“白+白”水泥混凝土路面施工工藝

李　春

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007)

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“白+白”水泥混凝土路面施工工藝

李春

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007)

為了保護(hù)環(huán)境，減少天然河砂的采挖和使用，文章提出水泥混凝土路面下層采用機(jī)制砂混凝土、上層采用天然砂混凝土的復(fù)合一體式水泥路面(“白+白”整體式水泥混凝土路面)設(shè)計(jì)，并結(jié)合工程實(shí)例，介紹了“白+白”整體式水泥混凝土路面的施工工藝及其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，可為“白+白”整體式水泥混凝土路面的推廣應(yīng)用提供參考。

機(jī)制砂混凝土；天然砂混凝土；水泥路面；復(fù)合式混凝土；施工工藝

0　引言

混凝土是土木工程建設(shè)中最主要的材料，隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)建設(shè)的大力發(fā)展，對(duì)砂的需求越來(lái)越大。天然砂是一種短期不可再生資源，存在一定的地域性，資源分布不均勻，長(zhǎng)距離的運(yùn)輸進(jìn)一步限制了其利用[1]。廣西多地天然砂日益枯竭，價(jià)格飛漲，使得廣西區(qū)內(nèi)水泥混凝土路面造價(jià)難以控制，因此尋求解決天然砂匱乏降低工程造價(jià)的方法成為建設(shè)者共同面臨的問(wèn)題[1][2][3]。機(jī)制砂混凝土為問(wèn)題的解決提供了新的思路，但機(jī)制砂存在耐磨性差、強(qiáng)度低、石粉含量高等缺點(diǎn)，不能滿(mǎn)足路面上面層苛刻的使用條件[4][5][6]。本文提出下層采用機(jī)制砂混凝土，上層采用天然砂混凝土的復(fù)合式路面(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“白+白”路面)，綜合了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景[7]。這種新型路面的施工組織和施工工藝與普通混凝土路面有較大差異。本文結(jié)合工程實(shí)例，系統(tǒng)介紹了“白+白”路面的施工工藝，并討論了這種路面的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，可為“白+白”路面的推廣應(yīng)用提供參考。

1　工程概況

廣西田東至天等二級(jí)公路設(shè)計(jì)速度為60 km/h，路基寬度為8.5 m，采用水泥混凝土路面。課題組在該項(xiàng)目天等段進(jìn)行了“白+白”整體式水泥混凝土路面試驗(yàn)路的鋪筑。施工路面長(zhǎng)度為80 m，單幅，寬度為4.25 m，面層厚24 cm，設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度為5 MPa，基層為水泥穩(wěn)定碎石，基層與面層之間有一層1 cm厚瀝青碎石封油層，面層采用“白+白”路面方案，下層16 cm機(jī)制砂混凝土，上層8 cm天然砂混凝土。

2　材料與施工配合比

2.1原材料

(1)水泥：廣西東泥股份有限公司“右江”牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間237 min，終凝時(shí)間306 min。

(2)細(xì)骨料

天然砂：田東恒慶沙場(chǎng)所產(chǎn)的河沙，表觀密度為2.664 g/cm3，細(xì)度模數(shù)為2.71。

機(jī)制砂：產(chǎn)自天等縣東平鎮(zhèn)東德石場(chǎng)，表觀密度為2.705 g/cm3，細(xì)度模數(shù)為2.79，石灰?guī)r母巖滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范要求，石粉含量經(jīng)課題組試驗(yàn)驗(yàn)證后放寬至12%～15%，嚴(yán)格控制含泥量。

(3)粗骨料：產(chǎn)自弄往石場(chǎng)、石灰?guī)r4.75～31.5 mm碎石。其中5～16 mm占70%、19～31.5 mm占30%。

(4)外加劑：采用江蘇超力建材科技有限公司生產(chǎn)的CNF-1B型高效減水劑(摻量1.5%)，減水率達(dá)18%～20%，含固量為40%。

2.2機(jī)制砂混凝土

機(jī)制砂所用配合比如表1所示。

表1　機(jī)制砂混凝土配合比表

機(jī)制砂混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　機(jī)制砂混凝土性能測(cè)試結(jié)果表

