超薄混凝土路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)試驗(yàn)路研究

1、超薄混凝土路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)試驗(yàn)路研究0 引言 目前在瀝青路面上加鋪水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法大致經(jīng)受了以下兩個階段: 1)將加鋪層和舊路面層作為兩個層次,并假設(shè)下臥層為剛性的,因此層間粘結(jié)情況不影響設(shè)計(jì)結(jié)果; 2)20世紀(jì)80年月,歐洲提出了新的設(shè)計(jì)概念,在加鋪層和舊路面層之間設(shè)置一個粘結(jié)層,使得加鋪層和舊路面層完善的結(jié)合在一起。在這種新的設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下形成了超薄混凝土技術(shù)(Ultra-ThinWhitetopping,簡稱UTW), 90年月歐美等國家對該技術(shù)綻開了廣泛的應(yīng)用研究1。 本文結(jié)合天大線超薄混凝土路面實(shí)驗(yàn)路狀況,主要探討超薄混凝土設(shè)計(jì)及施工技術(shù),供同行參考。 1 超薄路面技術(shù)特點(diǎn)

2、 超薄水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)是厚度不大于100 mm、與下臥瀝青混凝土層徹低粘結(jié)的路面結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有以下幾個特征: 1)厚度一般在50 mm 100 mm,小于薄混凝土路面(ThinWhitetopping,簡稱TWT,厚度100 mm200 mm)和平凡混凝土路面(厚度一般大于200 mm); 2)水泥混凝土面層務(wù)必與下臥層徹低粘結(jié),整體受力。如圖1所示,圖1a)為平凡混凝土加鋪層受力狀況,加鋪層與原路面之間粘結(jié)力較小,加鋪層層底彎拉應(yīng)力較大;圖1b)為超薄混凝土路面受力狀況,加鋪層與下臥層形成一個復(fù)合整體,加鋪層內(nèi)以壓應(yīng)力為主,充分發(fā)揮水泥混凝土材料的高抗壓強(qiáng)度和下臥層的殘余強(qiáng)度; 3)接

3、縫間距小,一般取12h18h(h為UTW層厚度),即接縫間距在0. 6 m1. 8 m內(nèi)。小板塊在車輛荷載作用下,大大降低了板底的彎拉應(yīng)力和彎曲變形。圖2為美國肯塔基州1992年在某貨車路上鋪筑的實(shí)驗(yàn)路,超薄層厚度為50mm,接縫間距為0.6m,工程效果良好2; 4)一般采用纖維混凝土作為加鋪層材料,以提高水泥混凝土的抗彎拉強(qiáng)度和疲憊壽命。常用的有聚丙烯纖維單絲、聚丙烯纖維網(wǎng)、玄武巖纖維等。 2 實(shí)驗(yàn)路超薄混凝土路面設(shè)計(jì) 2.1 實(shí)驗(yàn)路概況 實(shí)驗(yàn)路為天臺縣境內(nèi)天大線大路,為山區(qū)三級大路,銜接石梁鎮(zhèn)和天臺縣城。2022年10月,協(xié)作天大線路面大修工程,抉擇天大線起始2. 5 km兩側(cè)硬路肩作為實(shí)

4、驗(yàn)路鋪筑對象,舉行了UTW路面實(shí)驗(yàn)路施工。路肩上車輛荷載作用次數(shù)很少,既能滿意低交通量使用條件,且施工不影響道路正常運(yùn)營,有利于實(shí)驗(yàn)路施工及后續(xù)研究工作的開展。 為驗(yàn)證超薄路面接縫間距的合理范圍,擬定多種間距,并交替布置平凡混凝土、纖維混凝土,以比較其工程效果,如圖3所示。每段500 m,兩側(cè)共分為10段,每種類型2段。 2.2 纖維混凝土協(xié)作比設(shè)計(jì)纖維混凝土協(xié)作比設(shè)計(jì)分兩個階段: 1)基準(zhǔn)協(xié)作比設(shè)計(jì); 2)纖維混凝土協(xié)作比設(shè)計(jì)。基準(zhǔn)協(xié)作比設(shè)計(jì)同平凡大路水泥混凝土協(xié)作比設(shè)計(jì)方法。 2.2.1 原材料 材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按照J(rèn)TG F30-2022大路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范對中輕交通條件下平凡水泥

5、混凝土材料質(zhì)量要求。水泥: P.O42. 5平凡硅酸鹽水泥,水泥質(zhì)量見表1。水:采用日常飲用水。質(zhì)量符合規(guī)范要求。細(xì)骨料:中砂,細(xì)度模數(shù)2. 8,表觀密度2 632 kg/m3,含泥量0. 9%。粗骨料:碎石,粒徑5 mm10 mm和10 mm20 mm兩種摻配而成,集料質(zhì)量滿意規(guī)范要求,表觀密度2 839 kg/m3,組合級配符合規(guī)范要求。減水劑:早強(qiáng)減水劑,實(shí)測減水率15%,摻量為3%水泥用量。 2.2.2 玄武巖纖維技術(shù)要求 目前國內(nèi)外應(yīng)用于UTW路面混凝土的纖維主要有以下幾種:聚丙烯纖維、聚丙烯纖維網(wǎng)。玄武巖纖維在房屋建造混凝土結(jié)構(gòu)中已有較廣泛的應(yīng)用,此次應(yīng)用玄武巖纖維作為增加材料。短

