論我國發(fā)展透水性水泥混凝土路面的技術條件

陳英奎

（重慶市永川區(qū)公路管理所，重慶永川 402160）

0 引言

透水性水泥混凝土作為一種新的環(huán)保型、生態(tài)型的道路材料，已日益受到人們的關注。透水性水泥混凝土路面與普通的水泥混凝土路面相比，透水性混凝土道路能夠使雨水迅速地滲入地表，還原成地下水，使地下水資源得到及時補充，保持土壤濕度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存條件來調整自然生態(tài)平衡；同時透水性水泥混凝土路面具有較大的空隙率，與土壤相通，能蓄積較多的熱量，有利于調節(jié)城市大氣的溫度和濕度，減輕城市“熱島”效應；下雨時，透水性水泥混凝土路面能減輕道路排水設施的負擔，防止路面積水和夜間反光現象，大力提高車輛、行人通行的舒適性和安全性；透水性水泥混凝土路面大量的空隙能夠吸收車輛行駛時產生的噪聲，創(chuàng)造安靜舒適的交通環(huán)境。由于透水性水泥混凝土路面有諸多優(yōu)點，由此可見透水性水泥混凝土路面的推廣應用，有其廣泛的社會、經濟效益。

1 發(fā)展透水性水泥混凝土路面的技術條件

為了說明發(fā)展透水性水泥混凝土路面的技術條件，首先回顧一下透水性水泥混凝土路面的發(fā)展歷程。

1973年和1979年的兩次石油危機，導致瀝青價格上漲，增加了水泥混凝土路面的競爭力，也重新喚起了人們研究開發(fā)透水性水泥混凝土路面的熱情。美國從1979年就開始了對透水混凝土的研究和應用，并取得了專利。德國的目標是，到2010年把全國城市90%的道路改造成透水路面。日本1998年透水性路面的施工量達到了719萬m2。

我國對透水性水泥混凝土路面的研究，自20世紀90年代初在透水性路面材料方面有較多的研究和開發(fā)。進入21世紀后，隨著高等級公路的迅速發(fā)展，以應用于高等級公路為目標，從材料、施工技術、抗滑技術、接縫技術等方面進行了系統研究，在路面平整度、抗滑及接縫等方面取得了突破性進展，并取得了一系列配套成果，初步形成了高等級公路透水性水泥混凝土路面施工成套技術[1]。

縱觀國內外透水性水泥混凝土路面發(fā)展的歷程可以看出，影響透水性水泥混凝土路面發(fā)展的因素，除經濟原因外，主要是設備條件和施工技術兩個方面[2]。下面針對這兩方面的內容，分析我國發(fā)展透水性水泥混凝土路面的技術條件。

2 設備條件

根據透水性水泥混凝土路面的施工工藝特點，要保證透水性水泥混凝土路面具有良好的施工質量，必須保證拌和、攤鋪和碾壓三道主要工序具備相應的設備條件。

2.1 拌和設備

根據國內外經驗和試驗研究結果，透水性混凝土是干硬性混凝土，拌合物中水泥漿的稠度較大，且數量較少，為了使水泥漿能夠均勻地包裹在骨料上，必須采用強制式拌和機，攪拌時間為2～4min。透水性水泥混凝土的稠度對水的變化非常敏感。研究結果表明，混凝土的稠度及其波動是影響透水性水泥混凝土路面質量的主要因素，而造成混凝土稠度變化的主要原因是混凝土單位用水量的變化，也就是加水量和粗骨料含水量的變化。從這個意義上講，應推薦帶有自動檢測粗骨料含水量的拌和機，或配備附加的快速粗骨料含水量測定系統。

2.2 攤鋪設備

為了保證路面平整度，攤鋪設備應滿足以下要求：

（1）保證較好的攤鋪平整度。攤鋪是透水性水泥混凝土路面施工的關鍵工序，是碾壓等后續(xù)工序的基礎，只有攤鋪出平整的表面，才有可能得到壓實后平整的路面。為此，要求攤鋪機必須具備工作性能良好的均衡供料系統和自動找平系統。

（2）保證足夠的預壓密實度。透水性水泥混凝土拌合物比較干硬，盡量使用預壓性能好的鋪路機攤鋪。材料經攤鋪機攤鋪后，必須經過壓路機的碾壓作用才能密實成型，如果攤鋪后的混凝土過于松散，則在壓路機的作用下勢必會產生推擠，從而破壞路面的平整度。根據鋪筑的試驗路的試驗，攤鋪預壓密實度應能在88%以上。

綜合上述情況，瀝青路面攤鋪機用于高等級公路透水性水泥混凝土路面施工是完全可能的。

2.3 碾壓設備

碾壓是透水性水泥混凝土路面施工必不可少的工序，當混凝土的配合比確定之后，硬化混凝土的強度主要取決于混凝土的密實程度，降低1%的壓實度，可造成約0.27 MPa的抗折強度損失，可見壓實的重要。壓實質量的好壞主要取決于壓路機的性能。另一方面，碾壓也是破壞攤鋪平整度、影響最終平整度的關鍵因素。因此，選擇適宜的壓路機是保證路面質量的關鍵因素之一。通過重慶交通大學科研試驗路2個試驗路段試驗數據分析，認為碾壓為：自重10～12 t的靜力式壓路機。上述碾壓設備目前在我國一般公路施工企業(yè)中都已屬常規(guī)設備。

