大面積金剛砂水泥混凝土路面施工技術(shù)探討

蔣子杰 李東毅 劉戈 廖朝義

摘要：為提高金剛砂耐磨料與路面水泥混凝土的有效濕接，提升路面平整度及抗滑性能，文章結(jié)合廣西沙吳高速公路工程案例，提出了兼顧經(jīng)濟(jì)性與抗滑性的金剛砂最佳撒布量確定方法，研究了保證雙層材料濕接強(qiáng)度的施工控制措施，形成了路面平整度提升的關(guān)鍵施工步驟?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明：采用低坍落度混凝土?xí)r，砂漿層厚度宜控制在3～5 mm，金剛砂撒布量為2.5～3.5 kg/m2時(shí)既能保證粘結(jié)性，又利于平整度提升；根據(jù)通車6個(gè)月前后抗滑性能衰減情況顯示，金剛砂水泥混凝土路面抵抗抗滑衰減性能較好。

關(guān)鍵詞：金剛砂；水泥混凝土路面；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U416.216A060194

0引言

金剛砂濕接水泥混凝土路面抗滑耐磨功能層，是指將金剛砂耐磨材料嵌入水泥混凝土路面表面層形成特定耐磨功能層的水泥混凝土路面，其具備兩層功能層，表面層為抗滑耐磨層，下層為水泥混凝土承重層。金剛砂水泥混凝土路面集合了金剛砂硬度大、不易磨損和水泥混凝土強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，在同等條件下，比一般水泥混凝土路面有著更高的抗磨耗性能［1-3］。金剛砂功能層與水泥混凝土均勻結(jié)合成整體共同受力，受其原材料、混凝土性能、施工設(shè)備及工藝流程等因素影響很大［4-7］。本文結(jié)合南寧沙井至吳圩高速公路沙井收費(fèi)站廣場(chǎng)金剛砂路面工程案例，研究金剛砂水泥混凝土路面施工技術(shù)。

1工程概況

1.1工程設(shè)計(jì)情況

沙吳路沙井收費(fèi)站廣場(chǎng)路面長(zhǎng)度為188 m、寬度為117.8 m、面積為22 146 m2。路面結(jié)構(gòu)形式為18 cm級(jí)配碎石粒料層+20 cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層+20 cm 5%水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層+透層+3 cm AC-10F瀝青混凝土功能層+30 cm C35鋼筋水泥混凝土面層，詳見(jiàn)圖1。由于面積較大，混凝土面層設(shè)計(jì)分塊施工，路線縱向接縫采用長(zhǎng)80 cm、16 mm拉桿連接，路線橫向接縫采用長(zhǎng)50 cm、34 mm傳力桿連接。

1.2工程難點(diǎn)

沙井收費(fèi)站廣場(chǎng)采用金剛砂鋼筋水泥混凝土路面設(shè)計(jì)，既提高了路面承載能力，又提高了路面抗滑持久性。但是金剛砂鋼筋水泥混凝土路面施工工序較多，現(xiàn)有施工工藝施工周期較長(zhǎng)，對(duì)混凝土性能和金剛砂嵌入施工要求較高。施工準(zhǔn)備期的籌備工作應(yīng)更加充分，包括各班組人員施工組織、工序有效銜接、設(shè)備的使用熟練程度、金剛砂撒布工藝熟練度等。施工控制的重點(diǎn)為金剛砂最佳撒布量、人工撒布的均勻性、濕接嵌入深度、金剛砂路面表面塑性拉毛時(shí)機(jī)、平整度提升措施等。

2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1原材料要求

2.1.1金剛砂耐磨材料

金剛砂耐磨料根據(jù)粒徑大小可分為粗粒式耐磨料（最大公稱粒徑＞2.36 mm）和細(xì)粒式（最大公稱粒徑≤2.36 mm）兩類，其主要成分包括骨料和膠結(jié)物兩種。骨料為砂狀，母料建議選用輝綠巖、金剛砂、金剛玉、高密度陶瓷等，約占總重的75%～85%，骨料硬度在莫氏8度以上；膠結(jié)物為經(jīng)過(guò)處理的高標(biāo)號(hào)水泥或者硅灰與水泥混合物，其應(yīng)符合《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TF30-2014）的規(guī)定，約占總重量的15%～25%。項(xiàng)目采用的金剛砂耐磨材料通過(guò)市場(chǎng)成品采購(gòu)，并按《混凝土地面用水泥基耐磨材料》（JC/T906-2002）開(kāi)展28 d抗折、抗壓強(qiáng)度、表面強(qiáng)度（壓痕直徑）和耐磨度比等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)，結(jié)果如下頁(yè)表1所示。

