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1 前言 水泥混凝土路面与沥青路面不同，它既是结构层又是功能层，要求在路面混凝土施工中，既要注意做到混凝土路面具有承受各种车辆荷载要求的结构强度，还要求保证车辆在行使中安全、平稳、舒适、防滑，并能迅速排水，以及尽可能将噪音降低到最小限度的功能。这两种要求虽然有联系，但又有区别。要同时满足混凝土路面的结构层具有这两种功能，除需要精心设计和施工中认真执行规范要求外，根据不同的气候条件，采取必要的施工技术管理措施，也是至关重要的。 水泥混凝土路面与其它混凝土结构施工的不同点是无垂直运输，以平面作业为主，作业线长、分布面广，必须措施得当、严密组织，除一般混凝土施工中要求的振捣密实外，还要对其表面进行整平收光和制作细观、宏观抗滑和消声等构造。因此，有人称路面混凝土施工是“面子工程”是有一定道理的。其次，路面混凝土是条形板状结构，大面积直接暴露在空气中，施工中受阳光、大气等环境的影响比任何结构都更加严重。为此《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTGF30-2003)中做了一系列相应的规定，特别是大风、高温、雨季等气候条件下，更以专门的章节提出明确要求。指出当风速达到六级或六级以上(风速为10.8～13.8m/s)时，必须停止施工；现场气温高于30℃，摊铺温度在30℃～35℃时，应避开中午高温段施工或采取冷水或冰屑水拌制混凝土的技术措施等。 “规范”中的上述要求，在一般情况下为确保路面质量是必要的，应认真执行。但在某些情况下要真的贯彻上述规定是困难的。如在我国的海南、广东、福建、浙江等沿海及所属岛屿上修建水泥混凝土路面，在夏季不仅气温高风速也常在六级以上，采取避开或停工的办法是不适宜的。因此，怎样解决在该气候条件下的正常施工，确保混凝土路面的施工质量，是值得探讨的技术课题。笔者曾于2004年的夏季在宁波某军用港区参加1#2#3#三条总长约20公里，抗折强度要求5MPa，双向四车道水泥混凝土路面的施工。业主要求在天气最热的7、8、9三个月必须完工。此期间也是大风、台风频繁的季节。为确保工程质量，施工采用集中搅拌的商品混凝土，搅拌车运送到现场，摊铺机器主要使用三辊轴机组配合插入式振动棒、抹平机、手推辊子等工具。在大风、高温季节主要采取下述措施，取得满意的结果。现介绍如下，供讨论。 2 做好混凝土路面结构层，是确保两个功能的基础 混凝土路面所具有的细观、宏观抗滑、消声、排水构造，是在施工中对路面结构的表面通过一定的工艺完成的。没有质量合格的路面结构层，表面构造做的再精细也是无意义的。因此，混凝土路面结构的质量是第一位的，是进一步完成表面构造的基本条件。为此，依据现场的原材料、施工技术条件等优选合理配合比及相应的工艺技术措施是必须首先要注意到的问题。 2.1 配合比的设计、优化 2.1.1 确定合理的设计参数 在配合比设计中，首先要注意到“规范”中推荐的某些设计参数，主要是针对现场自拌的低塑性混凝土，斗车运输的条件下提出的，它不适应商品混凝土坍落度较大的实际情况。(JTGE30-2003)表4.1.2-4中规定，当采用三辊轴机组摊铺时要求出机坍落度30～50mm；摊铺坍落度10～30mm。这对现场集中搅拌、搅拌车运送的商品混凝土是行不通的。如此小的坍落度，无论是从搅拌楼卸料或是搅拌车自卸都是不可能的。根据笔者现场施工经验是在以三辊轴机组为主摊铺及在大风、高温天气施工的条件下，商品混凝土路面摊铺时坍落度以100±20mm为宜。坍落度低于80mm，不仅搅拌车难以自卸，三辊轴机作业时，也难以达到通过振动辊振捣密实并能甩出少量浆来的要求。但超过120mm时，坍落度偏大又容易振捣分层，同时强度和耐磨性会受到影响。应在满足卸料及振捣、密实要求的前提下，尽可能降低坍落度。 2.1.2 确定合理砂率 在配合比设计中，确保混凝土的和易性也是重要的。合理的砂率是和易性好坏的决定性因素之一，据现场施工经验，砂率为0.34～0.38，使单方混凝土中的砂浆量保持在540～560公升，石子用量在1200kg/m3以下较为理想。 2.1.3 选好用好外加剂 路面商品混凝中宜掺用外加剂，选好、用好外加剂降低水胶比是路面施工技术水平的一个标志。进入21世纪，各种工程中应用高性能混凝土已提到议事日程上来，如果仍坚持传统的工艺，认为掺不掺用外加剂都可进行路面混凝土施工，实际上是一种无视耐久性要求的表现。