6、切玄武巖纖維強(qiáng)混凝土力學(xué)性能與素混凝土試件的對照,玄武巖纖維對混凝土具有顯然的增加、增韌效果3。玄武巖纖維質(zhì)量參考GBT 23265-2022水泥混凝土和砂漿用短切玄武巖纖維中對短切玄武巖纖維的技術(shù)要求,玄武巖質(zhì)量見表2。 2.2.3 纖維混凝土協(xié)作比設(shè)計(jì) 本實(shí)驗(yàn)路以抗彎拉強(qiáng)度為指標(biāo)的閱歷公式法計(jì)算決定C40混凝土初步協(xié)作比,而后舉行試拌調(diào)節(jié)得到如下基準(zhǔn)協(xié)作比:水泥砂石子水外加劑=11. 683. 260. 360. 030 0。纖維混凝土協(xié)作比是在基準(zhǔn)協(xié)作比中摻入不同劑量的纖維形成。為決定最佳纖維用量,采用2. 5%, 3. 0%, 3. 5%水泥用量三種纖維摻量舉行對照試驗(yàn),決定最佳纖維摻

7、配量。 2.2.4 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 通過混凝土抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和抗彎拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)決定最佳纖維摻量,并比較玄武巖纖維混凝土與平凡混凝土的性能差異,試驗(yàn)結(jié)果見表3,表4。經(jīng)測定摻加玄武巖纖維,水泥混凝土坍落度有所降低,降低量在5 mm7 mm。 抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)表明,添加玄武巖纖維,混凝土的抗壓強(qiáng)度有所下降,抗彎拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)表明,玄武巖纖維混凝土抗彎拉強(qiáng)度顯著提高,且3. 0%為最佳摻量。 2.3 UTW混凝土路面平面設(shè)計(jì) 超薄混凝土路面平面設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是接縫設(shè)計(jì)。UTW路面縱向橫向接縫宜采用12h18h(h為UTW層厚度)。本次實(shí)驗(yàn)路路面平均厚度5 cm,最大厚度7 cm,最小厚度4. 5 cm。設(shè)計(jì)時

8、采用了兩種間距: 0. 75 m和1. 20 m,分離為15h和24h。采用24h的主要目的是為了檢驗(yàn)接縫間距較大時UTW路面的工程效果,驗(yàn)證上述理論的正確性。 3 超薄混凝土路面施工技術(shù) 通過分段施工,總結(jié)若干段UTW路面施工的實(shí)際工程效果,發(fā)覺UTW路面施工應(yīng)留意以下問題,以避開消失脫皮、龜裂等破壞。 3.1 界面處治 應(yīng)舉行相應(yīng)施工技術(shù)打算工作。因面層厚度約為5 cm,層厚小,為避開混凝土消失早期起皮剝離現(xiàn)象,務(wù)必對原路面表面舉行徹底清理。實(shí)驗(yàn)路采用拋丸機(jī)打毛路面,而后用高壓水槍沖洗,表干后立刻攤鋪混凝土面層,避開二次污染。 3.2 混凝土拌合與攤鋪 為了便于施工,在施工前應(yīng)先按計(jì)算好的

9、摻量,將玄武巖纖維分包裝好,拌合時將纖維與砂、石、水泥等同時加入攪拌機(jī),先干拌30 s,然后加水濕拌90 s。外加劑原液應(yīng)先加入拌合用水中稀釋,再和水一起加入攪拌機(jī)中。因面層厚度薄和纖維的使用,務(wù)必使用平板震驚器振搗,不得使用插入式震驚器振搗,避開影響纖維的分布。在纖維混凝土澆筑1 h2 h后,應(yīng)對混凝土舉行二次振搗,并對纖維混凝土表面拍打振實(shí)。充分的振搗一方面降低了混凝土的收縮應(yīng)力,同時混凝土的粘聚性增大,有效阻擋了混凝土的離析。因?yàn)閾饺胄鋷r纖維后形成三維網(wǎng)結(jié)構(gòu),混凝土的坍落度會略有降低,但杜絕人為加入大量的水,振搗后與一般混凝土不同,出漿量也會略有削減,抹平時與正常方法相同。為保證順當(dāng)振

10、搗和收面,一定要控制坍落度在適合范圍內(nèi)。現(xiàn)場條件下坍落度會隨時光削減,故要搞好現(xiàn)場組織,盡可能縮短混凝土出機(jī)到入模的運(yùn)送時光,防止水分蒸發(fā)過多,影響坍落度。超薄混凝土面層鋪筑的其他技術(shù)要求同平凡混凝土路面。 3.3 接縫設(shè)置與混凝土養(yǎng)護(hù) 橫向縮縫的設(shè)置采用所有硬切的方式,切割深度為1/51/4面層厚度?，F(xiàn)場施工溫度及條件相同時,壓紋和假縫割應(yīng)比一般混凝土滯后約0. 5 h1 h。超薄混凝土應(yīng)加強(qiáng)保濕養(yǎng)生,避開消失早期縮裂。實(shí)驗(yàn)路施工初期,部分路段因保濕養(yǎng)生不足,消失了嚴(yán)峻的龜裂。后期采用加大養(yǎng)生劑用量(2倍平凡混凝土路面用量)等措施,表面開裂比率大大減小。 4 結(jié)論與展望 1)試驗(yàn)表明,摻加玄武巖纖維降低了水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度,提高了混凝土的抗彎拉強(qiáng)度,降低了路面剛度,提高了韌性,