水泥混凝土路面工程质量控制三要素

水泥混凝土路面工程质量控制三要素

丁寿文

（邗江交通建设工程有限公司）

[摘要]针对目前水泥混凝土路面存在的某些质量问题，论述和提出了保障水泥混凝土路面质量的三大要素：精细高性能道路混凝土材料、振捣密实的面板、稳固的路基和基层。

关键词：水泥混凝土路面、质量控制、材料、振捣基层。

1．引言

随着我国公路交通的发展，水泥混凝土路面的建设发展迅速。按交通部公路司发布的统计数据，从1990~1997年，我国建成的水泥混凝土路面由11373KM，增长了6倍多，年增长率达29.3%。例如：气话市几大重点工程也采用了水泥混凝土路面，如扬（州）六（合）一级公路，扬（州）江（都）一级公路、宁通公路、通港公路等。勿庸讳言，我市水泥混凝土路面的建设质量良萎不齐。有的公路建设的水泥混凝土路面质量较差，通车时间不长就发生较多破损，需要投入大量人力、财力和物力进行修补。

由于出现大量水泥混凝土路面破损，“水泥混凝土路面修补技术”成为一项重要课题，从交通部到各个地方都在花大量精力研究。但是，这毕竟是“亡羊补牢”，不能解决其“先天不足”的根本质量问题。如果不从根本上解决水泥混凝土路面的质量问题，“先天不足”的路面会边修边坏，陷入无止境的恶性循环。因此不少地方“怕”建水泥凝土路面，使当地丰富的水泥资源得不到有效利用，无法带动当地国民经济发展。另外，水泥混凝土路面的设计寿命为30年，如在较短的时间内发生大面积破损，对资源也是一种浪费和损失。

路面工程与其它混凝土结构工程不同，它承受繁重的交通荷载。它需要承受重载车轮的作用，承受动载疲劳破坏，承受冲击、磨损破坏，还要承受温度、冰冻、湿度、腐蚀等环境因素的破坏作用，它的使用条件是苛刻和严酷的。在这种使用条件下，路面工程需有严格的质量要求。影响水泥混凝土路面质量的因素很多，由于施工方法、方式不同，要求也不同，但是无论采用哪种施工方法，必须反复强调：材料精良、面板密实、基础稳固。这三方面在某些地方没有引起重视或重视不够，本文就这三个方面谈些看法，其它方面的要求参见相关规范与资料。

2混凝土路面材料

2．1混凝土路面外观的颜色差异

目前，我国大多数水泥混凝土路面的施工使用小型滚筒自落式或强制式混凝土搅拌机，如果一台搅拌机不够，排列3~5台，上砂石料使用手推车，水泥计量依靠数包，加水凭感觉。由于无法自动计量配料，混凝土配合比得不到有效控制，一块板与另一块的水泥用量、用水量、砂率无明显不同，达不到路面混凝土的基本配料要求。摊铺到路面上的混凝土，可用肉眼看出色泽不一致，甚至在一块板内的混凝土颜色都不一致。在质量薄弱的部位，很快会磨损和破坏。这是一种落后的混凝土生产方式，显然满足不了现代重交通对路面的要求。

现场试验分析表明：当用肉眼能看出混凝土路面存在颜色差异时，混凝土配料中水泥用量的误差将大于7%、用水量的误差大于10%、集料误差大于10%。我国《水泥混凝土路面施工及验收规范》（GBJ97-87）要求的原材料和配合比允许误差为：水泥为±1%，粗细骨料为±3%，水为±1%，外加剂为±2%。满足原材料配合比精度，使用能够自动计量称料的混凝土搅拌设备可以达到。但是计量不准或控制不严，亦达不到配料精度要求。问题的关键并不在于规定了多高的配料精度或搅拌机械的好坏，而在于事实上做到了没有。中面检查时，表面混凝土存在颜色差别，证明路面混凝土材料不合格，必须改进生产方式。

2．2精细高性能道路混凝土

混凝土材料科学正在飞速发展，以保障混凝土材料重交通荷载破坏和使用耐久性为主要特征的精细高性能道路混凝土技术已经形成。生产精细高性能道路混凝土的主导手段是

“双掺技术”，即掺化学外加剂和活性磨细的混合材料。现扩展到了保障混凝土的匀质性和工作性、高抗折强度、小变形性能、耐候性（即温、湿度变形稳定性）等更大的范畴，已把它看作精细高性能道路混凝土的关键技术。

要保证路面混凝土材料质量，必须依靠混凝土材料的高新科技，现将道路混凝土使用引气剂技术，作为实现“精细的高性能道路混凝土”要求的突破口和切入点，希望引起广泛的关注，进行研究。

