論我國(guó)發(fā)展碾壓混凝土路面的技術(shù)條件

　　碾壓混凝土路面施工技術(shù)是一種水泥混凝土路面施工新技術(shù)，具有施工機(jī)械通用性好、施工速度快、早期強(qiáng)度高、節(jié)約水泥、接縫少等一系列優(yōu)點(diǎn)。發(fā)展這種路面需要那些技術(shù)條件呢?目前我國(guó)是否具備這些條件呢?下面逐項(xiàng)論述這些問題。

1　發(fā)展碾壓混凝土路面的技術(shù)條件

　　為了說明發(fā)展碾壓混凝土路面的技術(shù)條件，首先讓我們回顧一下碾壓混凝土路面的發(fā)展歷程。

　　早在第一次世界大戰(zhàn)前后，比利時(shí)、丹麥、德國(guó)、法國(guó)及其它一些歐洲國(guó)家已有人碾壓修筑了水泥混凝土路面。但是，由于當(dāng)時(shí)具有的碾壓手段難以保證良好的工程質(zhì)量，這種筑路技術(shù)未能得到發(fā)展。

　　1973年和1979年的兩次石油危機(jī)，導(dǎo)致瀝青價(jià)格上漲，增加了水泥混凝土路面的競(jìng)爭(zhēng)力，也重新喚起了人們研究開發(fā)碾壓混凝土路面的熱情。但是，由于設(shè)備條件的不完善和施工技術(shù)的成套性差，路面平整度等問題未能得到很好的解決，制約了碾壓混凝土路面的發(fā)展。　80年代，振動(dòng)壓路機(jī)和大型瀝青攤鋪機(jī)等強(qiáng)力筑路機(jī)械的發(fā)展，為保證碾壓混凝土路面的施工質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)，世界許多國(guó)家紛紛投入力量加強(qiáng)碾壓混凝土路面的研究開發(fā)，碾壓混凝土路面施工技術(shù)進(jìn)入了空前的發(fā)展階段。

　　我國(guó)是從80年代初開始進(jìn)行碾壓混凝土路面研究的。1981年安徽省公路局開始進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，1982年鋪筑第一段試驗(yàn)路。1983年、1984年，安徽省公路局和交通部公路科學(xué)研究所及江蘇省交通廳合作，進(jìn)行了擴(kuò)大試驗(yàn)，取得了不少研究成果。1988年開始的國(guó)家科技工作引導(dǎo)性項(xiàng)路面發(fā)展對(duì)策及修筑技術(shù)研究》中，又組織江蘇省公目《我國(guó)水泥混凝土路局、山西省公局和河南省交通廳等單位對(duì)碾壓混凝土路面修筑技術(shù)進(jìn)行了研究。從施工機(jī)械來看，當(dāng)時(shí)進(jìn)口的大型瀝青攤鋪等機(jī)械還比較少，即使擁有這些機(jī)械的單位一般也不愿用來鋪筑碾壓混凝土路面，只能采用人工或小型機(jī)械施工，路面質(zhì)量難以提高。因此，這一時(shí)期的研究成果主要為采用人工或中小型配套機(jī)械施工的各種復(fù)合式碾壓混凝土路面或用于較低等級(jí)公路的全厚式碾壓混凝土路面施工技術(shù)。隨著高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，進(jìn)口的高密實(shí)度攤鋪機(jī)、振動(dòng)壓路機(jī)等大型設(shè)備越來越多，國(guó)內(nèi)的一些筑路機(jī)械生產(chǎn)廠家也紛紛研制或引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)施工機(jī)械，因此公路工程單位的大型機(jī)械保有量迅速增加，再加上京津塘高速公路等一些工程明確規(guī)定水泥穩(wěn)定基層必須采用“廠拌機(jī)鋪”，改變了一些工程技術(shù)人員的認(rèn)識(shí)，從而為我國(guó)高等級(jí)公路碾壓混凝土路面施工中采用高密實(shí)度攤鋪機(jī)等大型機(jī)械創(chuàng)造了條件。1991年在國(guó)家“八五”重點(diǎn)科技項(xiàng)目(攻關(guān))《高等級(jí)公路水泥混凝土路面材料及應(yīng)用開發(fā)研究》中，交通部組織交通部公路科學(xué)研究所、山西省交通廳和廣西壯族自治區(qū)交通廳等單位進(jìn)行了碾壓混凝土路面成套技術(shù)的研究，以應(yīng)用于高等級(jí)公路為目標(biāo)，從材料、施工技術(shù)、抗滑技術(shù)、接縫技術(shù)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，在路面平整度、抗滑及接縫等方面取得了突破性進(jìn)展，并取得了一系列配套成果，初步形成了高等級(jí)公路碾壓混凝土路面施工成套技術(shù)。