經(jīng)測(cè)定，機(jī)制砂混凝土坍落度符合要求，和易性良好，坍落度損失滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，將機(jī)制砂混凝土成型，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7 d，測(cè)定其抗折強(qiáng)度值f7=5.4。

2.3天然砂混凝土

天然砂(河砂)所用配合比如表3所示。

表3　天然砂混凝土配合比表

天然砂混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4　天然砂混凝土性能測(cè)試結(jié)果表

經(jīng)測(cè)定，天然砂混凝土坍落度符合要求，和易性良好，坍落度損失能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，將天然砂混凝土成型，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7 d，測(cè)定其抗折強(qiáng)度值f7=5.62。

3　施工工藝與質(zhì)量控制

“白+白”路面與普通混凝土路面施工的重要區(qū)別在于：“白+白”路面分上下兩層鋪筑，各工序必須保證層間結(jié)合緊密，另外要保證上層天然砂混凝土將下層混凝土充分覆蓋。其具體施工工序包括：機(jī)制砂混凝土卸料→挖掘機(jī)攤鋪整平→天然砂混凝土卸料→挖掘機(jī)攤鋪整平→振搗→插入傳力桿→三輥軸整平機(jī)整平→三米桿整平→收漿抹面→切縫→養(yǎng)生。

以下分別從施工準(zhǔn)備、混凝土拌合與運(yùn)輸、卸料與布料、振搗與傳力桿埋設(shè)、整平機(jī)施工與表面修整、鋸縫與養(yǎng)生等環(huán)節(jié)詳細(xì)分析其施工質(zhì)量控制要點(diǎn)。

3.1準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備工作與普通混凝土路面基本相同。下層機(jī)制砂混凝土攤鋪前，檢查水泥穩(wěn)定碎石層頂面的封油層水泥穩(wěn)定碎石基層的寬度、路拱、標(biāo)高、平整度、壓實(shí)度等參數(shù)是否符合施工要求，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行清掃、修補(bǔ)，并灑水濕潤(rùn)水泥穩(wěn)定碎石層頂面，減少基層對(duì)下層混凝土水分的吸收。按要求安裝模版，模板用塑料薄膜覆蓋，方便脫模及減少漿液從底部流失。

3.2混凝土的拌合與運(yùn)輸

下層機(jī)制砂混凝土與下層天然砂混凝土應(yīng)盡量采用相同的水灰比，保證上下兩層混凝土板干縮變形的協(xié)調(diào)性?；炷涟韬蠒r(shí)，嚴(yán)格控制計(jì)量工具的精確度，拌合時(shí)間約60～120 s。實(shí)驗(yàn)人員隨時(shí)檢查混凝土的和易性、混凝土均勻性、保水性等，控制各盤(pán)料的坍落度差≤10 mm，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)查明情況并進(jìn)行調(diào)整。

機(jī)制砂混凝土采用容量為10 m3的自卸車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸，河沙混凝土采用容量8 m3的罐車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸，合理規(guī)劃混凝土運(yùn)輸車(chē)輛的運(yùn)輸線(xiàn)路，嚴(yán)格控制上下兩層混凝土的運(yùn)輸時(shí)間間隔，保證水泥混凝土有足夠的攤鋪、振搗和抹平的時(shí)間，特殊情況可根據(jù)實(shí)際情況摻加緩凝劑。

3.3卸料與布料

混凝土到達(dá)施工地點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行卸料與布料工作。下層機(jī)制砂混凝土采用自卸車(chē)運(yùn)輸，卸料時(shí)采用挖掘機(jī)協(xié)助，計(jì)算好鋪筑長(zhǎng)度，松鋪厚度宜控制在18±2 cm的范圍。上層天然砂混凝土的卸料與布料方式是“白+白”路面施工的重要控制點(diǎn)，上層天然砂混凝土卸料時(shí)，下層機(jī)制砂混凝土仍處于流動(dòng)狀態(tài)，卸料力求均勻，不可過(guò)于集中地卸料，以避免上層混凝土重力作用排擠下層混凝土，造成下層混凝土過(guò)薄。卸載間距控制在2 m左右，每次卸料不能太多，集中卸料高度宜≤30 cm，如果出現(xiàn)卸料堆積過(guò)高，及時(shí)用挖掘機(jī)攤平。上層天然砂混凝土松鋪厚度控制在8±2 cm的范圍內(nèi)，挖掘機(jī)緊跟卸料車(chē)及時(shí)進(jìn)行均勻攤平。嚴(yán)格控制上下兩層混凝土的卸料與布料時(shí)間是“白+白”整體式混凝土施工工藝的關(guān)鍵，上層天然砂混凝土卸料時(shí)間應(yīng)充分考慮下層混凝土的初凝時(shí)間，必要時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況添加緩凝劑，以保證在下層機(jī)制砂混凝土初凝前完成“白+白”整體式路面的攤鋪工作，卸料到攤鋪完成應(yīng)控制在30 min中內(nèi)。

