應大于鋪筑層后的1/4，且大于70mm，縫寬宜為5～8mm。切縫時產(chǎn)生的灰漿，需立即清理。養(yǎng)生結(jié)束、再次進行清縫后，采用70#道路石油瀝青灌縫處理。

圖6 切縫深度與芯樣

3 劈裂與彎拉強度

《公路水泥混凝土路面施工技術細則》(JTG/T F30-2014)僅提供了二級及二級以下公路的芯樣劈裂與標準小梁彎拉強度的統(tǒng)計公式，對高速公路、一級公路并未提供，但規(guī)范中也提到高速公路、一級公路應采用各自工程的統(tǒng)計公式[4-5]。因此，對工程實際使用的配合比芯樣劈裂、標準小梁強度進行了統(tǒng)計。

3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

在施工時采集3d、7d、14d、28d的芯樣劈裂強度及對應的小梁彎拉強度結(jié)果后進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，剔除特異值，最終統(tǒng)計出相應結(jié)果[6-10]，見表7。

表7 芯樣劈裂與標準小梁彎拉強度

3.2 擬合曲線

采用表7中的強度統(tǒng)計結(jié)果，對不同齡期的劈裂強度與標準小梁強度、芯樣劈裂強度與齡期分別進行統(tǒng)計分析，得出相應的統(tǒng)計公式及相關系數(shù)R2，如圖7～圖8所示。

圖7 劈裂強度與標準小梁強度關系

圖8 芯樣劈裂強度與齡期關系

圖9 強度差值與齡期的關系

4 結(jié)語

結(jié)合深汕西高速公路改擴建工程碾壓混凝土基層的應用實踐，本文從RCC基層的原材料、配合比及質(zhì)量控制等方面進行分析與總結(jié)，并根據(jù)實體工程中芯樣劈裂強度與彎拉強度的對應關系，通過回歸分析得到了彎拉強度與劈裂強度的換算公式。

(1)通過正交試驗設計結(jié)果分析，RCC的級配對改進VC值、強度指標影響最大，水泥用量對改進VC值、7d抗壓強度指標影響較大，綜合RCC的技術經(jīng)濟性，最終確定了最優(yōu)的配合比。

(2)通過工程應用，總結(jié)了高速公路改擴建工程中RCC基層各工序的施工要點及質(zhì)量控制方法。

(3)在改擴建工程應用碾壓混凝土基層可有效縮短建設工期，特別對于原結(jié)構層采用白+黑或RCC基層的高速公路改擴建工程，采用RCC基層進行拼接施工較為合適，因此RCC基層在高速公路改擴建工程中具有較好的應用前景。