2.1.2混凝土原材料

金剛砂水泥混凝土路面原材料與一般水泥混凝土路面相差不大，本項(xiàng)目水泥采用華潤(rùn)P.O42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥；粗集料為灰?guī)r碎石，分三檔（16.5～31.5、10～20、5～10）級(jí)配；細(xì)集料采用天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，中砂；外加劑為復(fù)合型外加劑，具有減水、緩凝功能，其中液化劑（發(fā)泡劑）增加劑量為25 kg/t。

2.2金剛砂最佳撒布量的確定方法研究

金剛砂耐磨料的最小撒布量應(yīng)≥1.5 kg/m2，最佳撒布量應(yīng)不小于最小用撒布量的1.12倍，且不大于最大撒布量，每平方米嵌入的耐磨料撒布量宜按以下方法進(jìn)行試驗(yàn)：

（1）粗粒式耐磨料以3.0 kg/m2作為試驗(yàn)基準(zhǔn)用量，[KG（0.3mm]0.3 kg/m2為浮動(dòng)變量，測(cè)試試驗(yàn)用量范圍為1.5～[KG）]4.5 kg/m2。

（2）細(xì)粒式耐磨料以2.5 kg/m2作為試驗(yàn)基準(zhǔn)用量，0.25 kg/m2為浮動(dòng)變量，測(cè)試試驗(yàn)用量范圍為1.25～ 3.75 kg/m2。

（3）本項(xiàng)目金剛砂采用細(xì)粒式耐磨料，耐磨料撒布量為2.25～2.75 kg/m2。

2.3混凝土性能參數(shù)研究

本項(xiàng)目路面水泥混凝土在滿足攤鋪和施工周期的前提下，盡量采用低坍落度混凝土，保證混凝土面板密實(shí)且預(yù)防收縮裂縫；同時(shí)還要考慮表面層振動(dòng)出漿量，便于金剛砂嵌入施工。為此，C35水泥混凝土配合比根據(jù)施工工藝和施工需求等進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工配合比結(jié)果如表2所示，拌制的混凝土性能如表3所示，均滿足施工要求。

3施工質(zhì)量控制研究

3.1施工工藝

本項(xiàng)目金剛砂水泥混凝土路面施工工藝分為混凝土層施工和金剛砂耐磨層施工，按順序進(jìn)行混凝土層、嵌入層連續(xù)施工。施工工藝流程如圖2所示。

3.2施工準(zhǔn)備

3.2.1模板制作及安裝

模板采用槽鋼制作，表面光潔，模板邊角順直、平整、潔凈；模板端頭和側(cè)門(mén)結(jié)合縱向傳力桿、橫向傳立桿、脹縫板的位置預(yù)留開(kāi)孔，在孔口位置焊接直徑40 mm的鋼導(dǎo)向管，確保傳力桿安裝方向無(wú)偏差。

模板采用三角支持式安裝，檢查牢固，避免出現(xiàn)松動(dòng)、跑?；蛳鲁恋痊F(xiàn)象。模板拼縫嚴(yán)密無(wú)漏漿，模內(nèi)清潔無(wú)雜物。每隔40 cm對(duì)安裝好的模板進(jìn)行加密支撐，并保證模板與垂直線保持約2°的外傾角，確保三輥軸走在一條邊上，提高平整度。澆筑混凝土前，用空壓機(jī)吹干凈模板內(nèi)塵土，覆蓋油紙，并提前做好分板標(biāo)記，拉線后采用紅油漆噴于模板外側(cè)瀝青功能層上。

3.2.2鋼筋制作

混凝土面板設(shè)計(jì)上均設(shè)置了鋼筋網(wǎng)，在路面施工開(kāi)始之前，應(yīng)加工綁扎好單面板尺寸的鋼筋網(wǎng)，存放備用；橫向傳力桿按設(shè)計(jì)尺寸測(cè)量加工，并制作傳力桿支架縱向拉桿。

3.2.3施工主要機(jī)械準(zhǔn)備

（1）三輥軸機(jī)組。三輥軸應(yīng)滿足最大鋪筑寬度要求，根據(jù)面板寬度為5.7 m、6.2 m，三輥軸為兩套，寬度為6.5 m和7.2 m。

（2）振動(dòng)排陣為獨(dú)立構(gòu)件，與三輥軸為兩套單獨(dú)的設(shè)備，排陣的振搗棒數(shù)量滿足要求，最大間距滿足≤35 ?cm的最低要求。

