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摘要:随着我国经济建设和交通运输业的发展,公路交通量越来越大,超载现象和重载车辆也越来越多,随之而来水泥混凝土路面板破损的现象也越来越严重,路面修复已成为许多公路部门越来越关注的问题。本文首先分析研究了旧水泥混凝土路面破损的产生原因,并提出了几种可供选择的修复方案,提出采用钢纤维混凝土路面加铺层做修复罩面,并介绍了加铺钢纤维混凝土路面的施工要点。
关键词:水泥混凝土路面 破损修复 钢纤维混凝土 加铺层
1 引起水泥混凝土路面破损的原因
1.1 水是引起水泥混凝土路面病害产生的直接外因
筑路先治水,水是公路工程和公路养护工作中首先必须解决好的一个主要问题,是水泥混凝土路面早期病害引发的一个直接外因。每到春、冬季节,由于地表水的渗入,地下水位的上升,直接改变路基的湿度,使路面的强度降低,路基的承载力下降,从而导致路面病害的产生,一场大雨和几场连绵阴雨过后,路面便开始小面积的裂缝,继而出现大面积的松散、翻浆、坑槽等现象。
1.2 超限超载车辆是水泥混凝土路面早期病害产生的潜在外因
公路运输车辆的超限超载是公路水泥混凝土路面早期病害产生的又一个主要外因。据有关资料统计:车辆超限重量的增大和其对路面的损害是呈几何倍数增长的,超限10%的货车对道路损坏会增加40%,一台超载2倍的车辆行驶一次,对公路的损害相当于不超载车辆行驶16次,一台36吨的超载车辆对道路毁坏程度相当于9600辆1.8吨重汽车对道路的破坏,超限超载车辆对路面结构产生破坏造成路面网裂、变形、松散、沉陷和坑槽。
1.3 路面设计、施工不合理和不规范
路面设计、施工不合理和不规范是水泥混凝土路面早期病害产生的内因。一是路面结构设计不合理,沥青面层结构选用不当,混合料类型不合理。二是路面基层(底基层)补强厚度设计不当,导致沥青面层产生早期病害,如龟裂、松散,局部沉陷等。三是路面施工不规范,材料把关不严,施工机具陈旧不配套,使得沥青混合料的配合比设计、拌和均匀性、压实度、平整度都达不到规范要求,从而导致面层松散、裂缝等病害。
1.4 路面初期养护不及时、得当
水泥混凝土路面面层初期养护及时得当会延长水泥混凝土路面的使用年限,否则会缩短其使用年限。由于养护资金不足或管养体制不明确,从而出现重建轻养的现象,有些地方,特别是现在的通乡通村水泥混凝土路面,有的公路修好一年以后,从来没有人去养过,更谈不上初期养护。
2 水泥混凝土路面破损的修复方案
水泥混凝土路面的翻修对修复破损混凝土路面是简单易行的,但需大量击碎旧路面、振实路基、重新铺设基层和面层,工作量大,施工期间交通难以维持,而且以前对部分地段也进行过翻修,效果均不理想。所以理想的修复方案如下:
首先按普通混凝土加铺层计算加铺层厚度:钢纤维混凝土加铺层采用普通混凝土加铺层厚度的0.55～0.65倍;连续配筋混凝土加铺层采用普通混凝土加铺层厚度的0.9倍,且厚度还应满足加铺层最小厚度的规定。普通混凝土加铺层厚度h的确定,采用等刚度原则,按分离式加铺层的结合条件,将双层混凝土板换算成等效单层混凝土板计算其荷载应力和温度应力,然后计算旧混凝土板与加铺层底面的应力。当旧混凝土路面的应力和加铺层的应力都满足规范要求时,则加铺层厚度h确定,否则重新计算。假设对该路段进行24h的交通量调查,将汽车轴载换算为标准轴载作用下的次数Ns=125 n/d,设计使用年限为20年,交通量年平均增长率为14%,旧水泥混凝土路面板的弯拉强度fem=4.3MPa,弯拉弹性模量Ee=28×103 MPa,基层顶面当量回弹模量Et=87.83MPa。经计算,普通混凝土加铺层厚度h=17cm,故连续配筋混凝土加铺层厚度ha′=0.9×h= 16cm;钢纤维混凝土加铺层厚度ha=0.6×h=11cm。
其次,从钢纤维混凝土的性质和作用功能上分析。钢纤维混凝土是在水泥混凝土中掺入一定数量的低碳钢或钢纤维,是一种纤维型与颗粒型相混合而成的复合材料,通过两者之间的界面作用成为一体,在受力过程中两种材料各施所长,显著地提高了混凝土各项性能指标。而且钢纤维混凝土路面也可用一般混凝土路面的施工方法来铺设、振捣和抹平,不需要特殊的机械,施工简易。综合比较,采用钢纤维混凝土加铺层是最佳方案。
3 钢纤维混凝土加铺层的施工要点