众所周知，混凝土中直接参与水泥水化的水灰比不会超过0.23，但为满足商品混凝土施工要求所用的水灰比要大的多，因此任何一种降低水灰比，提高密实度的措施都对增强抗折强度和耐久性有直接的意义。为此，在配合比设计中，针对工程所选用的原材料，选择一种满足夏季商品混凝土需要，与水泥适应性好的高效缓凝减水剂是一种不可忽视的重要工作。 2.1.4 宜掺用适量的粉煤灰 在夏季高温季节施工，为了提高路面混凝土的综合性能，在“规范”许可范围内，掺用适量的Ⅱ级以上的粉煤灰，无论对路面的结构、表面构造都是有益的。有人担心粉煤灰在振捣和静置中会上浮，影响路面的耐磨性，甚至会起粉，这种担心是没有必要的。在坍落度(100±20)mm，粉煤灰掺量≤15%，配合比设计合理的混凝土，粉煤灰不可能上浮。基于上述认识，根据所用的原材料选择五个配合比做对比分析，如表1。 原材料： 水泥：湖北黄石市华新水泥厂，堡垒牌P.O42.5，活性系数1.18～1.20；碎石：5～25mm，石灰岩，针片状很少，级配合格；淡化海砂：中砂，模数2.5，级配合格，含泥量<>；掺合料：北仑电厂Ⅱ级粉煤灰；外加剂：宁波鄞县化工建材厂生产的高效缓凝减水剂WR300，推荐掺量1.5%。 表1中不同的配合比的室内试验结果表明，每方混凝土水泥用量在300～400kg/m3范围内，R28的弯拉强度都可满足设计要求，特别是其中L-1、L-2、L-3三个配合比，R7的弯拉强度也都在5MPa以上。这对加快施工进度，提前通车十分有利。考虑到此项工程的特殊性，以最大弯拉强度为选择配合比的主要依据，取L-2作为此项工程的主要配合比。与配合比L-1对比表明，L-2的配合比不仅成本有所降低，而且弯拉强度还略有提高。说明路面混凝土掺用适量(<>的粉煤灰，对提高抗压、抗弯拉强度是有利的。这是因为：适量的粉煤灰，通过其球形的滚珠效应和微集料效应，混凝土的和易性得到改善，提高了密实度；粉煤灰后期参与水化反应，起到抑制Ca(OH)2在界面的富集作用，同时界面结合力得到提高，因而抗压和弯拉强度提高，是必然的。有人担心，路面混凝土掺用粉煤灰，在振捣和泌水时，会导致粉煤灰上浮影响耐磨性，是没有必要的。工程实践证明，在商品混凝土路面施工中，只要认真控制好坍落度，不产生过大的泌水，均匀分散于水泥砂浆中的少量粉煤灰，不可能在振捣中浮上来。施工中见到泌水表面有微量的漂浮物，是水泥和粉煤灰中的某些轻物质，并非掺于混凝土中的粉煤灰。粉煤灰的平均密度约为2.2，不可能在水面上漂浮。既使这些微量的漂浮物，也会在抹压和收光工序中，又重新混在路面表层的水泥浆中，不会对耐磨性有明显的影响。因此，经研究选择L-2配合比作为三条主通道的施工配合比。 2.2 混凝土结构层施工中，要注意适度振捣 商品混凝土路面结构层施工与一般低坍落度塑性混凝土的施工相比，满足振捣密实比较容易。但要注意适度振捣，使混凝土不再显著下沉，气泡不再显著发生，表面有3～5mm浆体即可，避免振捣过度分层。在三辊轴机组摊铺中，不能完全靠振动辊的振捣，在边角及接头处，仍需要插入式振捣器补充配合，避免局部漏振。 2.3 要重视试件的管理 路面结构层的质量是靠混凝土28天抗折强度数据说话的，现场施工人员应对施工中现场取样试块制作及管理给予足够重视。混凝土路面的抗弯试件的尺寸是：150mm×150mm×550mm的小梁，与立方体抗压试块相比，尺寸重量都较大，现场制作、养护管理难度较大，应指定专人负责，严格按规范要求做。分两层装模，每层插捣不少于100次；装满后提起一端在地上振动至气泡不再显著发生，混凝土充满试模，然后初步抹平覆盖，不得随意搬动，静养至初凝后收光覆盖养护。试件的拆模不宜过早，拆模前的现场养护时间，在夏季一般不少于30小时，否则拆模时强度低，有可能因搬动受内伤。拆模后要及时送养护室养护。拆模过早或迟后养护，都会直接影响28天强度。 依照上述措施，以8月份现场抽样数26个弯拉强度为例列入表2。 上述8月份路段作为一检验批，需满足规范以下两式要求的： fcs≤fr+Kσ(1) fmin≥0.85fr(2) 式中：fcs———合格判断平均弯拉强度fcs=6.16MPa fr———设计弯拉强度标准值fr=5.0MPa K———合格判断系数、查规范K=0.65 σ———弯拉强度统计均方差σ=0.78MPa 代入(1)、(2)式： fcs=6.16MPa>5.0+0.65×0.78=5.51MPa fmin=4.85MPa>0.85×5.0=4.25MPa 结果表明：路面结构层的强度合格，施工技术管理水平较好，但强度的波动较大。