耐重載交通下道路混凝土研究現(xiàn)狀

林 娜

（湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙 410151）

我國的公路發(fā)展起始于20世紀(jì)20年代，但是起初道路發(fā)展相對緩慢，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，道路運(yùn)輸行業(yè)越來越受到國家重視，無論是公路交通還是高速公路都已經(jīng)達(dá)到世界巔峰，我國道路交通運(yùn)輸已經(jīng)向新的發(fā)展階段迸發(fā)。道路發(fā)展初期，我國的道路路面結(jié)構(gòu)主要是水泥混凝土和瀝青成分，也是看中水泥混凝土道路材料成本低、強(qiáng)度大和抗滑力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是隨著交通的發(fā)展，水泥混凝土的缺點(diǎn)暴露，行駛過程車輛胎噪過大，行駛受到影響，通過對瀝青的路面進(jìn)行實驗，較水泥混凝土成本高一點(diǎn)但是車噪小，行駛速度更快，瀝青逐漸取代水泥混凝土，但是隨著道路建設(shè)的飛速增長，瀝青材質(zhì)供不應(yīng)求成本越來越高，為了順應(yīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境安全，從基本國情、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境各方面考慮，都應(yīng)該將水泥混凝土材質(zhì)進(jìn)行改良，滿足交通運(yùn)輸?shù)闹鹉暝鲩L量，滿足耐重載交通發(fā)展的需要。

1 水泥混凝土路面發(fā)展現(xiàn)狀

道路運(yùn)輸行業(yè)的迅猛發(fā)展，運(yùn)輸量逐年提高，水泥混凝土道路面臨的最大障礙壓力就是貨物運(yùn)輸，貨物運(yùn)輸面臨最大的壓力就是重載和超載。通過對近幾年來我國道路混凝土的路況分析，首先，交通運(yùn)輸過程中，重載、超載運(yùn)輸量逐年遞增，造成道路承受壓力增大，采用普通水泥混凝土路面根本承受不了如此大的壓力，導(dǎo)致路面出現(xiàn)斷裂、錯節(jié)和脫空等現(xiàn)象，甚至開始完好的路面，經(jīng)過超重載車輛碾壓，最后正常使用都存在一定的困難。其次，基于現(xiàn)在的道路混凝土建設(shè)研究還存在著對超重載道路運(yùn)輸條件下的研究缺陷和不足，讓常規(guī)混凝土道路難以滿足重載車輛運(yùn)輸要求，道路使用壽命和使用質(zhì)量受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。伴隨著我國運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，超重載現(xiàn)象每天都在發(fā)生的基本前提，讓普通的水泥混凝土道路施工計劃在初期就被否定，是出于對道路的完整性、耐久性的考慮，道路建設(shè)專家學(xué)者針對耐重載交通道路混凝土做了諸多項研究，主要研究對象在改善水泥混凝土的基層材料，性能分析和提高混凝土路面的強(qiáng)度這幾項重要方面，對現(xiàn)下所面臨的道路耐重載研究也上升新的層次，高扛折高耐磨混凝土路面應(yīng)運(yùn)而生。這樣的混凝土材質(zhì)有高強(qiáng)度、高性能、抗重載、耐磨損和道路基層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，用于耐重載交通道路交通大環(huán)境下，不僅能夠提高超重載運(yùn)輸車輛對道路的使用效果，還能從很大程度上減小超重載車輛對混凝土道路的破壞性，道路運(yùn)行順暢，提高行車安全性，延長混凝土道路的使用壽命。所以在水泥混凝土道路研究過程中，針對耐重載交通進(jìn)行混凝土的研發(fā)是具有重要意義的。

2 高耐磨路面混凝土性能分析

耐重載交通道路混凝土道路主要結(jié)構(gòu)作用就是承受車輛行駛的沖擊、震動和道路磨損等，主要性能就是抗折、耐磨和抗疲勞等?？拐凼潜ＷC車輛重載形式的前提，耐磨是保證混凝土路面防滑的基礎(chǔ)，也是影響行車安全和道路使用持久性的重要依據(jù)。所以在耐重載交通環(huán)境下，抗折性和耐磨性至關(guān)重要，這種混凝土路面能夠很好地解決超載、重載所面臨的道路使用難題，大大延長了道路使用壽命。

普通水泥混凝土由于輕度不足以支撐超重載道路壓力，路面極易受到高強(qiáng)度破壞，為耐重載交通而生的高抗折、高耐磨混凝土材料，具有強(qiáng)度高、耐磨性強(qiáng)和持久性高等性能，能真正解決混凝土路面因超重、超載導(dǎo)致的破壞和使用壽命短等問題，同時還大大提高了行駛車輛的安全性，為了深入研究高抗折、高耐磨的性能指標(biāo)，開展對其性能的研究及推廣應(yīng)用。

