水泥溷凝土路面施工.ppt

第十六章 水泥混凝土路面施工,第十六章 水泥混凝土路面施工,第一节 水泥混凝土路面材料要求第二节 水泥混凝土配合比设计第三节 路面混凝土施工第四节 块料及其他类型混凝土路面,第一节 水泥混凝土路面材料要求,水泥混凝土路面结构层是以水泥与水合成的水泥浆为结合料、碎（砾）石为骨料、砂为填充料，经拌和、摊铺、密实和养生而成的。混凝土材料必须具有较高的强度（主要是抗弯拉强度）和抗磨性，良好的耐冻性（在寒冷地带需要考虑）以及尽可能低的膨胀系数和弹性模量。应有适当的施工和易性。为此，应对路面混凝土及其组成材料提出一定的要求，并确定合适的配合比例。,一、水泥,原则上应采用抗折强度高、耐疲劳、干缩小、耐磨性和抗冻性好的水泥。常用硅酸盐水泥的主要品种有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和道路硅酸盐水泥。其技术性质应符合表161(见教材）中所列的规定。六种硅酸盐水泥的强度标准，见表162（见教材）。道路硅酸盐水泥的技术性质应符合表163（见教材）的规定。,在各等级的道路水泥混凝土路面工程中，应优先使用道路水泥。特重、重交通道路更应优先使用道路硅酸盐水泥，宜采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，中等以下交通量的路面，也可采用矿渣硅酸盐水泥。但粉煤灰硅酸盐水泥不宜在混凝土路面中使用。现行水泥规范中所规定的强度等级由抗压强度确定，并不完全代表水泥的抗折强度，在要求抗折强度的同时，对水泥的抗压强度也应提出相应的要求，水泥的采购和使用时必须要先明确其强度等级，水泥强度是抗压强度等级和抗折强度双指标要求，两者应同时满足。各交通等级路面水泥抗折强度、抗压强度应符合下表的规定。,各交通等级路面所使用水泥的化学成分、物理性能等路用品质要求应符合表165（见教材）的规定。水泥进场时每批量应附有齐全的化学成分、矿物组成、物理、力学指标合格的检验证明。使用前应对水泥的安定性、凝结时间、标准稠度用水量、抗折强度、细度等主要技术指标检验合格后，方可使用。水泥的存放期不得超过三个月。选用水泥时，除满足表165（见教材）的各项规定外，还应通过混凝土配合比试验，根据其配制弯拉强度、耐久性和工作性优选适宜的水泥品种、强度等级。,二、集料,集料是水泥混凝土中份量最大的组成材料，粒径4.75mm以上者，为粗集料；粒径4.75mm以下者为细集料。1.粗集料 集料的颗粒形状、级配、矿物成分、表面特征对所配制的混凝土抗折强度、用水量、工作性、界面粘结有较大的影响。水泥混凝土粗集料应质地坚硬、耐久、洁净。其强度及压碎值等技术要求应符合下表的规定。,碎石、碎卵石和卵石技术指标,水泥混凝土粗集料的技术要求分为I、II、III级。混凝土强度等级大于C60时用I级；强度等级C30C60及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土用II级；强度等级小于C30可用III级。用做路面和桥面混凝土的粗集料不得使用不分级的统料，应按最大公称粒径的不同采用24个粒级的集料进行掺配，并应符合下表合成级配的要求。,2.细集料 路面用细集料可采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂、人工砂和混合砂。技术要求应符合表168（见教材）的规定。细集料的技术要求分为I、II、III级。C60以上的高强混凝土用I级高强砂；C30C60的中强度及有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土用II级中强砂；C30以下的普通混凝土用III级低强砂。