（3）自卸車自帶篷布覆蓋，在后斗處采用膠條封邊，做到裝料封閉，運(yùn)輸時(shí)不漏漿。

（4）挖掘機(jī)采用兩臺(tái)輪式挖掘機(jī)進(jìn)行布料。

（5）行走棧橋、3 m刮尺、鋁金屬條等。

3.3路面混凝土施工

（1）混凝土攪拌：路面混凝土在拌和站集中攪拌制作，每斗料生產(chǎn)攪拌90 s。

（2）混凝土運(yùn)輸：混凝土通過(guò)自卸車運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)采取倒車進(jìn)入直卸的方式?；炷涟l(fā)料采取連續(xù)發(fā)料的方式，第一車和第二車混凝土作為底下25 cm的混凝土覆蓋層，第三車混凝土作為頂面5 cm的混凝土覆蓋層。

（3）混凝土攤鋪：水泥路面分兩層攤鋪，階梯施工?；炷恋浆F(xiàn)場(chǎng)后，通過(guò)人工指揮自卸車卸料和輪式挖機(jī)輔助第一層25 cm混凝土攤鋪；第二層5 cm采用挖機(jī)裝卸新到的混凝土并攤鋪。在第一層25 cm混凝土完成布料攤鋪后，及時(shí)在板縫位置安裝傳力桿，位置要求準(zhǔn)確，安裝平整、牢靠，并做好標(biāo)識(shí)，方便后續(xù)切縫時(shí)準(zhǔn)備。

（4）混凝土振搗：混凝土振搗采用排振振搗，方向由起點(diǎn)往終點(diǎn)進(jìn)行。下層混凝土2～3次振搗密實(shí)后，安裝、整平鋼筋網(wǎng)片，調(diào)整鋼筋網(wǎng)片與面層距離，保證設(shè)計(jì)間距要求。上層5 ?cm混凝土攤鋪后，采用排振再次進(jìn)行振搗，振搗棒插入上面層底10 cm以上，保證上、下層混凝土有效結(jié)合，表面產(chǎn)生水泥漿。

（5）混凝土整平：采用三輥軸對(duì)振搗后的混凝土表面進(jìn)行滾壓、甩漿、粗平，人工輔助將多出的漿及混凝土鏟至下一塊面板處。三輥軸反復(fù)碾壓3次左右后，使混凝土表面出漿量達(dá)到要求。振動(dòng)滾壓完成后，升起振動(dòng)輥，用甩漿輥拋漿整平一遍，再用整平軸前后靜滾整平。如混凝土表面未出漿，則人工采用鋁合金條進(jìn)行搓漿，同時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行精平。

3.4金剛砂耐磨功能層施工

3.4.1人工金剛砂撒布量及撒布均勻性控制

混凝土面層搓漿達(dá)到要求的＞2 mm時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行金剛砂撒布施工。金剛砂采用人工撒布施工，按2.25～2.75 kg/m2撒布，順序宜先路面四邊，后中間撒布。此外，可配置整體式移動(dòng)棧橋便于進(jìn)行板中施工。

3.4.2濕接嵌入施工控制措施

金剛砂完成撒布待其濕潤(rùn)后，再次使用三輥軸或單滾軸進(jìn)行反復(fù)碾壓，該過(guò)程中如出現(xiàn)濕潤(rùn)金剛砂粘滾軸，滾軸可以適當(dāng)灑水濕潤(rùn)；如金剛砂較干，可采用霧狀的噴霧槍進(jìn)行灑水輔助濕潤(rùn)。最后運(yùn)用3 m刮尺進(jìn)行反復(fù)多次的刮面，也可以采用振動(dòng)刮平尺進(jìn)行振搗刮平，通過(guò)碾壓和刮動(dòng)使金剛砂和混凝土融合在一起，在表面層形成一層均勻、平整的金剛砂。

3.4.3拉毛窗口期控制措施

完成混凝土刮平后，對(duì)混凝土表面進(jìn)行檢查，判斷時(shí)機(jī)（使用手指按壓，混凝土表面有輕微凹陷時(shí)）及時(shí)采用鋼刷進(jìn)行拉毛。拉毛使用鋁合金條做水平標(biāo)尺，并根據(jù)混凝土表面干濕程度選擇力度。