2．3原材料的规格和质量

（1）使用粒径较小的粗集料。

现行《水泥混凝土路面施工及验收规范》（GBJ97-87）中对水泥混凝土路面的最大粗集料粒径规定为40mm。对比世界各主要发达国家的规范，都规定粗集料最大粒径为20mm；又对比现行《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-93），其水泥稳定碎石、砂砾基层的最大粒径规定为30mm。

研究表现：第一当其它原材料和配合比条件相同时，40mm最大粒径混凝土的抗折强度是偏小混凝土抗折强度最高的最大粒径在20~30mm ，这与抗压强度不同；第二，大粒径混凝土耐疲劳极限较低；第三，热传导系数和热扩散系数较高；第四，40mm最大粒径混凝土的耐磨性和抗冻性较差；第五大粒径混凝土的好处是干缩率相对较小；另外，从混凝土的施工性能来看，40mm最大粒径的混凝土容易发生离析等不均匀现象，不仅影响路面施工的匀质性，还使路面平整不佳。经过全面权衡，作者认为水泥混凝土路面的最大粒径应适当减小。使用碎石时，应采用30mm；使用砾石时，应采用20mm；

同时使用优良的级配，严格限制针片状颗粒的含量。

（2）严格控制集料中的含泥土（石粉）量。

研究表明：集料中的土、泥和石粉含量对抗折强度的负面影响远大于对抗压强度的影响，并且使路面塑性收缩开裂的机率和干缩变形量大大增加。某些发达国家从保证质量的角度对水泥混凝土路面的原材料清洁度进行了要求，不仅要求砾石料全部清洗干净，而且不允许露天堆放，砂石料与水泥一样，在施工现场必须罐装，不允许有任何污染。

《水泥混凝土路面施工及验收规范》（GBJ97-87）规定：粗集料泥土含量≤1%,砂中泥土含量≤3%。虽有明确的规定，但在施工现场所使用的砂石料含泥土（土块、石粉）量仍然经常超标，主要因为：一是碎石场在雨天加工碎石，混进了较多泥土；二是拉斗式上料的搅拌楼，会形成泥土、石粉的富集层；三是料堆建在耕地上，底部不做任何处理，用推土机、装载机推料时造成严重的二次污染。

3 路面板密实度

优质水泥混凝土路面板最重要的施工质量指标是：抗折强度、板厚和平整度，抗折强度是最重要、最基本的要求。抗折强度在控制了材料配合比和质量的前提下，最直接的控制因素是路面的施工密实度。

从施工方面看，保证水泥混凝土路面有足够的抗折强度，路面板必须振捣密实，不得有架空现象。

滑模摊铺机施工方式，除速度快外，其施工的路面抗折强度也高。高抗折强度来源于混凝土得到了高度密实，而高密实是依靠密集布置的（振捣棒中距40~50mm）超高频振捣棒、振捣夯板、挤压底板等机构获得。

人工和小型机具施工方式，摊铺是采用人工布料，材料密实度已经不均匀，加上振捣棒较少，振到的混凝土面板较密实，而大部分欠振捣工没有振到混凝土路面不密实或严重欠密实。

从实践中发现，振捣频率对振捣密实有影响，进而影响面板强度。滑模摊铺机上使

用的是超高频振捣棒，频率在6000-12000次/min之间可调，钻芯数据表明：一般抗折强度比3000次/min的振动合高10%~15%。因此，必须强调要使用滑模摊铺机，用密集排列超高频振捣棒施工。在一些地方，用三滚轴施工高速公路水泥混凝土路面的修复，而不用施工。当采用这种方式施工高等级公路水泥混凝土路面时，必须对振捣机械地行认真的改进。在高等级公路中，禁止使用只用一根振捣棒，或加振动板、振动梁进行的人工施工方式。

目前需要大力推广机械化施工新技术，但是，公路行业有相当一部分的管理和工程技术人员，对机械化施工水泥混凝土路面缺乏明确的认识，认为水泥混凝土路面施工不需要大型机械也可以做，不少地方因为没有沥清路面施工机械，因此改修人工施工的水泥混凝土路面，结果本应很耐久的水泥混凝土路面连沥青路面的使用年限都达不到。因此，建议逐渐在高等级公路上规定使用现代化的机械化施工方法时，应设法使用非破损技术检测人工施工施工混凝土路面的密实度，进行路面实际施工抗折强度的严格临测、管理和控制。

4 基层稳固

水泥混凝土路面运行的前几年，发生在局部的破损或破坏大多是基层不稳造成的，基层不均匀沉降造成的面板破坏超过由于面板本身的问题带来的破坏。主要病害表现为：唧泥、错台、脱空、断板、断角等。