高抗折、高耐磨混凝土與常規(guī)水泥混凝土比較，在常規(guī)混凝土的材料里添加礦物質(zhì)摻和料和聚丙烯纖維材料，所以開展2者的性能研究很有必要。

2.1 對礦物質(zhì)摻合料的性能分析

通過對比分析，在常規(guī)混凝土中摻雜礦物質(zhì)原料，能夠極大程度改善道路力學(xué)性能和抗耐磨性能，相比較常規(guī)水泥混凝土路面，抗折能力提高30%左右，道路運(yùn)輸過程中磨損量降低80%左右，這樣的高性能指標(biāo)的實現(xiàn)，是由于礦物質(zhì)加入混凝土過程中產(chǎn)生的火山灰、微集料化學(xué)反應(yīng)，這就從微觀上改變了常規(guī)水泥混凝土的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，填充空隙，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)密實度，從而解決耐重載交通環(huán)境下道路運(yùn)輸過程中面臨的難題。

2.2 對聚丙烯纖維材料的性能分析

通過對比分析，在常規(guī)混凝土里摻雜聚丙烯纖維，可以有效改善道路的力學(xué)性能和道路的持久耐磨性。在常規(guī)混凝土中摻雜聚丙烯纖維材料，在抗折強(qiáng)度上性能提高5%左右，道路磨損量降低10%左右，同樣從微觀上改變了常規(guī)水泥混凝土的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，填充空隙，增加抗折抗斷裂能力。

綜合以上性能指標(biāo)研究，礦物質(zhì)摻合料和聚丙烯纖維都對道路混凝土的抗折性能和耐磨性能有一定的影響，但是從單純1種而言，礦物質(zhì)摻和料對其影響遠(yuǎn)高于聚丙烯纖維，將2者有效結(jié)合，是保持耐重載交通下道路混凝土性的最佳方案，值得在道路運(yùn)輸設(shè)計過程中廣泛采用。

3 高抗折、高耐磨混凝土道路施工工藝和質(zhì)量保證措施

基礎(chǔ)的水泥混凝土路面由于承受超重、超載車輛的碾壓，超負(fù)荷的壓力，車輪的摩擦和路面堅硬的消減，使得常規(guī)水泥混凝土道路使用壽命短，在抗折和耐磨方面都有所欠缺，使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)起砂、集料裸露、大面積折彎和路面坑洞磨損等情況?；诳鼓湍パ芯?，如何提高道路混凝土的抗耐磨性對于現(xiàn)在的大范圍超重、超載交通現(xiàn)狀的改善有很大幫助。在研究過程中，高抗折、高耐磨道路施工的工藝保障和質(zhì)量保障至關(guān)重要，是保證耐重載交通通行順暢安全的基礎(chǔ)。無論怎樣的研究和性能分析，保證路面的高抗折、高耐磨的優(yōu)勢都是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，從原材料的選取到工藝流程再到施工過程的處理，必須嚴(yán)格控制工藝節(jié)點(diǎn)流程，提高管理人員的管理水平，施工人員的專業(yè)水平，目的就是保證道路抗折性和耐磨性質(zhì)量，保證運(yùn)輸環(huán)境的安全性。

3.1 原材料選取的質(zhì)量控制要求

3.1.1 水泥

道路混凝土的原材料主要以水泥為主，但是為了耐磨性能提高，可以選取帶硅酸鹽的水泥基材，最好選用修路專用的硅酸鹽水泥，最好不要采用粉煤灰硅酸鹽水泥，水泥質(zhì)量要求必須符合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。除了滿足國家要求外還要考慮和礦物摻和料的兼容性。作為混凝土路面，其直接承受汽車承載力和外面各種環(huán)境的影響。因此混凝土路面應(yīng)滿足各種不同的要求，比如，抗壓、抗拉等。此外，還應(yīng)滿足彈性和溫度系數(shù)。減少溫度對路面的影響，保證道路可以更好地進(jìn)行各項工作。因為路面的主要材料選用的多為混凝土，混凝土和易性也是需要考慮的主要問題。酸堿平衡也是重要的一個問題。因此做好材料的選擇是提高道路路面質(zhì)量的前提。