　　縱觀國(guó)內(nèi)外碾壓混凝土路面發(fā)展的歷程可以看出，影響碾壓混凝土路面發(fā)展的因素，除經(jīng)濟(jì)原因外，主要是設(shè)備條件和施工技術(shù)兩個(gè)方面。

　　下面針對(duì)這兩方面的內(nèi)容，分析我國(guó)發(fā)展碾壓混凝土路面的技術(shù)條件。

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2　設(shè)備條件

　　根據(jù)碾壓混凝土路面的施工工藝特點(diǎn)，要保證碾壓混凝土路面具有良好的施工質(zhì)量，必須保證拌和、攤鋪和碾壓三道主要工序具備相應(yīng)的設(shè)備條件。

　　2.1　拌和設(shè)備

　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究結(jié)果，路面碾壓混凝土的拌和必須采用強(qiáng)制式拌和機(jī)，水泥、水及砂石材料的計(jì)量精度達(dá)到現(xiàn)行施工規(guī)范規(guī)定精度即可。這一要求與普通水泥混凝土路面基本一致。

　　碾壓混凝土的稠度對(duì)水的變化非常敏感。研究結(jié)果表明，混凝土的稠度及其波動(dòng)是影響碾壓混凝土路面平整度的主要因素，而造成混凝土稠度變化的主要原因是混凝土單位用水量的變化，也就是加水量和砂石材料含水量的變化。對(duì)于一般拌和機(jī)，加水量的控制還是比較準(zhǔn)確的，最大的問題就是砂石含水量變化時(shí)能否及時(shí)檢測(cè)并自動(dòng)修正砂石和水的用量。從這個(gè)意義上講，應(yīng)推薦帶有自動(dòng)檢測(cè)砂石含水量的拌和機(jī)，或配備附加的快速砂石含水量測(cè)定系統(tǒng)。從我國(guó)目前引進(jìn)或國(guó)產(chǎn)的一些大型拌和設(shè)備來看，這一要求是可以達(dá)到的。在實(shí)在無法滿足這一要求時(shí)，采用增加砂石含水量的檢測(cè)頻率、及時(shí)人工調(diào)整的方法也可在一定程度上解決這一問題。

　　作為碾壓混凝土路面施工技術(shù)的配套技術(shù)，“八五”攻關(guān)項(xiàng)目“碾壓混凝土廠拌設(shè)備的研制”專題也已圓滿完成任務(wù)，為發(fā)展碾壓混凝土路面提供了有力支持。

　　2.2　攤鋪設(shè)備

　　為了保證路面平整度，攤鋪設(shè)備應(yīng)滿足以下要求：

　　(1)保證較好的攤鋪平整度。攤鋪是碾壓混凝土路面施工的關(guān)鍵工序，是碾壓等后續(xù)工序的基礎(chǔ)，只有攤鋪出平整的表面，才有可能得到壓實(shí)后平整的路面。為此，要求攤鋪機(jī)必須具備工作性能良好的均衡供料系統(tǒng)和自動(dòng)找平系統(tǒng)。

　　根據(jù)試驗(yàn)路的鋪筑經(jīng)驗(yàn)，采用帶強(qiáng)力熨平板的VOGELES—1800和S—2000或ABGTITAN411和TITAN422等機(jī)型，對(duì)于保證成型后的路面平整度達(dá)到3mm的要求是必要的，并且也是可以達(dá)到的。

　　(2)保證足夠的預(yù)壓密實(shí)度。超干硬的碾壓混凝土材料經(jīng)瀝青攤鋪機(jī)攤鋪后，必須經(jīng)過大型振動(dòng)壓路機(jī)的碾壓作用才能密實(shí)成型，如果攤鋪后的混凝土過于松散，則在壓路機(jī)的作用下勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生推擠，從而破壞路面的平整度；另外，碾壓混凝土路面攤鋪之后，由于壓實(shí)的作用，攤鋪后的表面將有一定的沉降，基層的不平整將反映到表面來。當(dāng)基層的平整度一定時(shí)，攤鋪后的密實(shí)度越高，壓實(shí)沉降量越小(即松鋪系數(shù)越小)，對(duì)攤鋪平整度的破壞越小，壓實(shí)后的平整度越好。根據(jù)攻關(guān)過程中鋪筑的幾條試驗(yàn)路的試驗(yàn)，攤鋪預(yù)壓密實(shí)度應(yīng)能在88%以上。