混凝土路面板质量的好坏,很大程度上取决于施工质量。钢纤维混凝土路面施工时,除应满足普通混凝土路面施工的一般要求外,还应注意:
3.1 旧路面的检查与整修
对旧路面中严重破碎、裂缝继续发展的板,击碎清除,重新浇筑混凝土。为防止旧水泥混凝土板的裂缝向上反射,先将旧路面清扫干净,再按1.0～1.5kg/m2的标准涂一层沥青,并在其上加铺一层厚度均匀油毛毡作隔离层。
3.2 材料试验和混凝土配合比
配合比要保证钢纤维混凝土有较大抗弯强度,以满足结构设计对抗压强度与抗折强度的要求及施工的和易性。为保证施工时混合料质地均匀、不离析,集料宜采用连续级配,粗集料最大粒径不宜大于20mm。钢纤维长度宜为25～60mm,直径0.4～0.7mm,长度与直径的最佳比值为50～70。钢纤维混凝土的配合比中钢纤维的体积率为1.0%～1.2%,砂率取值较普通混凝土略有增大。
3.3 混凝土板的施工
①在混凝土搅拌过程中,为保证钢纤维均匀分布,应按碎石、钢纤维、砂、水泥的顺序加料,干拌2min后,再加水湿拌1min。②由于钢纤维混凝土中水泥含量较高,初凝时间较短,坍落度损失较快,因此要求从出料到浇筑完毕不得超过30min。③为确保钢纤维的二维分布,宜使用平板振捣器振捣成型。④尽可能在气温较低的早晨和夜间施工。当气温高于30℃、拌和物温度为30～35℃时宜停工,以防拌和物水分蒸发而出现干缩开裂。⑤最好使用强制式搅拌机,因自落式搅拌机出料速度慢,滚动时钢纤维极易成团。⑥钢纤维混凝土收缩性小,抗裂性能好,可不设纵缝,当钢纤维混凝土浇筑养生达设计强度50%后可每隔15m切一道缩缝。
3.4 抹面与防滑
钢纤维混凝土具有粗骨料细、砂率大、纤维乱向分布的特点,宜采用真空吸水工艺,机械抹平,阻止纤维外露。抹面时,需将冒出混凝土表面的钢纤维拔出,采用压纹器压纹工艺可避免拉毛产生的外露现象。
3.5 养生与填缝
采用潮湿养生方法。混凝土表面整修完毕后,立即进行养生,用20～30mm厚的湿砂覆盖于混凝土表面。每天均匀洒水数次。养护时间由试验确定,以混凝土达到28d强度的80%以上为准。养护期满即可采用改性沥青填封接缝。填缝时接缝保持清洁、干燥,填缝料应与缝壁粘附紧密、不渗水,灌注高度一般比板面低2mm左右。
进行旧水泥混凝土路面修复方案选择时,须考虑行车要求和经济要求等,因地制宜,选择经济可行的方法。吕东线通过比选采用钢纤维混凝土加铺层做修复罩面,修复工程竣工已有一年多,路面状况良好,应用效果值得推广。
关键词:水泥混凝土路面 破损修复 钢纤维混凝土 加铺层
1 引起水泥混凝土路面破损的原因
1.1 水是引起水泥混凝土路面病害产生的直接外因
筑路先治水,水是公路工程和公路养护工作中首先必须解决好的一个主要问题,是水泥混凝土路面早期病害引发的一个直接外因。每到春、冬季节,由于地表水的渗入,地下水位的上升,直接改变路基的湿度,使路面的强度降低,路基的承载力下降,从而导致路面病害的产生,一场大雨和几场连绵阴雨过后,路面便开始小面积的裂缝,继而出现大面积的松散、翻浆、坑槽等现象。
1.2 超限超载车辆是水泥混凝土路面早期病害产生的潜在外因
公路运输车辆的超限超载是公路水泥混凝土路面早期病害产生的又一个主要外因。据有关资料统计:车辆超限重量的增大和其对路面的损害是呈几何倍数增长的,超限10%的货车对道路损坏会增加40%,一台超载2倍的车辆行驶一次,对公路的损害相当于不超载车辆行驶16次,一台36吨的超载车辆对道路毁坏程度相当于9600辆1.8吨重汽车对道路的破坏,超限超载车辆对路面结构产生破坏造成路面网裂、变形、松散、沉陷和坑槽。
1.3 路面设计、施工不合理和不规范
路面设计、施工不合理和不规范是水泥混凝土路面早期病害产生的内因。一是路面结构设计不合理,沥青面层结构选用不当,混合料类型不合理。二是路面基层(底基层)补强厚度设计不当,导致沥青面层产生早期病害,如龟裂、松散,局部沉陷等。三是路面施工不规范,材料把关不严,施工机具陈旧不配套,使得沥青混合料的配合比设计、拌和均匀性、压实度、平整度都达不到规范要求,从而导致面层松散、裂缝等病害。
1.4 路面初期养护不及时、得当
水泥混凝土路面面层初期养护及时得当会延长水泥混凝土路面的使用年限,否则会缩短其使用年限。由于养护资金不足或管养体制不明确,从而出现重建轻养的现象,有些地方,特别是现在的通乡通村水泥混凝土路面,有的公路修好一年以后,从来没有人去养过,更谈不上初期养护。
