駱小平 覃森

1.新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院 新疆 烏魯木齊 830017

2.中建三局綠色產(chǎn)業(yè)投資有限公司 湖北 武漢 430000

1 引言

道路的主要工作環(huán)境主要是交通荷載環(huán)境和自然環(huán)境，我國(guó)路面大多數(shù)都以傳統(tǒng)半剛性瀝青路面結(jié)構(gòu)為主。公路交通運(yùn)輸事業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，隨之而來(lái)的是交通車流量的不斷增加、車輛大型化、重載和超載等現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，由于交通負(fù)荷和外界自然環(huán)境的共同作用，傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面很快就會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞，如開(kāi)裂、下陷、基層泥濘、基層強(qiáng)度衰減和疲勞損壞等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了路面結(jié)構(gòu)性能和服務(wù)功能，直接導(dǎo)致了路面的使用性能急劇下降和壽命普遍縮短[1-2]。

我國(guó)的道路結(jié)構(gòu)一直在逐步發(fā)展，傳統(tǒng)的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)便是典型結(jié)構(gòu)之一，比如其結(jié)構(gòu)層的材料和厚度不斷嘗試變化等。然而，盡管我們不斷增加對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的投資，但它的使用壽命卻沒(méi)有有效的增加。對(duì)此，路面材料的選擇及其路面結(jié)構(gòu)應(yīng)如何應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)酷的重載交通和復(fù)雜的自然環(huán)境，從而提高公路的服役壽命和降低后期的運(yùn)維成本，這急需耐久性瀝青路面作為支撐[3]。

耐久性瀝青路面特點(diǎn)是設(shè)計(jì)壽命可達(dá)30~50年甚至更長(zhǎng)。耐久性瀝青路面結(jié)構(gòu)既可做成諸如國(guó)外全厚式瀝青路面也可采用碾壓混凝土剛性材料作為路面基層[4]。經(jīng)研究表明，碾壓混凝土基層相對(duì)于半剛性基層有著更良好的路用性能，如碾壓混凝土基層材料強(qiáng)度、剛度、抗沖刷能力和耐疲勞性能優(yōu)于半剛性基層材料，且有利于提升瀝青路面整體剛度，減小路表彎沉[5-6]；半剛性基層(如二灰穩(wěn)定碎石和水泥穩(wěn)定碎石等)通常在鋪筑面層前因強(qiáng)度較低易發(fā)生松散或表局部破碎的情況，而碾壓混凝土基層能克服早期強(qiáng)度低的不足并使封層的粘合力較好，從而有效發(fā)揮封層應(yīng)有功能[7]；碾壓混凝土基層材料在承載大型重載貨車時(shí)表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，相較于半剛性基層材料，它能夠有效改善瀝青面層的開(kāi)裂問(wèn)題，并且能夠避免在持續(xù)高壓使用中出現(xiàn)的材料脫落和路面下沉等不良情況[7-8]；碾壓混凝土基層相較于半剛性基層材料，能較大程度上提升荷載的擴(kuò)散能力，降低重載、超載對(duì)路基頂面的壓應(yīng)變，從而降低路基頂面的永久變形，提升路面結(jié)構(gòu)的服役壽命[9]；在進(jìn)行道路基層鋪設(shè)時(shí)，可以通過(guò)預(yù)先切割縫隙的方式來(lái)釋放混凝土中的濕度和溫度應(yīng)力，同時(shí)在切割縫隙處鋪設(shè)適當(dāng)?shù)膽?yīng)力吸收層，可以有效減少傳統(tǒng)半剛性基層產(chǎn)生的不規(guī)則裂縫，并降低或延緩瀝青面層的反射裂紋的發(fā)展[10]。由此可見(jiàn)，碾壓混凝土在道路工程中有著良好的應(yīng)用前景。

2 碾壓混凝土在道路工程中的應(yīng)用概述

碾壓混凝土被美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)定義為用攪拌設(shè)備將水泥及粉煤灰等其它膠粘材料，摻和級(jí)配骨料、再拌和用水、外加劑等拌制而成的一種混合料，其為坍落度為零的水泥混凝土相似，都是在攤鋪后由壓路機(jī)振動(dòng)碾壓，分層壓實(shí)成型的一類混凝土。碾壓混凝土具有的特點(diǎn)：① 水泥用量少，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著；② 因其單位水泥用量及用水量少，故干縮小、裂縫少和抗?jié)B性好；③ 采用振動(dòng)碾壓的方式成型，混合料泛漿成型后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，致密性好，抗凍性好，表面耐磨性良好；④ 強(qiáng)度、剛度的增漲幅度較快，在可早期實(shí)現(xiàn)道路通行或快速開(kāi)放交通的同時(shí)，車輛的行車荷載對(duì)其自身結(jié)構(gòu)層的損傷程度也降到了很低的程度；⑤抗沖刷和抗疲勞能力強(qiáng)，尤其是敏感性低。隨著相關(guān)機(jī)械設(shè)備和技術(shù)的成熟，近年來(lái)碾壓混凝土在道路工程的應(yīng)用受到了越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注，且其因自身材料性能優(yōu)勢(shì)的原因，適用于各級(jí)公路的路面基層建設(shè)和修復(fù)。

