高性能耐久性透水水泥混凝土路面技術(shù)研究與應(yīng)用

陸路,張玉斌

摘 要：筆者開展高性能耐久性透水水泥混凝土的強(qiáng)度形成機(jī)理、原材料、路用性能、施工工藝等方面的研究，并成功鋪筑了實(shí)體工程，提升了道路路面品質(zhì)及服務(wù)功能，助力了交通強(qiáng)國(guó)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高性能;透水;水泥混凝土;路面

1 概述

到2035年，我國(guó)將利用先進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)用，逐步提升道路基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)行管理等數(shù)字化水平，開發(fā)新型材料，提高道路服務(wù)水平與服務(wù)質(zhì)量，建設(shè)全壽命周期內(nèi)的品質(zhì)工程。

透水混凝土是一種廣泛應(yīng)用于透水鋪裝措施中的新型生態(tài)型的道路材料，日益受到人們的關(guān)注。而以國(guó)家戰(zhàn)略政策導(dǎo)向?yàn)槠鯔C(jī)，高性能耐久性透水水泥混凝土路面，既可滿足城市各種載荷道路的強(qiáng)度要求，又具有透氣透水性，分解汽車尾氣等有害氣體，吸附微小粉塵，降音、降噪，緩解城市“熱島效應(yīng)”等，是未來我國(guó)道路發(fā)展的重要方向，也是海綿城市總體規(guī)劃的一個(gè)組成部分。

2 強(qiáng)度機(jī)理

當(dāng)前，絕大多數(shù)透水水泥混凝土材料強(qiáng)度低，一般在C30以下，無(wú)法滿足公路及城市道路路面對(duì)混凝土強(qiáng)度要求，筆者開發(fā)的高性能耐久性透水水泥混凝土強(qiáng)度能達(dá)到C35～C50，完全能夠滿足重載交通要求，拓展透水混凝土應(yīng)用范圍。

高性能耐久性透水水泥混凝土是經(jīng)過特殊無(wú)機(jī)型透水保水水泥混凝土增強(qiáng)劑經(jīng)與水混合形成稀釋液再于水泥混合形成水泥漿包裹住粗、細(xì)骨料，配合精細(xì)施工制成具有連續(xù)孔隙的高強(qiáng)度透水混凝土。高性能耐久性透水水泥混凝土基于無(wú)機(jī)型增強(qiáng)劑開發(fā)，其主要成分為硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀、氯化銨、硫酸鈉等混合成的無(wú)機(jī)鹽溶液，工作機(jī)理為：

（1）增強(qiáng)劑中成分包括了常規(guī)的減水劑、早強(qiáng)劑和增強(qiáng)劑成分，能達(dá)到早強(qiáng)、增強(qiáng)效果。

（2）增強(qiáng)劑與水泥中鈣物質(zhì)反應(yīng)，生成不溶物，激發(fā)水泥形成大量的凝膠產(chǎn)物，增加骨料之間粘結(jié)性，增加混凝土強(qiáng)度。

（3）增強(qiáng)劑與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，形成絮狀網(wǎng)絡(luò)的凝膠物質(zhì)，填充集料表面毛細(xì)孔，改善膠體與骨料界面密實(shí)性，以此增加混凝土強(qiáng)度。

3 原材料試驗(yàn)

水泥采用海螺牌52.5硅酸鹽水泥（P.Ⅱ型），其具體性能參數(shù)如表1所示。

集料選用項(xiàng)目部自加工的花崗巖作為高性能耐久性透水水泥混凝土的粗集料，石料粒徑處于4.75 mm～9.5 mm的含量約70%～80%，選取花崗巖強(qiáng)度高，針片含量少，其顆粒飽滿、圓潤(rùn)，自加工花崗巖潔凈無(wú)雜質(zhì)，有利于高性能耐久性透水水泥混凝土骨架的形成以及強(qiáng)度的保持，集料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表2所示，級(jí)配見表3所示。

增強(qiáng)劑選用多功能無(wú)機(jī)型透水保水混凝土增強(qiáng)劑，該增強(qiáng)劑屬于液態(tài)，對(duì)高性能耐久性透水水泥混凝土強(qiáng)度具有較好的提升效果，性能見表4所示。

4 路用性能試驗(yàn)

對(duì)高性能耐久性透水水泥混凝土綜合性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，主要包括高性能耐久性透水水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗彎拉模量、收縮性能、透水系數(shù)及干縮性等性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

從表5可以看出：

（1）高性能耐久性透水水泥混凝土彎拉強(qiáng)度滿足《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中極重、特重、重交通條件下水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值≥5.0 MPa的要求。