3.4振搗與傳力桿埋設(shè)

“白+白”整體式水泥混凝土振搗，采用排插式振動(dòng)機(jī)上下兩層整體式振搗，速度控制在4 m/s左右。振搗的關(guān)鍵點(diǎn)是控制過(guò)振，預(yù)防下層混凝土石粉含量高的砂漿往上翻，同時(shí)盡量避免多次插入和提起振動(dòng)棒，過(guò)多攪動(dòng)混凝土。如果振搗后發(fā)現(xiàn)下層機(jī)制砂砂漿出現(xiàn)在表面(表面有雜色的砂漿)，則在三輥軸攤鋪機(jī)工作前，鏟一些天然砂混凝土覆蓋其上，使機(jī)制砂混凝土之上至少有1～2 cm天然砂混凝土，確保面層耐磨性能。

混凝土振搗密實(shí)后，立即用壓振式無(wú)支架傳力桿埋置裝置將傳力桿壓入混凝土規(guī)定深度，以免傳力桿壓入困難，控制拉桿插入機(jī)每次移動(dòng)的距離與拉桿間距相同。

3.5三輥軸攤鋪整平機(jī)施工與表面修整

混凝土經(jīng)排式振動(dòng)機(jī)振搗后，三輥軸整平機(jī)整平工序緊跟其后，采取前進(jìn)振動(dòng)、后退靜滾交叉作業(yè)2～3遍為宜，不可過(guò)振。三輥軸攤鋪整平機(jī)攤鋪整平時(shí)，應(yīng)隨時(shí)觀察水泥混凝土表面的高低情況，及時(shí)鏟除表面過(guò)高部分填補(bǔ)表面過(guò)低部分。隨后根據(jù)混凝土表面的泌水情況，通過(guò)三米桿在橫坡方向進(jìn)行至少2次人工刮平處理，使路面平整度達(dá)到規(guī)范要求。最后用饅刀飾面，消除痕跡和表面砂眼麻面缺陷。

3.6鋸縫與養(yǎng)生

混凝土路面攤鋪完成后3 h左右，路面形成了一定的強(qiáng)度，手指按壓路表無(wú)壓痕時(shí)，混凝土表面用薄膜覆蓋，灑水養(yǎng)生14～21 d，每天至少灑3次水，灑水的頻率根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際氣溫與氣候條件確定。

水泥混凝土路面攤鋪完后，為避免因天氣炎熱或早晚溫差大，造成混凝土板產(chǎn)生干縮與溫度應(yīng)力導(dǎo)致路面裂縫，應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到5～10 MPa時(shí)及時(shí)進(jìn)行鋸縫，鋸縫深度宜為板厚的1/4～1/5。

4　路面性能觀測(cè)與經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1路面性能觀測(cè)

為了考察“白+白”整體式水泥混凝土路面的性能，實(shí)體工程路面攤鋪7個(gè)月后，對(duì)路面性能進(jìn)行跟蹤觀察。對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行了鉆芯取樣(見(jiàn)下頁(yè)圖1)，從芯樣外觀情況來(lái)看，芯樣上層偏黑色部分為天然砂混凝土，下層偏白色部分為機(jī)制砂混凝土，上下兩層混凝土結(jié)合緊密，過(guò)渡自然，但天然砂混凝土與機(jī)制砂混凝土的比例與設(shè)計(jì)有一定偏差，原設(shè)計(jì)上下兩層混凝土厚度比例為1∶2，實(shí)際鉆芯厚度比例約為1∶1，出現(xiàn)這種情況的原因可能是鉆芯位置位于半幅的中間位置，在天然砂混凝土卸載過(guò)程中，罐車(chē)中的天然砂混凝土卸料時(shí)由于重力，天然砂混凝土將下層未初凝的機(jī)制砂混凝土向兩邊擠壓，形成天然砂混凝土中間位置多、兩邊少的情況。