2.1 碾壓混凝土在路面面層中的應(yīng)用

安徽合肥高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)工業(yè)走廊的合派路全長(zhǎng)7.5km，采用雙向四車道的碾壓混凝土與瀝青混凝土復(fù)合式路面。近年，山西省第一條高速公路(舊關(guān)—太原)全長(zhǎng)為140.7km，碾壓混凝土材料便在這一高速公路面層改造與返修中得到應(yīng)用，從1996年6月開(kāi)始通車，因?yàn)殚L(zhǎng)期以來(lái)重載和超重的大型卡車頻繁通行，導(dǎo)致道路和橋梁的破壞程度非常嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了道路狀況的平穩(wěn)程度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，從2004年5月開(kāi)始，進(jìn)行了為期兩年的分段大修，在路面維修的面層中多處采用鋼纖維碾壓混凝土面層，該高速公路于2006年9月完工，經(jīng)過(guò)對(duì)路面鉆芯取樣結(jié)果表明，修復(fù)效果很好。

2.2 碾壓混凝土在基層中的應(yīng)用

2002年，在上海云南中路、黃家路等道路，都將碾壓混凝土應(yīng)用在了路面基層中；國(guó)道107線工程中的清連高速化改造項(xiàng)目部分,其地質(zhì)環(huán)境和沿線地形相對(duì)較復(fù)雜，且超重車輛多，交通量也較為龐大，于2010年為了盡可能延長(zhǎng)道路使用壽命，減少現(xiàn)階段及其后期的運(yùn)維投資，采用了碾壓混凝土基層作結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)方案；2014年7月初，采用碾壓混凝土基層瀝青路面的廣樂(lè)高速公路段正式開(kāi)放交通,經(jīng)檢測(cè)調(diào)查，其路面采用了碾壓混凝土基層結(jié)構(gòu)形式，且滿足路面的各項(xiàng)使用要求。

2.3 碾壓混凝土在路基工程中的應(yīng)用研究

在路基工程中，碾壓混凝土的主要作用是針對(duì)性處理軟土地基。一個(gè)典型的例子是2006年底通車的連云港到鹽城的高速公路，在連云港段的低路堤路基填筑材料中，選用了碾壓混凝土。因?yàn)樵撌┕ざ蔚耐寥拉h(huán)境十分惡劣，路基上四處都是海相淤泥質(zhì)軟土，而且地下水位也相對(duì)較高?？紤]到綜合水文地質(zhì)等自然因素，連云港段的連鹽高速公路在多個(gè)地點(diǎn)選擇了低路堤路基方案。由于沒(méi)有對(duì)地基土體進(jìn)行足夠深入的處理，如果在軟土路段上建設(shè)傳統(tǒng)的路基，那么路基的壓實(shí)度和彎沉將無(wú)法達(dá)到要求，而且還會(huì)受到高水位的影響，從而導(dǎo)致路基的穩(wěn)定性非常差。因此，低路堤設(shè)計(jì)方案的道路施工方案采用了“手放碎石+碾壓混凝土復(fù)合路基施工方法，具體操作步驟為先在路基上鋪設(shè)25cm厚的手?jǐn)[片層，隨后填筑25～45cm厚的碾壓混凝土層，最后進(jìn)行防水土工布和路床等的鋪設(shè)。該工程的路基采用了高剛性和整體承載力的復(fù)合結(jié)構(gòu)，有效減少了路基的不均勻沉降，并通過(guò)碾壓混凝土層來(lái)增強(qiáng)路堤的強(qiáng)度，同時(shí)防止地下水滲透對(duì)路基穩(wěn)定性的影響，該工程共使用碾壓混凝土約3萬(wàn)m3[11]。

3 在道路工程中的碾壓混凝土施工技術(shù)應(yīng)用概述

道路工程中碾壓混凝土的施工主要分為六個(gè)重要部分，即對(duì)混合料的攪拌、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)護(hù)和切縫清縫灌縫等步驟，為確保施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量和達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)嚴(yán)格要求和控制好現(xiàn)場(chǎng)施工工序。