　　近年來，隨著高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，機(jī)械化施工已成為公路建設(shè)的方向。為了具備高等級(jí)公路的施工資格，各施工單位紛紛從國(guó)外或在國(guó)內(nèi)購買大型瀝青攤鋪機(jī)等施工機(jī)械。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)僅從德國(guó)進(jìn)口的大型瀝青攤鋪機(jī)(主要是VOGELE和ABG公司的產(chǎn)品)就有100多臺(tái)，其中1992年以后進(jìn)口的基本都是配備強(qiáng)力熨平板的高密實(shí)度攤鋪機(jī)。另外，我國(guó)江蘇、陜西等地的筑路機(jī)械生產(chǎn)廠家已從國(guó)外購買了一些型號(hào)的高密實(shí)度攤鋪機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)，正逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。國(guó)家“八五”攻關(guān)項(xiàng)目中亦安排有高密實(shí)度攤鋪機(jī)的研究課題，“九五”期間即可形成批量生產(chǎn)能力。

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　　另一方面，從京津塘高速公路開始，我國(guó)近幾年來鋪筑的高速公路對(duì)水泥穩(wěn)定類基層的施工已要求采用攤鋪機(jī)攤鋪，大型瀝青攤鋪機(jī)只能用于瀝青面層施工的觀念正在逐步改變。這就為大型瀝青攤鋪機(jī)應(yīng)用于碾壓混凝土路面創(chuàng)造了思想認(rèn)識(shí)上的有利條件。

　　綜合上述情況，將帶有強(qiáng)力熨平板瀝青路面攤鋪機(jī)用于高等級(jí)公路碾壓混凝土路面施工是完全可能的。

　　2.3　碾壓設(shè)備

　　碾壓是碾壓混凝土路面施工必不可少的工序，當(dāng)混凝土的配合比確定之后，硬化混凝土的強(qiáng)度主要取決于混凝土的密實(shí)程度，降低1%的壓實(shí)度，可造成約0.27MPa的抗折強(qiáng)度損失，可見壓實(shí)的重要。而壓實(shí)質(zhì)量的好壞主要取決于壓路機(jī)的性能。另一方面，碾壓也是破壞攤鋪平整度、影響最終平整度的關(guān)鍵因素。因此，選擇適宜的壓路機(jī)是保證路面質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

　　根據(jù)碾壓混凝土路面施工的特點(diǎn)，壓路機(jī)的選型總體原則，一是保證能達(dá)到預(yù)定的壓實(shí)效果，二是對(duì)平整度的破壞最小，三是保證路面表面均勻致密。根據(jù)這個(gè)原則，我們?cè)趯?duì)比了多種混凝土路面適宜的主導(dǎo)碾壓機(jī)械不同型號(hào)壓路機(jī)碾壓效果后，認(rèn)為碾壓為：自重10t～12t的振動(dòng)壓路機(jī)，振動(dòng)頻率不低于30Hz，優(yōu)先選用振動(dòng)頻率較大(40Hz以上)的壓路機(jī)。如有可能，盡量選用雙軸振動(dòng)、多級(jí)振動(dòng)頻率和振幅、碾壓輪直徑和寬度較大的振動(dòng)壓路機(jī)。

　　根據(jù)目前國(guó)內(nèi)壓路機(jī)產(chǎn)品的供應(yīng)情況，可供選擇的有下面幾種機(jī)型：

　　戴納帕克公司CC-41(自重10.5t，振幅35～42Hz)；寶馬BW21(自重10t，振頻50Hz)；英格索蘭DA-50(自重10.2t，振頻40Hz)；洛陽建筑機(jī)械廠YZ10D(自重10.8t，振頻28～32Hz)；徐州YZC10(同CC41)、CA25等。

　　另外，為了進(jìn)行終飾碾壓(終壓)，還要求配備輪胎壓路機(jī)(15t～25t)或水平振蕩壓路機(jī)。　上述碾壓設(shè)備在目前我國(guó)一般大中型公路施工企業(yè)中都已屬常規(guī)設(shè)備。即使暫時(shí)沒有，要重新購置的，不論從貨源還是從資金上都是不成問題的。

