論我國發(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、法國及其它一些歐洲國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爭力，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年開始的國家科技工作引導(dǎo)性項(xiàng)路面發(fā)展對策及修筑技術(shù)研究》中，又組織江蘇省公目《我國水泥混凝土路局、山西省公局和河南省交通廳等單位對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公路的全厚式碾壓混凝土路面施工技術(shù)。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，進(jìn)口的高密實(shí)度攤鋪機(jī)、振動壓路機(jī)等大型設(shè)備越來越多，國內(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，從而為我國高等級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年在國家“八五”重點(diǎn)科技項(xiàng)目(攻關(guān))《高等級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，初步形成了高等級公路碾壓混凝土路面施工成套技術(shù)。

　　縱觀國內(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。

　　下面針對這兩方面的內(nèi)容，分析我國發(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)檢測并自動修正砂石和水的用量。從這個(gè)意義上講，應(yīng)推薦帶有自動檢測砂石含水量的拌和機(jī)，或配備附加的快速砂石含水量測定系統(tǒng)。從我國目前引進(jìn)或國產(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)的作用下勢必會產(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。為了具備高等級公路的施工資格，各施工單位紛紛從國外或在國內(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)，我國僅從德國進(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，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，我國江蘇、陜西等地的筑路機(jī)械生產(chǎn)廠家已從國外購買了一些型號的高密實(shí)度攤鋪機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)，正逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。國家“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，我國近幾年來鋪筑的高速公路對水泥穩(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，我們在對比了多種混凝土路面適宜的主導(dǎo)碾壓機(jī)械不同型號壓路機(jī)碾壓效果后，認(rèn)為碾壓為：自重10t～12t的振動壓路機(jī)，振動頻率不低于30Hz，優(yōu)先選用振動頻率較大(40Hz以上)的壓路機(jī)。如有可能，盡量選用雙軸振動、多級振動頻率和振幅、碾壓輪直徑和寬度較大的振動壓路機(jī)。

　　根據(jù)目前國內(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，我們在國內(nèi)外原有成果的基礎(chǔ)上，以應(yīng)用于高等級公路為目標(biāo)，對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

　　通過對造成稠度波動原因的分析和試驗(yàn)，研究提出了包括料場管理、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)場試驗(yàn)，從選擇合適的壓路機(jī)型號與參數(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月完成的山西長治工業(yè)性試驗(yàn)路，在規(guī)模生產(chǎn)(每臺班完成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。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)對于高速公路和一級公路，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)對于其它等級的公路，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。“八五”攻關(guān)過程中進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析和現(xiàn)場試驗(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，在我國高等級公路迅速發(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。