（2）高性能耐久性透水水泥混凝土的抗凍性，進(jìn)行50次凍融循環(huán)試驗(yàn)，其強(qiáng)度損失9.7%，質(zhì)量損失3.9%，低于規(guī)定值20%和5%的要求，表明其具有較好的抗凍性，能夠在低溫條件下，保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強(qiáng)度等級(jí)。

（3）對(duì)高性能耐久性透水水泥混凝土耐磨性及飛散性分析，其質(zhì)量損失值比規(guī)定值小得多，表明骨料之間的粘結(jié)、嵌擠作用較強(qiáng)，實(shí)際使用過程中，在輪胎揉搓碾壓、環(huán)境溫度、濕度作用下，保持石料之間緊密結(jié)合，其使用過程中，具有較好的耐久性。

5 試鋪段及施工工藝

本次試鋪段將原設(shè)計(jì)方案變更為：15 cmC20混凝土+24 cmC40混凝土+水泥凈漿+10 cm高性能耐久性透水水泥混凝土，試驗(yàn)段方案路面標(biāo)高與原設(shè)計(jì)一致，見表。

試鋪段原材料均來自項(xiàng)目部自購(gòu)或自加工，配合比及材料均與室內(nèi)試驗(yàn)推薦相同。采用水泥混凝土拌合樓進(jìn)行拌合，自卸汽車運(yùn)輸，水穩(wěn)攤鋪機(jī)掛線攤鋪，按照壓實(shí)度96%控制要求，松鋪系數(shù)按照1.2進(jìn)行控制。

攤鋪完成后采用12 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，行駛速度在2 km/h～3 km/h，雙鋼輪壓路機(jī)應(yīng)從邊緣往中間逐漸碾壓，壓路機(jī)應(yīng)勻速穩(wěn)定、連續(xù)行進(jìn)，中間不得中途停頓、等候和拖延，碾壓過程中不得急拐、緊急起步及快速倒車。壓路機(jī)之間錯(cuò)位碾壓，不得相互干擾。碾壓遍數(shù)為4～5遍，應(yīng)保證高性能耐久性透水水泥混凝土路面壓實(shí)度不低于96%。為避免黏輪，壓路機(jī)鋼輪上應(yīng)有霧化噴淋裝置，且應(yīng)斜向貼鋼輪表面綁繩索。壓路機(jī)鋼輪要一定要保持清潔濕潤(rùn)，并添加增壓泵裝置，以保證噴霧更加均勻，以達(dá)到碾壓過程中不明顯滴水效果即可。

同時(shí)本項(xiàng)目下承層C40混凝土路面橫向切縫間距為5 m，為防止反射裂縫，將面層切縫間距與下承層切縫位置相對(duì)應(yīng)，本項(xiàng)目高性能耐久性透水水泥混凝土路面橫縫切縫間距定為10 m，在兩邊蓋板處適當(dāng)位置做好標(biāo)記，以便于后期切縫。鋸縫的時(shí)間根據(jù)氣溫和時(shí)間來確定，一般可用強(qiáng)度和溫度時(shí)積兩指標(biāo)來控制，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到6 MPa～12 MPa為宜

（也即達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的25%～30%），或者度時(shí)積達(dá)到200℃·h時(shí)開始鋸橫向縮縫。橫向縮縫的深度為板厚的1/3～1/4，寬度為3 mm～5 mm，鋸縫時(shí)注意保持線形順直、清晰，鋸縫并注意防止崩邊。鋸縫完畢，要用水將鋸縫產(chǎn)生的粉塵、漿液沖洗干凈。

養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)高性能耐久性透水水泥混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況而定，采用土工布等覆蓋物灑水養(yǎng)護(hù)時(shí)，要及時(shí)灑水，灑水遍數(shù)應(yīng)根據(jù)天氣情況以保證覆蓋物在養(yǎng)生期間始終處于潮濕狀態(tài)：陰天每天灑水1～2遍;晴天每天灑水2～3遍，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于28 d。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過高性能耐久性透水水泥混凝土的強(qiáng)度形成機(jī)理與試驗(yàn)相互驗(yàn)證，室內(nèi)試驗(yàn)與工程應(yīng)用相結(jié)合，成功解決以往透水混凝土普遍存在的強(qiáng)度低、耐久性差的技術(shù)問題。

（2）高性能耐久性透水水泥混凝土在抗壓、抗折、抗?jié)B水、抗沖擊等方面，性能優(yōu)異，能夠滿足重載交通的要求。

（3）提出了高性能耐久性透水水泥混凝土拌制和碾壓工藝，保證混凝土骨架空隙連通性、強(qiáng)度的持久性和施工高效便利性。

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