將芯樣切割成標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行了劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)(見(jiàn)表5)，由于“白+白”整體式水泥混凝土路面中機(jī)制砂與天然砂混凝土上下融合良好，其劈裂強(qiáng)度沒(méi)有顯著差異，按規(guī)范方法換算為彎拉強(qiáng)度，分別為6.01 MPa和5.87 MPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行混凝土板厚度、抗滑性能等指標(biāo)測(cè)試，結(jié)果如表5所示，顯示實(shí)驗(yàn)路路面狀況良好，與相鄰普通混凝土路段基本無(wú)差異。

表5　天然砂混凝土路面與“白+白”整體式水泥混凝土路面性能對(duì)比表

圖1　試驗(yàn)路芯樣實(shí)例圖

4.2經(jīng)濟(jì)效益分析

為了分析機(jī)制砂與天然砂混凝土復(fù)合一體式水泥路面的經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)場(chǎng)采集實(shí)體工程原材料、施工機(jī)械、人工等施工費(fèi)用參數(shù)，取每公里二級(jí)公路水泥混凝土路面(10 m寬)為單元進(jìn)行考察，分別計(jì)算了24 cm機(jī)制砂混凝土路面、24 cm天然砂混凝土路面、16 cm機(jī)制砂混凝土+8 cm天然砂混凝土復(fù)合式路面材料費(fèi)用，對(duì)比結(jié)果如表6所示。

由表6可知，單純考慮用砂可節(jié)約材料費(fèi)5.6萬(wàn)元/km，“白+白”路面方案增加了一道挖掘機(jī)攤平上層混凝土工序的費(fèi)用約為0.6萬(wàn)元/km，綜合該因素后“白+白”路面方案節(jié)約投資約5萬(wàn)元/km，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

表6　不同類(lèi)型混凝土路面經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表

本次試驗(yàn)路采用了16 cm+8 cm的組合，隨著施工工藝更加成熟和完善，完全可以使上層天然砂混凝土層變得更薄，經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。

5　結(jié)語(yǔ)

“白+白”整體式水泥混凝土路面，在不新增施工機(jī)械情況下，發(fā)揮了機(jī)制砂資源豐富、經(jīng)濟(jì)性好與天然砂質(zhì)地堅(jiān)硬、耐磨性好的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)性與廣泛的應(yīng)用前景。但同時(shí)，機(jī)制砂混凝土+天然砂混凝土復(fù)合式混凝土路面的施工工序稍復(fù)雜，因此優(yōu)化施工組織計(jì)劃，合理安排機(jī)具，制定應(yīng)急預(yù)案，是保證工程質(zhì)量的前提。

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[7]JTG F30-2014，公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則[S].

Construction Technology of“White+White”Cement Concrete Pavement

LI Chun

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

In order to protect the environment and reduce the dredging and use of natural river sand，this article proposed the composite monolithic cement pavement(“White+White”monolithic cement con-crete pavement)design of using the manufactured-sand concrete for the underlying layer of cement concrete pavement and using the natural sand concrete for upper layer，then in combination with engi-neering example，it introduced the construction technology of“white+white”monolithic cement concrete pavement as well as its social and economic benefits，which can provide the reference for the promo-tion and application of“white+white”monolithic cement concrete pavement.Keywords：Manufactured-sand concrete；Natural-sand concrete；Cement pavement；Composite concrete；Construction technology

2016-05-10

U416.216

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.001

1673-4874(2016)06-0001-04

李春(1974—)，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：公路工程設(shè)計(jì)與科研。

廣西交通運(yùn)輸廳2014年交通科技項(xiàng)目“‘白+白’整體式水泥路面技術(shù)研究及示范性應(yīng)用”