因此，高速公路、一级公路、二级公路和城市快速路、主干路、次干路及有抗（盐）冻要求的三、四级公路和城市支路混凝土路面使用的砂类别不应低于II级，无抗（盐）冻要求的三、四级公路和城市支路混凝土路面及贫混凝土基层可使用III级砂。,细集料的级配要求应符合下表的规定，路面和桥面用天然砂宜为中砂，也可使用细度模数在2.03.5之间的砂。同一配合比用砂的细度模数变化范围不应超过0.3，否则，应分别堆放，并调整配合比中的砂率后再使用。,三、水,饮用水可直接作为混凝土搅拌和养护用水。清洗集料、拌和混凝土及养生用水，不应含有影响混凝土质量的油、酸、碱、盐类、有机物等有害杂质。对水质有疑问时，应检验下列指标，并应符合表1610的规定。混凝土拌和用水的质量要求 表1610,四、外加剂,使用外加剂的目的：改善工作性降低水灰比节约水泥1.减水剂 各交通等级道路路面混凝土宜选用减水率较高、坍落度损失较小、凝结时间可调控的复合型减水剂。高温施工宜使用引气缓凝减水剂或引气高效缓凝（保塑）减水剂；低温天施工宜使用引气早强高效减水剂。,外加剂的产品质量应符合下表的各项技术指标。,2.调整新拌混凝土施工性能的外加剂 调整新拌混凝土性能，满足施工要求的外加剂和品种有：调整凝结时间的缓凝剂；控制新拌混凝土坍落度损失的保塑剂；冬季施工使用的促凝剂、防冻剂和早强剂等。3.引气剂 引气剂的主要作用是：改善和易性、减少泌水、提供富浆平整的表面；提高抗弯拉强度、同时降低抗折弹性模量、改善荷载和温、湿度变形性能；提高抗渗性、抗冻性和耐候性。引气剂同时有减水作用。,4.粉煤灰及其他掺合料粉煤灰 掺用粉煤灰质量指标应符合下表规定。在水泥混凝土路面和贫混凝土基层工程中使用粉煤灰的基本原则是：必须证水泥混凝土路面的28d强度要求；利用其后期强度高的特点增加抵抗超载的强度储备，以利延长路面使用寿命，并保证水泥混凝土路面的抗弯拉强度、耐疲劳性和耐久性。其他掺合料 路面和桥面混凝土中可使用硅灰和磨细（水淬高炉）矿渣。,第二节 水泥混凝土配合比设计,路面水泥混凝土的配合比设计和施工控制是路面施工质量中的重要环节。即使原材料相同，由于配合比不当或失控，也会造成路面磨损、断板等早期破损现象。因此，在配合比设计上具有路面自身的结构特点与技术要求。一、配合比设计要求 水泥混凝土路面的配合比设计应满足抗弯拉强度、工作性、耐久性及经济性等四项基本要求。,1.抗弯拉强度 试配28d弯拉强度的平均值以（MPa），应按式（161）确定。（161）式中：配制28d弯拉强度的平均值（MPa）；设计弯拉强度标准值（MPa）；s 弯拉强度试验样本的标准差（MPa）；t 保证率系数，应按表16-13确定 Cv 弯拉强度变异系数，统计数据在表16-14范围内取值,保证率系数t 表16-13各级道路混凝土路面满足可靠度要求的配制弯拉强度变异系数 表1614,2.工作性混凝土工作性必须首先满足振捣棒（组）对路面板的振捣密实度的要求；其次是满足路表面平整度、抗滑构造、表面砂浆的厚度均匀和外观效果的要求。滑模摊铺时，摊铺机前混凝土拌合物最佳工作性及允许范围应符合下表的规定。,轨道摊铺机、三辊轴机组、小型机具摊铺的路面混凝土坍落度及最大单位用水量，应满足下表的规定。,3.耐久性 耐久性所包含的内容包括：满足抗（盐）冻性、抗滑性、抗磨性、抗冲击性、耐疲劳性要求及抗海水、海风、酸雨、硫酸盐等腐蚀环境介质化学侵蚀性的要求。各交通等级路面混凝土满足耐久性要求的最大水灰（胶）比和最小单位水泥用量应符合下表的规定。,4.经济性 在满足上述三项技术要求的前提下，配合比应尽可能经济。5.外加剂的使用要求高温施工时，混凝土拌合物的初凝时间不得小于3h，否则，应采取缓凝或保塑措施；低温施工时，终凝时间不得大于10h，否则，应采取必要的促凝或早强措施。