混凝土路面對水泥的選用也是特別看重的，作為路面用水泥，應(yīng)做到抗壓、抗拉性能好，膨脹小，有足夠的穩(wěn)定性，摩擦性強(qiáng)。針對目前發(fā)展情況，路面用的水泥主要為硅酸鹽類水泥，水泥的強(qiáng)度不高于42.5，還有水泥的含量和質(zhì)量對現(xiàn)有混凝土的性能都有影響。比如硬化速度收縮開裂速度等都有影響。對砂石應(yīng)選用較高的密度和較小的比面。保證新拌和的混凝土具有較好的性能。與此同時，混凝土的水灰比也應(yīng)嚴(yán)格檢測。選用合適的礫石等等級較高的材料。但選用材料粒徑最好在40 mm左右。主要選用巖漿巖等砂石材料。盡量少選用石灰類砂石。因為石灰?guī)r容易被風(fēng)化侵蝕，導(dǎo)致表面光滑，缺少摩擦力。不符合道路安全性要求。

3.1.2 礦物摻合料

礦物摻合料主要由3項原材料組成，分別為粉煤灰、礦渣和硅粉，這些也是影響抗折性能和耐磨性的重要因素，所以必須嚴(yán)格控制各種原料的比例和原料的質(zhì)量，并保證所有的原材料符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1.3 減水劑

減水劑的主要作用就是加強(qiáng)混凝土攪拌的和易性，在努力保持混凝土性能的不變的基礎(chǔ)上，減少外加劑的攝入。減水劑是高抗折、高耐磨路面的主要組成部分，分散水泥小顆粒，減小混凝土的單位，以減少用水量，降低水泥的使用數(shù)量，很大程度上節(jié)約水泥用量。所以在保證抗折、耐磨的整體性能的前提下，嚴(yán)格控制好減水劑的量至關(guān)重要?？紤]到道路施工的露天環(huán)境，無法精確到減水劑的精準(zhǔn)用量，所以需要專業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場的施工條件和現(xiàn)場原材料的數(shù)量來進(jìn)行把控，只要把數(shù)據(jù)控制在合適的數(shù)據(jù)區(qū)間，就視為合格。減水劑的性能指標(biāo)都要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3.1.4 聚丙烯纖維

聚丙烯纖維的選用以單絲纖維為準(zhǔn)，單絲纖維需選用抗壓極限強(qiáng)度大的，這樣有利于保證混凝土路面的質(zhì)量，降低混凝土路面的斷裂程度，提高路面的強(qiáng)韌度。在選擇聚丙烯纖維的過程中，要嚴(yán)格按照國家對聚丙烯纖維的技術(shù)指標(biāo)，符合國家標(biāo)準(zhǔn)來選擇。

3.1.5 攪拌用水

在這種抗折抗耐磨的混凝土攪拌過程中，可直接采用飲用水進(jìn)行攪拌，水的要求需滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，非飲用水的使用必須要相關(guān)部門進(jìn)行水質(zhì)的檢測，待檢測結(jié)果符合要求后方可用于原材料的攪拌中。

3.1.6 粗集料、細(xì)集料

首先，混凝土道路施工過程中選擇的粗集料和細(xì)集料都應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，經(jīng)檢測合格后方可進(jìn)行使用。其次，粗集料的性能對高抗折、高耐磨道路混凝土的影響較大，該項混凝土屬于低塑性，再加上礦物摻和料的的黏性大，給后期現(xiàn)場施工帶來巨大挑戰(zhàn)，所以在選取粗集料的過程中一定要選擇堅硬的碎石子作為耐重載交通道路混凝土的原料，并在混合過程中嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；細(xì)集料主要是選擇適合高抗折、高耐磨混凝土的原材料河砂，選用標(biāo)準(zhǔn)符合國家要求，在混凝土配置過程中，保證整體性能的前提下，降低河砂的使用率。

3.2 施工過程中的工藝保障

3.2.1 原料投放與拌制

高抗折、高耐磨道路施工過程中，對原料的投放比例和攪拌工藝要求嚴(yán)格，稍有不慎就會影響整個環(huán)節(jié)質(zhì)量。但是在施工過程中，道路混凝土需要的原料種類較多且成分復(fù)雜，在投放和攪拌過程中，要想達(dá)到理想的效果，必須注意攪拌過程是否均勻，所以在攪拌機(jī)的選擇上也要下功夫，一般選擇雙臥軌強(qiáng)制攪拌機(jī)，才能達(dá)到均勻攪拌的效果。除了攪拌均勻外，還要嚴(yán)格控制攪拌時間，防止由于攪拌時間過長或者過短影響性能。做配合比實驗時，主要應(yīng)以抗彎強(qiáng)度為主要目標(biāo)。主要采用干硬性比較大的混凝土，對于這種混凝土的利用，可以減少用量。減小收縮率。進(jìn)行配合比實驗時，對水灰比的要求一般應(yīng)在0.5的范圍內(nèi)。砂率的要求應(yīng)在和易性滿足的情況下取較小值，一般為（26%～28%）。水泥的使用量為330～360 kg/m3，水泥的多少對工程的質(zhì)量安全尤為重要。工程施工時應(yīng)注意混凝土的拌和方法。要求采用強(qiáng)制方法進(jìn)行拌和工作。