3.4.4混凝土養(yǎng)生

完成拉毛施工后，及時(shí)覆蓋土工布或薄膜進(jìn)行灑水養(yǎng)生。在混凝土養(yǎng)生期，嚴(yán)禁車輛通行。

3.4.5路面接縫施工

3.4.5.1橫向接縫施工

本項(xiàng)目橫向接縫設(shè)計(jì)有三類，分別為橫向縮縫、橫向脹縫和橫向施工縫。橫向縮縫按設(shè)計(jì)位置設(shè)置，采用傳力桿假縫形式，頂部鋸切槽口，槽深度80 mm、寬6 mm。橫向脹縫按設(shè)計(jì)位置設(shè)置，采用傳力桿支架，傳力桿一半以上長(zhǎng)度的表面涂防粘涂層，端部戴10 cm傳力桿套筒，其縫壁垂直，縫隙寬度一致，縫中完全不連漿，在混凝土未硬化時(shí)，剔除縫內(nèi)混凝土，填嵌縫料，整平表面；脹縫寬20 mm并連續(xù)貫通整個(gè)路面板寬度。橫向施工縫在施工結(jié)束或者臨時(shí)原因中斷時(shí)設(shè)置，一般設(shè)置在橫向縮縫和橫向脹縫位置，在縮縫位置時(shí)，采用傳力桿平縫形式；在脹縫位置時(shí)，與脹縫形式一樣。

3.4.5.2縱向接縫施工

本項(xiàng)目縱向接縫有兩類，分別為縱向縮縫和縱向施工縫。縱向接縫應(yīng)按設(shè)計(jì)位置設(shè)置，并結(jié)合實(shí)際施工進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)一次鋪筑寬度＞4.5 m時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向縮縫，采用拉桿假縫形式，頂部鋸切槽口，槽深120 mm、寬6 mm；當(dāng)一次鋪筑寬度小于路面寬度時(shí)，應(yīng)設(shè)置縱向施工縫，采用拉桿平縫形式，頂部鋸切槽口，槽深40 mm、寬6 mm。

3.4.5.3接縫槽口施工

接縫頂部的槽口，應(yīng)采用切縫法施工，切縫方式有全部硬切縫、軟硬結(jié)合切縫和全部軟切縫3種。采用何種切縫方式施工，應(yīng)視施工地區(qū)下午1：00-3：00最高溫度與凌晨1：00-3：00最低溫度的溫差決定。切縫作業(yè)應(yīng)符合下列規(guī)定：晝夜溫差＜10 ℃時(shí)切縫最長(zhǎng)時(shí)間不得超過(guò)24 h，晝夜溫差10 ℃～15 ℃時(shí)切縫采用軟硬結(jié)合切縫，每隔1～2條提前軟切縫，其余用切縫補(bǔ)切。

4金剛砂水泥混凝土路面實(shí)施效果

金剛砂混凝土路面養(yǎng)生到期，按照設(shè)計(jì)文件要求和《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2017）對(duì)路面進(jìn)行檢測(cè)，其抗滑值為86.5，大于設(shè)計(jì)要求的70；便攜式八輪平整度儀檢測(cè)平整度均方差為0.98 mm，小于規(guī)范要求的1.32 mm。在項(xiàng)目通車6個(gè)月后進(jìn)行路面抗滑值測(cè)試，其抗滑平均值仍保持在80左右。

5結(jié)語(yǔ)

結(jié)合本文案例施工工藝和工序質(zhì)量控制要求，金剛砂水泥路面施工應(yīng)做好以下工作：

（1）金剛砂水泥混凝土路面施工工序較多，施工準(zhǔn)備期的籌備工作應(yīng)更加充分，包括各班組人員施工組織、工序有效銜接、設(shè)備的使用熟練程度、金剛砂撒布工藝熟練度等，以縮短施工周期，保證金剛砂嵌入施工時(shí)低坍落度混凝土仍具備最優(yōu)施工性能。

（2）金剛砂嵌入施工質(zhì)量是金剛砂水泥混凝土路面施工成敗的關(guān)鍵，研究金剛砂撒布時(shí)機(jī)對(duì)提升金剛砂嵌入施工質(zhì)量的影響較大，既要一定厚度的水泥漿懸浮固定金剛砂覆蓋在水泥混凝土表面上形成均勻?qū)?，又要避免水泥漿過(guò)少或過(guò)多，造成金剛砂嵌入不牢或金剛砂經(jīng)振搗后下沉到水泥漿底部而面上浮漿多。

（3）大面積金剛砂水泥混凝土路面施工應(yīng)嚴(yán)格做好水泥板間傳力桿、連接桿以及切縫施工，避免混凝土熱脹冷縮損壞混凝土板。

（4）金剛砂水泥混凝土路面各方面性能較好，尤其抗滑效果好，抗損耗能力較強(qiáng)，適合啟、停加速路段應(yīng)用，而且金剛砂耐磨材料市場(chǎng)上成品很多，施工設(shè)備普通，工藝較為成熟，環(huán)境污染少。金剛砂水泥混凝土路面具有不錯(cuò)的推廣價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：蔣子杰（1985—），工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。