,（一）水灰比计算和确定1水灰比计算 由混凝土试配弯拉强度（MPa）、水泥实测28d抗折强度（MPa）和粗集料类型按下列经验公式计算水灰比：碎石和碎卵石混凝土：（162）卵石混凝土：（163）2水灰（胶）比的取值规定 掺用粉煤灰时，应计入超量取代法中代替水泥的那一部分粉煤灰用量（代替砂的超量部分不计入），用水胶比代替水灰比。,二、配合比设计方法与步骤,（二）砂率的选择和确定 砂率可根据砂的细度模数和粗集料种类，查表1618取值。在软作抗滑槽时，砂率在表1618基础上可增大1%2%。砂的细度模数与最优砂率关系 表1618（三）单位用水量的计算和确定 碎石：（164）卵石：（165）,（四）单位水泥用量的计算和确定 单位水泥用量应由式（167）计算，并取计算值与表1617耐久性规定值两者中的大值。（167）式中：Co单位水泥用量（kg/m3）。,（五）砂石料用量的计算和确定 1密度法 密度法可按下列两公式联立计算：（168）2体积法 体积法可按下式（169）与式（168）联立计算：（169）,（六）混凝土配合比设计中粉煤灰的使用 各级道路路面混凝土拌合物中掺粉煤灰时，其配合比计算应按超量取代法进行。粉煤灰掺量应根据水泥中原有的掺合材料数量和混凝土弯拉强度、耐磨性等要求由试验确定。粉煤灰的超量系数可按表1619初选。路面混凝土中使用粉煤灰掺量限制的基本原则是：要保证其全部水化并发挥强度及其它效果。,（七）混凝土配合比设计的确定与调整 道路水泥混凝土的配合比设计可分为三个阶段：实验室基准配合比设计，搅拌站试拌配合比设计，施工现场配合比调整与验证 1实验室基准配合比确定、调整及验证 按上述各公式估算出的配合比，首先检验各种混凝土拌合物是否满足不同施工方式的工作性要求。检验项目包括含气量、坍落度及其损失或振动粘度系数、改进VC值、外加剂品种及其最佳掺量。在工作性和含气量不满足相应摊铺方式要求时，可保持水灰比不变调整单位用水量、外加剂掺量和砂率。但不得减小满足弯拉强度及耐久性要求计算得到的水泥用量。,2搅拌站试拌配合比设计混凝土的实验室配合比应通过施工搅拌站实际拌和检验，并应根据料场砂石料含水量、拌合物实测容重、含气量、坍落度及其损失，调整单位用水量、砂率和外加剂掺量等。调整时水灰（胶）比不得变动，水泥（胶材）用量不得减小。在满足不同施工方式的工作性、28d（7d）试配弯拉强度、抗压强度和耐久性等要求后，得出搅拌站试拌配合比。3施工现场配合比调整与验证实验室的基准配合比应通过搅拌站实际拌和检验和不小于200m试验路段的验证，确定满足试拌、试铺的工作性、28d（至少7d）配制弯拉强度、抗压强度和耐久性等要求的配合比，作为施工配合比。,第三节 路面混凝土施工,按路面混凝土摊铺和成型所采用的方法和机械的不同，混凝土面层的施工可分为：小型机具；三辊轴机组；轨道式摊铺机；滑模式摊铺机；碾压混凝土。,一、施工准备工作 水泥混凝土路面施工前的准备工作包括材料准备及质量检验、混合料配合比检验与调整、基层的检验与整修、施工放样及机械准备等。（一）施工机械选型和配套 高等级道路建设采用大型成套滑模摊铺装和高新施工技术，是保证水泥混凝土路面的内在质量、表面的行驶功能和耐久性技术指标要求的关键。根据自身条件和拟建道路等级按照表1620所示的机械装备要求选择合适的设备和工艺。,（二）混凝土拌和与运输1拌和搅拌站的拌和设备生产能力与容量必须与路面上的机械铺筑能力匹配，密切配合，形成具有计划摊铺能力的系统。搅拌机的配备应优先选配间歇式搅拌机，也可使用连续式搅拌机。混凝土搅拌机型的选配应以搅拌速度和效率最高、搅拌效果最好的强制双卧轴或行星立轴为主要机型机型，也可使用单卧轴或单立轴搅拌机。拌和时间的确定应同时考虑质量和产量，并应根据拌合物的粘聚性、均质性及强度稳定性试拌确定最佳拌和时间。拌合物应均匀一致，有干料、生料、离析或外加剂、粉煤灰成团现象的非均质拌合物严禁使用。