2 水泥混凝土路面破损的修复方案
水泥混凝土路面的翻修对修复破损混凝土路面是简单易行的,但需大量击碎旧路面、振实路基、重新铺设基层和面层,工作量大,施工期间交通难以维持,而且以前对部分地段也进行过翻修,效果均不理想。所以理想的修复方案如下:
首先按普通混凝土加铺层计算加铺层厚度:钢纤维混凝土加铺层采用普通混凝土加铺层厚度的0.55～0.65倍;连续配筋混凝土加铺层采用普通混凝土加铺层厚度的0.9倍,且厚度还应满足加铺层最小厚度的规定。普通混凝土加铺层厚度h的确定,采用等刚度原则,按分离式加铺层的结合条件,将双层混凝土板换算成等效单层混凝土板计算其荷载应力和温度应力,然后计算旧混凝土板与加铺层底面的应力。当旧混凝土路面的应力和加铺层的应力都满足规范要求时,则加铺层厚度h确定,否则重新计算。假设对该路段进行24h的交通量调查,将汽车轴载换算为标准轴载作用下的次数Ns=125 n/d,设计使用年限为20年,交通量年平均增长率为14%,旧水泥混凝土路面板的弯拉强度fem=4.3MPa,弯拉弹性模量Ee=28×103 MPa,基层顶面当量回弹模量Et=87.83MPa。经计算,普通混凝土加铺层厚度h=17cm,故连续配筋混凝土加铺层厚度ha′=0.9×h= 16cm;钢纤维混凝土加铺层厚度ha=0.6×h=11cm。
其次,从钢纤维混凝土的性质和作用功能上分析。钢纤维混凝土是在水泥混凝土中掺入一定数量的低碳钢或钢纤维,是一种纤维型与颗粒型相混合而成的复合材料,通过两者之间的界面作用成为一体,在受力过程中两种材料各施所长,显著地提高了混凝土各项性能指标。而且钢纤维混凝土路面也可用一般混凝土路面的施工方法来铺设、振捣和抹平,不需要特殊的机械,施工简易。综合比较,采用钢纤维混凝土加铺层是最佳方案。
3 钢纤维混凝土加铺层的施工要点
混凝土路面板质量的好坏,很大程度上取决于施工质量。钢纤维混凝土路面施工时,除应满足普通混凝土路面施工的一般要求外,还应注意:
3.1 旧路面的检查与整修
对旧路面中严重破碎、裂缝继续发展的板,击碎清除,重新浇筑混凝土。为防止旧水泥混凝土板的裂缝向上反射,先将旧路面清扫干净,再按1.0～1.5kg/m2的标准涂一层沥青,并在其上加铺一层厚度均匀油毛毡作隔离层。
3.2 材料试验和混凝土配合比
配合比要保证钢纤维混凝土有较大抗弯强度,以满足结构设计对抗压强度与抗折强度的要求及施工的和易性。为保证施工时混合料质地均匀、不离析,集料宜采用连续级配,粗集料最大粒径不宜大于20mm。钢纤维长度宜为25～60mm,直径0.4～0.7mm,长度与直径的最佳比值为50～70。钢纤维混凝土的配合比中钢纤维的体积率为1.0%～1.2%,砂率取值较普通混凝土略有增大。
3.3 混凝土板的施工
①在混凝土搅拌过程中,为保证钢纤维均匀分布,应按碎石、钢纤维、砂、水泥的顺序加料,干拌2min后,再加水湿拌1min。②由于钢纤维混凝土中水泥含量较高,初凝时间较短,坍落度损失较快,因此要求从出料到浇筑完毕不得超过30min。③为确保钢纤维的二维分布,宜使用平板振捣器振捣成型。④尽可能在气温较低的早晨和夜间施工。当气温高于30℃、拌和物温度为30～35℃时宜停工,以防拌和物水分蒸发而出现干缩开裂。⑤最好使用强制式搅拌机,因自落式搅拌机出料速度慢,滚动时钢纤维极易成团。⑥钢纤维混凝土收缩性小,抗裂性能好,可不设纵缝,当钢纤维混凝土浇筑养生达设计强度50%后可每隔15m切一道缩缝。
3.4 抹面与防滑
钢纤维混凝土具有粗骨料细、砂率大、纤维乱向分布的特点,宜采用真空吸水工艺,机械抹平,阻止纤维外露。抹面时,需将冒出混凝土表面的钢纤维拔出,采用压纹器压纹工艺可避免拉毛产生的外露现象。
3.5 养生与填缝
采用潮湿养生方法。混凝土表面整修完毕后,立即进行养生,用20～30mm厚的湿砂覆盖于混凝土表面。每天均匀洒水数次。养护时间由试验确定,以混凝土达到28d强度的80%以上为准。养护期满即可采用改性沥青填封接缝。填缝时接缝保持清洁、干燥,填缝料应与缝壁粘附紧密、不渗水,灌注高度一般比板面低2mm左右。
进行旧水泥混凝土路面修复方案选择时,须考虑行车要求和经济要求等,因地制宜,选择经济可行的方法。吕东线通过比选采用钢纤维混凝土加铺层做修复罩面,修复工程竣工已有一年多,路面状况良好,应用效果值得推广。