3 施工技術

具備一定性能要求的施工機械設備是發(fā)展透水性水泥混凝土路面的必要條件，但要鋪筑符合高等級公路要求的透水性水泥混凝土路面，還必須有一套相應的施工技術。

3.1 提高路面平整度的關鍵技術

透水性水泥混凝土路面最大的難題是難以達到足夠的路面平整度，這也是多年來制約透水性水泥混凝土路面發(fā)展的主要障礙。

為了解決透水性水泥混凝土路面平整度這一施工難題，我們首先對路面平整度的影響因素進行了深入、全面的分析，并通過大量的室內試驗和現場試驗進行了研究，提出了如下保證透水性水泥混凝土路面平整度的關鍵技術。

3.1.1 適宜的碾壓混凝土稠度指標和集料級配

通過重慶交通大學科研試驗路2個試驗路段的現場考察和室內試驗，研究提出了適宜于大型機械化施工的集料石灰?guī)r破碎碎石最大單一粒徑5～10 mm、42.5級普通硅酸鹽水泥用量為415～430 kg/m3、水摻入量 112～117 kg/m3、外加高效減水劑（減水率15%～20%）3.32～3.44 kg/m3的集料合成級配和“半出漿”改進VC值40±5s的稠度設計指標[3]。

3.1.2 保持稠度穩(wěn)定性

通過對造成稠度波動原因的分析和試驗，研究提出了包括料場管理、拌和機選擇、材料計量、外加劑選擇等保持稠度穩(wěn)定的措施。

3.1.3 提高攤鋪均勻性

定性和定量研究了減少攤鋪過程中離析的措施及影響攤鋪預壓密實度均勻性的因素，提出了通過“拌和—運輸—攤鋪”系統分析選擇適宜的攤鋪速率等保證攤鋪作業(yè)的連續(xù)性、提高攤鋪均勻性的技術措施。

3.1.4 增大預壓密實度

通過對透水性水泥混凝土路面成型機理和攤鋪機性能的試驗和分析，提出了保證攤鋪后預壓密實度85%以上的攤鋪機選型要求。

3.1.5 保證碾壓的均勻性

通過理論分析和現場試驗，從選擇合適的壓路機型號與參數、適宜的碾壓工作段長度、碾壓次序與工藝參數等方面提出了保證碾壓均勻性的關鍵技術。特別是考慮到拌合料的稠度和周圍溫度等條件，應進一步采用實心鋼管或輕型壓路機對透水性水泥混凝土拌合料進行多次碾壓（在碾壓前必須清理碾子并涂油，以防黏結骨料）。

3.1.6 施工縫處理、基層平整度控制

通過試驗路的摸索，提出了施工縫的處理方法、基層平整度的控制原則、合理操作等一系列保證路面平整度的技術措施。

2005年10月完成的重慶交通大學科研試驗路，在規(guī)模生產(每臺班完成7 m×200 m以上)條件下，路面平整度水平(按照3 m直尺最大間隙≤3 mm或連續(xù)式平整度儀σ≤1.8 mm要求)達到85%以上的高速公路優(yōu)良標準。因此，可以說從施工技術上已基本解決了透水性水泥混凝土路面平整度這一施工難題，為透水性水泥混凝土路面在高等級公路上的大規(guī)模推廣應用積累了經驗。

3.2 抗滑技術

以前由于路面平整度問題一直沒有得到很好解決，透水性水泥混凝土路面一直停留在低速交通階段，路面防滑問題相應不很突出，但是要使透水性水泥混凝土路面應用于高等級公路，抗滑問題是必須解決的一項關鍵技術。

為了解決透水性水泥混凝土路面抗滑這一關鍵技術，通過大量的室內室外試驗提出了透水性水泥混凝土路面的抗滑處理原則。

（1）對于高速公路和一級公路，應采用緩凝裸露法進行表面處理，以形成要求的路表宏觀構造。當粗集料抗磨光能力達不到現行規(guī)范要求時，需做抗滑表層(一次攤鋪碾壓成型)。

（2）對于其它等級的公路，可不作任何處理，依靠通車后行車的作用逐漸形成宏觀構造，必要時可采取限速研磨措施，加速裸露進程。

采用上述處理原則，基本可以解決透水性水泥混凝土路面的抗滑問題。

3.3 接縫技術

透水性水泥混凝土路面由于在材料、施工工藝上與普通混凝土有一定差異，因此在接縫設計及施工上亦有其特殊性。通過試驗路段的施工，提出了透水性水泥混凝土路面從接縫設置原則到施工工藝的控制，并在以下兩方面取得了成效。

（1）采用透水性水泥混凝土材料的有關參數和路面板的有關指標，對透水性水泥混凝土路面板的溫縮應力、溫度翹曲應力、干縮應力及荷載應力進行了計算，并結合試驗路的觀測結果，研究提出了全厚式透水性水泥混凝土路面縮縫間距值為6～8 m。

（2）在不破壞攤鋪機結構的情況下，研制出縱縫拉桿設置裝置，解決了全厚式透水性水泥混凝土路面無法設置拉桿的施工難題。

應用上述接縫和施工技術，即可解決透水性水泥混凝土路面的接縫問題。

3.4 其他配套技術

除上述關鍵技術外，在透水性水泥混凝土材料試驗方法、配合比設計方法、材料物理力學性能、外加劑、施工質量檢測等方面也已形成了一系列配套技術。

4 結論和建議

從以上分析可以看出，我國已具備發(fā)展透水性水泥混凝土路面的設備條件和施工技術條件。可以預見，在我國高等級公路迅速發(fā)展、優(yōu)質路用瀝青匱乏、水泥資源豐富的條件下，透水性水泥混凝土路面施工成套技術作為修筑環(huán)保型、生態(tài)型道路路面的一種新的技術途徑，將具有良好的推廣應用前景。

[1]吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]林寶玉,吳紹章.混凝土工程新材料設計與施工[M].北京：中國水利水電出版社，1998.

[3]馮浩,朱清江.混凝土外加劑應用工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.