4．1 水泥混凝土路面的基层特征

水泥混凝土（刚性）路面的基层与沥青（柔性）路面基层的功能不同：沥青路面的半刚性基层是荷载承重层，强度和刚度要求是主要性能；刚度很大的水泥混凝土路面板本身就是承重层，通过刚性路面板传递到基层顶面的压力很小。因此水泥混凝土路面基层的基本要求是：提供均匀稳固的支撑条件，基层和路基的变形、位移及均匀性比强度重要。

当基础不均匀变形或不均匀沉降位移略大时，水泥混凝土路面板不可能随其变化，必然要以断裂破坏的形式反映出来。提供均匀稳固的支撑条件必须首先从路基设计上着手，注意以下几点。

（1）路基本冰冻拱胀及春融软化。

路基土产冻胀现象主要因为毛细水的不断供应，在土基中形成冰晶，并增长成冰晶体，将路面上部结构拱起；到春天，冰晶体融化，路基处于过湿状态，路基软化，严重时形成翻浆。发生冻胀有三个条件：①存在粒径在0.05~0.005mm之间的粉性冻胀土；

②冻土深度长期维持在冰晶体附近；③毛细水不间断长期供给。路基的冻胀和软化，造成水泥混凝土路面支撑条件不均匀，局部隆起和湿陷导致路面结构的快速断裂破坏。

控制路基冻胀的方法有：设置防冻层、提高路基高度、深挖排水沟、控制填筑压实度和含水量、加强排水、换掉粉土等。

（2）路基的不均匀沉降

在填方路段、挖方和填方过渡段等地段经常会出现不均匀沉降，需要采用过渡性路面结构等待其沉降稳定。如在挖方段则需清理基岩到一定深度，设置一定厚度的垫层，并摊铺半刚性基层，方可摊铺水泥混凝土路面。在此处建造水泥混凝土路面，应采用其它混凝土路面结构形式，如：钢筋混凝土路面、钢纤维混凝土路面和嵌砌块路面等。

（3）高路基的垂直沉降及侧向滑移。

在山区的高等级公路，路基填方通常较高。在雨天和雨季，这些高路基的稳定性往往不足，形成路基剪切滑移，或者产生大量的裂缝和垂直沉降位移，这时上部基层和水泥混凝土路面必定破坏。造成这种现象的主要原因是水份大量渗透到路基内，使路基软化、承载能力大幅度下降，在自重作用下产生了剪切滑移破坏，因此加强高填方路基

的表面和内部排水十分重要。

4．2路面基层技术要求

（1）防唧泥与水稳定性。

唧泥现象发生必须具备如下条件：

①基层（路基）材料中具有可悬浮的细粒松散土，或路面动冲击形成的基层表面

的细粒松散土；

②自由水份进入到路面和基层（路基）之间；

③频繁通过重交通荷载。

因此，防止唧泥可用无悬浮细粒的水泥稳定娄粒料基层、贫混凝土基层或沥清混凝土基层；另外，使用透水混凝土、级配碎石或级配砾石基层将层间自由水份尽快排除，也能达到防止唧泥的目的。

评价建筑材料的水稳定性一般可用软化系数来衡量。软化系数是指在饱和水浸泡7d 试件的抗压强度来反映。

（3）变形刚度。

在重交通高速公路上，具有一定刚度的路面基层，一方面，能够提供在刚性面层和柔性路基之间的过渡，如果缺乏这层半刚度基层的过渡，面层与路基这间刚度差别过大，面层会因过大的拉应力或拉应变而过早破坏；别一方面，基层具有一定的刚度，才能抵抗重型车辆反复疲劳荷载的作用，不致有过大的变形和变位，可防止面板错台及变形破坏；另外，具有良好变形刚度的基层可提供均匀稳固的支撑。

基层的变形刚度以基层顶面的回弹模量来表示，通过测量其弯沉值计算得到。如从结构强度来讲，基层应具有较小的弯沉值，但在实际工作中，更应重视荷载弯沉值量测时的偏差系数，这样可以控制施工的均匀性。笔者建议对弯沉值的偏差系数应有明确的规定。

5 结论

（1）研究并使用精细优质的高性能道路混凝土材料。

（2）推荐采用滑模摊铺机施工方式施工密实的混凝土路面板，改进人工小型机具施工的振捣方式，开发非破损混凝土路面密实度检测方法，以钻芯实验结果作为路面质量的评价依据。

（3）稳固的基层与路基是水泥混凝土路面保持良好使用性能的前提，开展水泥混凝土路面典型结构、抗冲刷性及支撑均匀性指标的研究，用于选择和确定水泥混凝土路面适宜的基层结构类型和路基的控制指标。