,2运输运输车辆应选配车况优良的自卸车，自卸车后挡板应关闭紧密，运输时不漏浆撒料，车箱板应平整光滑。实际工程中应根据施工进度、运量、运距及路况，选配车型和车辆总数。（三）模板的架设与拆除模板不仅是路面摊铺的几何基准，而且是铺筑设备作业和拌合物所依托的支撑条件，关系到路面施工的几何线形、顺直度、厚度、平整度及其稳定性等关键质量指标。模板应安装稳固、顺直、平整，无扭曲，相邻模板连接应紧密平顺，底部不得有漏浆、前后错茬、高低错台等现象。模板应能承受摊铺、振实、整平设备的负载行进、冲击和振动时不发生位移。当混凝土抗压强度不小于（8.010.0）MPa时方可拆模。适宜的拆模时间与施工时当地的昼夜平均气温和所用的水泥品种有关，气温高，水泥中掺加的混合材少者，则拆模时间短，反之拆模时间长。,二、滑模机械铺筑（一）机械配备 高速公路、一级公路城市快速路、主干道施工，应选配能一次摊铺23个车道宽度7.512.5m的大型滑模摊铺机，以减少纵向连接纵缝部位的不平整和积水现象；其他道路路面的最小摊铺宽度不得小于单车道设计宽度。滑模摊铺机选择首先必须满足施工路面、路肩、路缘石和护栏等的基本施工要求；其次是摊铺机本身的工作配件齐全，并配备螺旋或刮板布料器、松方高度控制板、振动排气仓、夯实杆或振动搓平梁、自动抹平板、侧向打拉杆及同时摊铺双车道的中部打拉杆装置等。,（二）工艺流程滑模式摊铺机施工混凝土路面不需要轨模，摊铺机支承在四个液压缸上，两侧设置有随机移动的固定滑模，摊铺厚度通过摊铺机上下移动来调整。滑模式摊铺机一次通过即可完成摊铺、振捣、整平等多道工序，作业过程如图161所示。,1-螺旋摊铺器;2-刮平器;3-振捣器;4-刮平板;5-振动振平板;6-光面带;7-混凝土面层,（三）施工技术要点 操作滑模摊铺机应缓慢、匀速、连续不间断地作业。严禁随意停机等待，间歇摊铺。铺筑作业应随时调整松方高度板控制进料位置，开始时可略设高些，以保证进料。正常摊铺时，振捣频率可在600011000r/min之间调整，一般可采用9000r/min左右的频率。滑模摊铺机满负荷时可铺筑的路面最大纵坡为：上坡5%；下坡6%。,三、三辊轴机组铺筑 水泥混凝土路面三辊轴机组施工是对小型机具改进的技术，其施工工艺的机械化程度适中，设备投入少，技术容易掌握，主要用于中、低等级道路水泥混凝土路面的施工或路面断板、碎板等局部少量板块的翻修改建。四、轨道摊铺机铺筑 在水泥混凝土路面铺筑方式中，轨道摊铺为较高技术层次的水泥路面摊铺铺筑方式，轨道摊铺机的优点是可以倒车反复做路面，缺点是轨模板过重，轨模板安装劳动强度大。,轨道摊铺时的适宜坍落度按振捣密实情况应控制在2040mm之间。不同坍落度时的松铺系数K可参考表1621确定，并按此计算出松铺高度。布料的关键是按不同的坍落度控制松铺系数。五、小型机具铺筑 小型机具施工工艺是水泥混凝土路面施工方式中传统的施工方式，可在中、轻交通的低等级水泥混凝土路面施工中使用。它技术简单成熟，施工便捷，不需要大型设备，主要靠人工，劳动强度大，使用的劳动力数量多，是劳动力密集型的水泥混凝土路面施工方式。,六、碾压混凝土路面施工 碾压混凝土路面是将单位用水量较少（低水灰比混合料）的干硬性混凝土摊铺、碾压成型的一种水泥混凝土路面。1.碾压混凝土铺筑工艺流程 2.机械选型 碾压混凝土路面施工最好选择带自动找平系统和高密实度熨平板的大型沥青混合料摊铺机，其最大摊铺厚度可达到30cm，摊铺预压密实度可达到85%以上。根据路面摊铺宽度可选用12台。,3.混凝土拌和 碾压混凝土拌和是将符合质量要求的各种原材料按照配合比规定的比例拌合均匀，其工作内容从料场管理开始直至将合格的混凝土混合料卸放到运料车上，关键工艺参数有原材料质量稳定的措施、拌和时间和防离析措施等。4.