分析其原因，这是由于部分试件拆模后，没有及时养护导致试件强度偏低有关。 3 在大风、高温天气防止水分蒸发过快，是做好路面结构的关键 路面混凝土初步摊铺好后，由于各组成材料间密度悬殊，水泥、砂石颗粒的沉降，表面泌水是必然的。但另一方面，只要混凝土表面与空气存在着饱和蒸气差，水分蒸发也是必然的。在一般情况下只要蒸发速率不大于泌水率，这种泌水和蒸发是无害的，不会影响正常的凝结硬化。国内实测表明：此临界蒸发速率为0.5kg/h·m2。但是在大风、高温的条件下，蒸发速率会远大于以上临界值，有可能导致刚初步摊铺好的路面混凝土表层温度升高而脱水，面层凝结加快，形成上硬下软的“肚皮现象”。甚至在1～2小时内，还来不及收光就发生开裂，即发生塑性沉降开裂，在这种情况下，即使再洒水勉强进行表面收光、拉纹等工作，并进行认真养护，也会引起路面硬化后表面起粉、分层、脱皮、耐磨性降低等不良后果。如何在这种气候条件下进行正常的施工，确保路面的表面功能要求，需要做好以下三点。 3.1 路面混凝土摊平后立即开始覆盖、洒水 混凝土表面水的蒸发或气化条件，是必须有一定饱和蒸气压差和足够气化热补充消耗，以及能迅速吹走水蒸气，维持原有饱和蒸气压差，才能使蒸发不断进行下去。气化热与气温有关，30℃时的气化热量580.4千卡/公斤(2.43千焦)。如能阻止水气的扩散，使其得不到足够的热量或使表层中水气维持在饱和状态，则水的蒸发就会停止。以往在海南等地的公路施工中曾采取用“移动遮阳蓬”的方法，使之减弱太阳的辐射，以减少气化热的补给，从而降低蒸发速率。遮阳蓬的方法，在大风作用下难以阻止蒸发水分的扩散，降低蒸发速率的作用是有限的。本工程的经验是在混凝土初步摊铺好后，立即用彩条布覆盖并在上面洒水。刚摊铺好的混凝土路面，因有彩条布的覆盖及洒水降温作用，不仅避免了太阳的直接辐射，阻止了混凝土中水分的自由蒸发，彩条布上面的水分蒸发，也带走了大量的气化热，从而降低了路面混凝土的温度，使路面混凝土保持在一个气温较低、无蒸发的人工小气候环境中。实测在气温37～38℃的天气下，混凝土表面温度仅在25℃上下，表面湿润凝结硬化正常，再没有发生表层结壳、开裂、起粉等现象。 3.2 适时整平、收光 “规范”表6.4.2混凝土拌合物出料、运输、铺筑完毕，气温在30～35℃时允许最长时间规定不超过一个小时，这对商品混凝土来说绝对是不够的。据现场施工中观察，一般在3～4小时以后，人踏上去不会陷下去，用指压留下3～5mm凹坑时，才开始整平、收光拉纹等工作。收光一般要进行3～4遍，最终完成时间要6～8小时。这一时间正好是在混凝土初凝前后或者说是整个收光工作开始于初凝前，结束于初凝后。 3.3 混凝土路面要认真养护 路面整平、收光及做出细观的防滑构造后，仍需要彩条布覆盖24小时后，具有一定强度后可改用麻袋或棉毡覆盖并洒水养护，使路面始终保持潮湿状态，此洒水养护时间最好不少于三周。养护充分的混凝土路面颜色青灰色，面层坚硬不起粉，而养护不够的路面即使是同一配合比且原材料都不变的混凝土表面也会起粉的，轻擦很快露出黄砂，混凝土颜色呈灰白色，耐磨性很差。 总之，在大风、高温天气使用商品混凝土铺筑路面，只要措施得当，完全能够作出满足质量要求的混凝土路面来，且不必停工。 4 结论 (1)《JTGF30-2003》规范的编制和发布，对公路水泥混凝土路面施工起到很好的指导作用，但其中的某些参数对用于商品混凝土路面施工，值得商榷。 (2)路面施工作业线长，且主要是平面作业，混凝土中水分的蒸发量大，又有饰面要求等特点，应在原材料选择、配合比优化、现场制作试件等各项工作中，加强技术管理。 (3)在风速大于六级，气温高于30～35℃时，可采取及时覆盖洒水的技术措施，使新铺的路面处于一个气温相对较低、无蒸发的人工小气候环境条件下，继续施工不必停工，可取得满意的路面施工质量。 参考文献 [1]中华人民共和国行业标准《公路水泥混凝土路面施工技术规范》JTGF30-2003 [2]孙道胜，黄小明.高性能路面水泥混凝土的研究.混凝土与水泥制品，2002年2期 [3]杨李，王丁.浅谈水泥混凝土路面施工.混凝土，2000年1期 [4]王秉纲，郑木莲.水泥混凝土路面设计与施工.人民交通出版社.2004年5月 [5]国内粉煤灰混凝土路面的应用和研究现状.粉煤灰，2005年3期 |
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