3.1 碾壓混凝土配合比試配

碾壓混凝土的混合料中的粗、細(xì)集料表面都有一層薄薄的漿體層附著在上面，這層漿體層的厚度決定了集料與膠漿體界面之間的粘結(jié)吸附力或者膠結(jié)力的大小，同時(shí)也受到漿體本身內(nèi)聚力的影響。在混凝土混合料攪拌過(guò)程中，隨著漿體體積的增加，各種粗、細(xì)集料顆粒的表面漿體層也會(huì)逐漸變厚。當(dāng)達(dá)到某個(gè)“關(guān)鍵厚度”后，再增加的漿體量將會(huì)變得多余無(wú)用，并散落在粗細(xì)骨料之間。在碾壓混凝土基層材料的拌合物混合料中，膠漿體數(shù)量的占比量對(duì)碾壓混凝土的物理力學(xué)性能以及施工性能起著至關(guān)重要的主導(dǎo)作用。當(dāng)混合料的其他條件相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，如果膠漿體的體積不足，那么混合物就會(huì)變得過(guò)于干硬，導(dǎo)致粗細(xì)集料過(guò)于分散且無(wú)法凝聚在一起，從而無(wú)法達(dá)到碾壓密實(shí)的狀態(tài)。這會(huì)導(dǎo)致基層碾壓混凝土的混合物最終無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的壓實(shí)度，進(jìn)而對(duì)其力學(xué)強(qiáng)度和耐久性造成重大影響；在振動(dòng)碾壓的施工過(guò)程中，如果漿體體積過(guò)大，分層攤鋪的混合料容易陷入或懸浮在“空中”，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行施工和碾壓。另外，如果粗集料的數(shù)量比重較小，粗骨料在骨架作用方面的發(fā)揮程度將受限，這也會(huì)導(dǎo)致基層碾壓混凝土的強(qiáng)度較低。

選取最合適的漿體膠凝材料用量是碾壓混凝土配比設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)。膠漿體體量恰好能夠填充粗細(xì)集料間產(chǎn)生的空隙，同時(shí)在粗細(xì)骨料顆粒表面形成一次薄薄的漿體層，無(wú)游離膠漿體散落出來(lái)，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)要求。在這個(gè)基礎(chǔ)上，再思考混合料的配比過(guò)程中可能出現(xiàn)的攪拌混合不均勻的情況，以及施工現(xiàn)場(chǎng)按方案進(jìn)行分層攤鋪碾壓和實(shí)驗(yàn)室操作之間的差異情況，同時(shí)適當(dāng)?shù)脑黾右欢ū壤哪z漿材料的體量作為一定的余度。最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分層攤鋪、振動(dòng)碾壓的現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)比檢驗(yàn)出設(shè)計(jì)的碾壓混凝土拌合物混合料與現(xiàn)場(chǎng)的綜合目標(biāo)的差距，通過(guò)改進(jìn)縮小差距。

3.2 碾壓混凝土混合料的攪拌

在混合料的下料攪拌之前，施工人員必須嚴(yán)格掌控各原材料的下料量，以確保各種原材料的配料用量準(zhǔn)確無(wú)誤。在攪拌過(guò)程中，需要注意避免混合料在拌合后出現(xiàn)攪拌不均勻、分層、結(jié)塊等情況，以免對(duì)混合料的后續(xù)使用造成不良影響。在最后攪拌完成后立即進(jìn)行取樣，以制作彎拉強(qiáng)度試件和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件。

3.3 碾壓混凝土混合料的運(yùn)輸

為了保證混合料攪拌的生產(chǎn)能夠滿足施工現(xiàn)場(chǎng)的使用要求，我們必須考慮到拌和料的產(chǎn)量、運(yùn)輸距離以及運(yùn)輸條件等因素，從而確定所需的運(yùn)輸混合料的汽車數(shù)量。此外，載裝拌合料的運(yùn)輸車輛應(yīng)使用遮布蓋住，以保護(hù)拌合料的質(zhì)量。為了確?；旌狭夏軌蚣皶r(shí)運(yùn)送到攤鋪施工現(xiàn)場(chǎng)，我們需要盡快進(jìn)行混合料的攤鋪工作。為了保證混合料符合施工規(guī)范的要求，在攤鋪現(xiàn)場(chǎng)還需要有專門的人員定期檢查已經(jīng)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的混合料的水分含量，以確定是否適合進(jìn)行攤鋪和碾壓工作。