3　施工技術(shù)

　　具備一定性能要求的施工機(jī)械設(shè)備是發(fā)展碾壓混凝土路面的必要條件，但要鋪筑符合高等級(jí)公路要求的碾壓混凝土路面，還必須有一套相應(yīng)的施工技術(shù)。從1991年開始，我們?cè)趪?guó)內(nèi)外原有成果的基礎(chǔ)上，以應(yīng)用于高等級(jí)公路為目標(biāo)，對(duì)碾壓混凝土路面施工成套技術(shù)進(jìn)行了研究。經(jīng)過5年的攻關(guān)，在以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，已基本形成了成套的施工實(shí)用技術(shù)。

　　3.1　提高路面平整度的關(guān)鍵技術(shù)

　　碾壓混凝土路面最大的難題是難以達(dá)到足夠的路面平整度，這也是多年來制約碾壓混凝土路面發(fā)展的主要障礙。

　　為了攻克碾壓混凝土路面平整度這一世界性難題，我們首先對(duì)路面平整度的影響因素進(jìn)行了深入、全面的分析，并通過大量的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行了研究，提出了如下保證碾壓混凝土路面平整度的關(guān)鍵技術(shù)。

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　　3.1.1　適宜的碾壓混凝土稠度指標(biāo)和集料級(jí)配

　　通過廣西田陽試驗(yàn)路6個(gè)試驗(yàn)段、山西左云試驗(yàn)路14個(gè)試驗(yàn)路段的現(xiàn)場(chǎng)考察和室內(nèi)試驗(yàn)，研究提出了適宜于大型機(jī)械化施工的集料最大粒徑20mm、砂率35%～47%的集料合成級(jí)配和“半出漿”改進(jìn)VC值40±5s的稠度設(shè)計(jì)指標(biāo)。

　　3.1.2　保持稠度穩(wěn)定性

　　通過對(duì)造成稠度波動(dòng)原因的分析和試驗(yàn)，研究提出了包括料場(chǎng)管理、拌和機(jī)選擇、材料計(jì)量、外加劑選擇等保持稠度穩(wěn)定的措施。

　　3.1.3　提高攤鋪均勻性

　　定性和定量研究了減少攤鋪過程中離析的措施及影響攤鋪預(yù)壓密實(shí)度均勻性的因素，提出了通過“拌和—運(yùn)輸—攤鋪”系統(tǒng)分析選擇適宜的攤鋪速率等保證攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的連續(xù)性、提高攤鋪均勻性的技術(shù)措施。

　　3.1.4增大預(yù)壓密實(shí)度

　　通過對(duì)碾壓混凝土路面成型機(jī)理和攤鋪機(jī)性能的試驗(yàn)和分析，提出了保證攤鋪后預(yù)壓密實(shí)度85%以上的攤鋪機(jī)(尤其是熨平板)選型要求和熨平板工作參數(shù)的選用原則。

　　3.1.5　保證碾壓的均勻性

　　通過理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，從選擇合適的壓路機(jī)型號(hào)與參數(shù)(自重10t～12t，振頻30Hz以上、振幅1mm以下)、適宜的碾壓工作段長(zhǎng)度、碾壓次序與工藝參數(shù)等方面提出了保證碾壓均勻性的關(guān)鍵技術(shù)。

　　3.1.6　施工縫處理、基層平整度控制等

　　通過試驗(yàn)路的摸索，提出了施工縫的處理方法、基層平整度的控制原則、合理操作等一系列保證路面平整度的技術(shù)措施。

　　1995年7月完成的山西長(zhǎng)治工業(yè)性試驗(yàn)路，在規(guī)模生產(chǎn)(每臺(tái)班完成9m×300m以上)條件下，路面平整度水平(按照三米直尺最大間隙≤3mm或連續(xù)式平整度儀σ≤1.8mm要求)達(dá)到85%以上的高速公路優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。1996年鋪筑的307國(guó)道山西段中碾壓混凝土路面推廣應(yīng)用工程(約20km)在路面平整度和日進(jìn)度指標(biāo)上均超過了這一水平。因此，可以說從施工技術(shù)上已基本解決了碾壓混凝土路面平整度這一世界性難題，為碾壓混凝土路面在高等級(jí)公路上的大規(guī)模推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

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　　3.2　抗滑技術(shù)