3.2.2 交通運(yùn)輸

時刻保證鋪路的原料到達(dá)施工現(xiàn)場時能夠及時進(jìn)行鋪設(shè)。在路途較遠(yuǎn)的運(yùn)輸過程中要保證從攪拌完成到運(yùn)輸?shù)秸静怀^45 min，實在無法實現(xiàn)，需在原料運(yùn)輸過程中摻加緩凝劑，保證使用性能。

3.2.3 養(yǎng)生

為保證道路的施工質(zhì)量和后期的使用壽命，在施工完成后對路面進(jìn)行養(yǎng)生，多采用道路噴灑養(yǎng)護(hù)，噴濕后覆蓋保險薄膜進(jìn)行養(yǎng)生，或者在施工現(xiàn)場能有充分的水源情況下，采用麻袋進(jìn)行封堵，注水2 cm左右進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3.3 質(zhì)量保證措施

道路混凝土施工過程中和施工完成都應(yīng)該嚴(yán)格遵循設(shè)計施工標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的技術(shù)工藝流程，用來保證耐重載交通道路的質(zhì)量要求。在施工過程中，嚴(yán)格把好每一道關(guān)，每個環(huán)節(jié)每個流程都要有序進(jìn)行，對于已經(jīng)施工完成的路面，首先就是要進(jìn)行路面外觀檢查，看下路面整體是否水平，通過技術(shù)進(jìn)行路面力學(xué)測試，測試路面的承受力，計算每平方米在超載和重載的前提下磨損量及混凝土的韌性檢測。

3.3.1 外觀平整度

在道路施工完成后，檢查道路外觀平整性，有無麻點(diǎn)、坑洼、蜂窩、裂痕和粗細(xì)集料外露等情況出現(xiàn)，在養(yǎng)生過程中，及時發(fā)現(xiàn)路面不平現(xiàn)象，驗收合格標(biāo)準(zhǔn)為路面平整不存水，幾何方向不偏離。驗收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3.3.2 性能達(dá)標(biāo)率

高抗折、高耐磨是耐重載道路的重要優(yōu)點(diǎn)，也是保證該性能的重要指標(biāo)，能否達(dá)到這些性能直接影響道路的使用年限和使用功能，所以完工后通過道路養(yǎng)護(hù)后，嚴(yán)格計算抗折、耐磨的技術(shù)指標(biāo)，各項指標(biāo)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)后方可正式投入使用。

4 結(jié)束語

隨著交通事業(yè)的飛速發(fā)展，超載、重載運(yùn)輸越來越多，這對常規(guī)的水泥混凝土道路的挑戰(zhàn)增加。由于重載交通為貨物運(yùn)輸常態(tài)，常規(guī)道路混凝土使用期間經(jīng)常會出現(xiàn)斷裂、錯臺及脫空等現(xiàn)象，甚至有很多道路由于受重載車輛的碾壓，直接出現(xiàn)路面粉碎等現(xiàn)象，大大減少了道路的使用壽命，還存在著很大的交通運(yùn)輸安全問題。隨著對抗折、耐磨道路混凝土的研究，在常規(guī)水泥混凝土的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，成功研究出高抗折、高耐磨的混凝土，在水泥里加入礦物摻和料和聚丙烯纖維等原材料，極大改善道路混凝土的整體性能，增加抗折、抗磨損的強(qiáng)度，嚴(yán)格按照原材料比例進(jìn)行攪拌，使力學(xué)性能和耐磨性能都實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍?？拐邸⒛湍バ阅芏家３值那疤?，是對施工工藝和技術(shù)要求更加嚴(yán)格，除了按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置外還要更加考驗現(xiàn)場施工人員的技術(shù)水平，因為施工條件限制，施工人員的經(jīng)驗就發(fā)揮了重要作用，把標(biāo)準(zhǔn)控制在合格之內(nèi)，是每個專業(yè)道路施工人員的基本要求，所有配比結(jié)果都要符合耐重載道路混凝土滿足高強(qiáng)度、高耐磨的需要。