3.4 碾壓混凝土混合料的攤鋪

在進(jìn)行正式的攤鋪施工之前，需要先根據(jù)實(shí)際情況對(duì)攤鋪機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以確保攤鋪機(jī)能夠達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，并制定出合理的機(jī)械使用方案。在進(jìn)行碾壓混凝土混合料攤鋪之前，應(yīng)該確保底層表面被徹底清潔，并進(jìn)行適量的濕潤(rùn)處理，然后緩慢穩(wěn)定地啟動(dòng)攤鋪機(jī)。在攤鋪機(jī)和攤鋪過(guò)程初期，必須確?；旌狭显诼菪剂掀鲀?nèi)始終高于中心軸以上葉片的高度。攤鋪機(jī)的速度必須在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行控制，以保證拌和料的產(chǎn)量、攤鋪的寬度和壓實(shí)的厚度的均衡和符合方案要求，并確保攤鋪的均勻性和供料的連續(xù)性。在攤鋪過(guò)程中，為了保證攤鋪機(jī)的夯實(shí)行程，不能改變攤鋪的速度，這樣能夠提高攤鋪路面的平整度[12]。

3.5 碾壓混凝土混合料的碾壓

在攤鋪混合料之后，但在碾壓之前，需要確定機(jī)械組合的碾壓施工方案。在完成一段攤鋪后，需要立即進(jìn)行碾壓施工。碾壓施工按照作業(yè)段進(jìn)行控制，遵循“先輕后重、先低后高、先慢后快、先邊后中”的原則。碾壓施工分為三個(gè)階段，分別是初壓、復(fù)壓和終壓。在碾壓過(guò)程中，初壓、復(fù)壓和終壓之間必須緊密銜接，以免出現(xiàn)任何拖延或相互干擾的情況，同時(shí)要確保在水泥初凝之前完成所有的碾壓作業(yè)。使用平穩(wěn)緩慢的速度進(jìn)行起步、后退和轉(zhuǎn)向壓路機(jī)，嚴(yán)禁壓路機(jī)進(jìn)行突然減速、急停、急轉(zhuǎn)或調(diào)頭等操作。

3.6 碾壓混凝土施工完成后的養(yǎng)護(hù)

碾壓混凝土攤鋪、分成碾壓施工完成后，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)，一種常用的養(yǎng)護(hù)方法是利用噴灑水并覆蓋塑料薄膜來(lái)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。需要重視前3天的養(yǎng)護(hù)效果，以確?；炷林泻凶銐虻乃?。在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)期間，必須持續(xù)7天以上，并且需要對(duì)交通進(jìn)行封鎖，不允許任何車輛或行人通過(guò)。

3.7 切縫、清縫和灌縫

施工完成碾壓混凝土結(jié)構(gòu)層后，在混凝土不發(fā)生崩邊的情況下應(yīng)盡快進(jìn)行切縫，通常為避免由于混凝土收縮而引發(fā)碾壓混凝土大量裂縫，其切縫的時(shí)間應(yīng)控制在養(yǎng)護(hù)后的24h至72h內(nèi)。切割縫隙時(shí)間的確定不僅需要顧及到該地區(qū)施工期間的平均氣溫，還要考慮白晝溫差。使用硬切縫的方法來(lái)切割出縫，不宜小于1/4板厚作為切縫深度，且最淺的深度大于60mm，宜將3mm至5mm的寬度作為切縫的寬度，而且橫向切縫之間的距離應(yīng)設(shè)置為10m。第一次清縫是在切割縫隙之后應(yīng)立即進(jìn)行，用以消除縫隙中的碎屑和污垢，以免切割時(shí)的灰漿在縫隙中凝結(jié)。在養(yǎng)護(hù)完成之后以及灌縫之前，要進(jìn)行二次清理縫隙，可以配合直徑為2mm內(nèi)的細(xì)鐵絲與森林滅火器使用進(jìn)行清縫，在清理步驟完成后應(yīng)隨即進(jìn)行灌縫操作。使用熱瀝青材料進(jìn)行灌縫之前，必須確?？p隙干凈、干燥無(wú)塵。

4 結(jié)語(yǔ)

近些年來(lái)，我國(guó)對(duì)道路碾壓混凝土材料的性能進(jìn)行了深入研究并逐漸將其應(yīng)用于工程實(shí)踐中，取得了顯著的成果。碾壓混凝土材料表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)性能，不僅能夠提升路面結(jié)構(gòu)的整體性能，適應(yīng)大流量、重超載交通環(huán)境，還能作為耐久性瀝青路面結(jié)構(gòu)層從而提升路面的服役壽命，并且其施工技術(shù)方面也已有了較為完善的實(shí)施體系，可見(jiàn)碾壓混凝土在道路工程中具有較好的路用前景。