　　以前由于路面平整度問題一直沒有得到很好解決，碾壓混凝土路面一直停留在低速交通階段，路面防滑問題相應(yīng)不很突出。但是要使碾壓混凝土路面應(yīng)用于高等級(jí)公路，抗滑問題是必須解決的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

　　為了解決碾壓混凝土路面抗滑這一關(guān)鍵技術(shù)，“八五”攻關(guān)中對(duì)自然裸露、灑水加速裸露、緩凝裸露、嵌壓、硬性刻槽等抗滑處理方法進(jìn)行了施工方便性、施工經(jīng)濟(jì)性的比較，并對(duì)各種抗滑處理方法路面抗滑能力的衰變規(guī)律進(jìn)行了觀測(cè)。結(jié)果表明，采用緩凝裸露法和硬性刻槽法可使竣工時(shí)路面構(gòu)造深度達(dá)到規(guī)定滿足要求。課題組在對(duì)表面構(gòu)造修筑工藝和解決微觀構(gòu)造的技術(shù)措施深入研究的基礎(chǔ)上提出了碾壓混凝土路面的抗滑處理原則：

　　(1)對(duì)于高速公路和一級(jí)公路，應(yīng)采用緩凝裸露法或硬性刻槽法進(jìn)行表面處理，以形成要求的路表宏觀構(gòu)造。當(dāng)粗集料抗磨光能力達(dá)不到現(xiàn)行規(guī)范要求時(shí)，需做抗滑表層(一次攤鋪碾壓成型)。

　　(2)對(duì)于其它等級(jí)的公路，可不作任何處理，依靠通車后行車的作用逐漸形成宏觀構(gòu)造，必要時(shí)可采取限速研磨措施，加速裸露進(jìn)程。

　　采用上述研究成果，基本可以解決碾壓混凝土路面的抗滑問題。

　　3.3　接縫技術(shù)

　　碾壓混凝土路面由于在材料、施工工藝上與普通混凝土有一定差異，因此在接縫設(shè)計(jì)及施工上亦有其特殊性?！鞍宋濉惫リP(guān)過程中進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等，提出了碾壓混凝土路面從接縫設(shè)置原則到施工工藝的成套技術(shù)，并在以下兩方面取得了突破性進(jìn)展：

　　(1)采用碾壓混凝土材料的有關(guān)參數(shù)和路面板的有關(guān)指標(biāo)，對(duì)碾壓混凝土路面板的溫縮應(yīng)力、溫度翹曲應(yīng)力、干縮應(yīng)力及荷載應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算，并結(jié)合試驗(yàn)路的觀測(cè)結(jié)果，研究提出了全厚式碾壓混凝土路面縮縫間距的建議值為6m～8m。chinajtss...com

　　(2)在不破壞攤鋪機(jī)結(jié)構(gòu)的情況下，研制出縱縫拉桿設(shè)置裝置，解決了全厚式碾壓混凝土路面無法設(shè)置拉桿的世界性難題。

　　應(yīng)用上述接縫設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，基本上可解決碾壓混凝土路面的接縫問題。

　　3.4　其他配套技術(shù)

　　除上述關(guān)鍵技術(shù)外，在碾壓混凝土材料試驗(yàn)方法、配合比設(shè)計(jì)方法、材料物理力學(xué)性能、外加劑和粉煤灰應(yīng)用技術(shù)、施工質(zhì)量檢測(cè)等方面也已形成了一系列配套技術(shù)。

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　　根據(jù)上述研究成果，已編制出具有指導(dǎo)性和實(shí)用性的《高等級(jí)公路碾壓混凝土路面施工技術(shù)指南》(草案)，為碾壓混凝土路面施工技術(shù)在高等級(jí)公路上的應(yīng)用、修訂有關(guān)技術(shù)規(guī)范提供了支撐技術(shù)和科學(xué)依據(jù)。

4　結(jié)論和建議

　　從以上分析可以看出，我國(guó)已具備發(fā)展碾壓混凝土路面的設(shè)備條件和施工技術(shù)條件。可以預(yù)料，在我國(guó)高等級(jí)公路迅速發(fā)展、優(yōu)質(zhì)路用瀝青匱乏、水泥資源豐富(1996年產(chǎn)量達(dá)4.5億t)的形勢(shì)下，碾壓混凝土路面施工成套技術(shù)作為修筑水泥混凝土路面的一種新的技術(shù)途徑，將具有良好的推廣應(yīng)用前景。