摊铺 摊铺是碾压混凝土路面施工的关键工序，其关键是将从运料车上接收的混凝土混合料按照规定的尺寸（摊铺宽度和厚度）和一定的预压密实度均匀的摊铺到基层上，其重要工艺参数有自动找平系统工作参数、熨平板参数等,5.碾压作业碾压是使混合料充分密实、形成碾压混凝土路面的主要工序。在混凝土配合比和压实机械选定之后，影响压实效果的主要是碾压工作段长度、碾压程序（不同压路机及不同参数的组合）、碾压速度、碾压遍数和环境条件。碾压程序上一般要经过稳压（初压）、复压和终压三个阶段。6.养生 养生是水泥混凝土强度形成的必需工序，尤其是对超干硬的碾压混凝土，由于本身水分少，如不能很好的加以养生，及时保存和补充水分，将会造成水分损失，严重影响碾压混凝土的强度增长。碾压混凝土强度增长比普通混凝土要快，可以缩短养生时间、提早开放交通。,七、施工质量检查与验收 水泥混凝土路面平整度、弯拉强度和板厚三大关键质量指标的检测要求应符合下列规定:（1）用3m直尺检测平整度作为施工过程中质量控 制检测项目，平整度合格标准应符合表823（见教材）的规定；（2）应从搅拌机生产的拌合物中随机取样，并按有关试验规程规定的标准方法检测混凝土路面弯拉强度，弯拉强度应采用三参数评价：平均弯拉强度合格值；最小值；变异系数。（3）应在面层摊铺前通过基准线或模板严格控制板厚，检验标准为：行车道横坡低侧面板厚度和厚度平均值两项指标均应满足设计厚度允许偏差。同时，板厚变异系数应符合设计规定。,第四节 块料及其他类型混凝土路面,一、块料路面用块状石料或混凝土预制块铺筑的路面称为块料路面。优点:坚固耐久、清洁少尘，养护修理方便。由于这种路面易于翻修，因而特别适用于土基不够稳定的桥头高填土路段、铁路交叉口以及有地下管线的城市道路上。缺点:用手工铺筑，难以实现机械化施工，块料之间容易出现松动，铺筑进度慢。,二、钢筋混凝土路面筋混凝土路面结构中配置钢筋的目的主要是控制混凝土路面板在产生裂缝之后保持裂缝紧密接触，裂缝宽度不会扩张。主要适用于各种容易引起路面板裂缝的情况。钢筋混凝土路面纵横向钢筋宜采用相同的直径，钢筋网的最小间距应大于混凝土最大粒径的2倍，钢筋的搭接长度宜大于直径的35倍。表1624所示为路面用钢筋的最小直径和最大间距。,三、连续配筋混凝土路面连续配筋混凝土路面在路面纵向配有足够数量的不间断连续钢筋，以抵制混凝土路面板因纵向收缩而产生横向裂缝。因此连续配筋混凝土路面不设横向胀缝和缩缝，形成一完整和平坦的行车表面，改善了行车平稳性，同时增加了路面板的整体强度。连续配筋混凝土路面最适宜用于高速公路及一级公路和交通量特别大的重载道路,四、钢纤维混凝土路面钢纤维混凝土是一种性能优良的路面材料，它能显著提高混凝土的抗拉强度、抗弯拉强度、抗冻性、抗冲击、抗磨耗、抗疲劳等性能，在路面工程中应用，可以明显减小路面板厚度，改善路用性能。适用于地面标高受限制地段的路面，如桥面铺装、城市道路旧混凝土路面的加铺层等。五、复合式混凝土路面复合式混凝土路面是指上下两层采用不同混凝土材料组成的路面。复合式路面有以下几种类型：上柔下刚复合式混凝土路面；上低塑下碾压复合式混凝土路面；碾压钢丝网水泥混凝土路面；素混凝土与钢纤维混凝土双层复合式路面；钢纤维混凝土与素混凝土三分层复合结构。,六、贫混凝土基层板贫混凝土基层板是指用水泥用量较低、混凝土等级较低的混凝土混合料铺筑的路面板。主要用做特重交通、高速公路、一级公路沥青路面和水泥混凝土路面的刚性基层板。贫混凝土的设计强度和最大水灰比随交通等级的轻重决定，表1625所列数据可供参考。,七、装配式混凝土路面装配式混凝土路面是在工厂中把混凝土预制成板块，然后运至工地现场装配而成。优点：混凝土板可以全年生产，不受气候影响，混凝土质量容易保证；施工进度快，铺筑完毕即可通车；损坏后易于拆换修理。缺点：接缝多，整体性差，容易引起行车颠簸跳动，因而在公路上一般不宜采用。适用于城市道路、厂矿道路、大型基建场地、停车站场和软弱土基上。,