水泥混凝土路面

水泥混凝土路面

      水泥混凝土路面（cememt concrete pavement）是指以水泥混凝土為主要材料做面層的路面，簡(jiǎn)稱混凝土路面。亦稱剛性路面，俗稱白色路面，它是一種高級(jí)路面。水泥混凝土路面有素混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼纖維混凝土和裝配式混凝土等各種路面。

中文名    水泥混凝土路面
建筑分類     道路工程
組   成      路基，墊層，基層，面層。
特   點(diǎn)      抗滑耐用養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低
工程造價(jià)      高

1發(fā)展簡(jiǎn)史

國(guó)外

      1868年，蘇格蘭首次在因弗內(nèi)斯通往某堆貨場(chǎng)道路上鋪筑混凝土路面，19世紀(jì)末傳入美國(guó)和德國(guó)。早年混凝土路面大多用素混凝土按單層就地澆筑而成，少數(shù)也有做成雙層式或配設(shè)鋼筋的。20世紀(jì)20年代，歐、美各國(guó)在公路、城市道路和飛機(jī)場(chǎng)跑道上大量發(fā)展混凝土路面，美國(guó)還開始試鋪裝配式預(yù)制塊混凝土路面和連續(xù)配筋混凝土路面。至于預(yù)應(yīng)力混凝土路面，美、法兩國(guó)分別于30年代和40年代中期開始試鋪。70年代初，美國(guó)和荷蘭開始試鋪鋼纖維混凝土路面。

中國(guó)

    中國(guó)于20世紀(jì)20年代末開始在少數(shù)大城市的道路和飛機(jī)場(chǎng)跑道上鋪筑混凝土路面。1932～1933年在南京至杭州國(guó)道上鋪筑了長(zhǎng)500米、寬5.5米的混凝土路面試驗(yàn)段。1940年在北京至天津公路上鋪筑了長(zhǎng)120公里、寬3米的混凝土路面。1948年在南京飛機(jī)場(chǎng)跑道上鋪筑長(zhǎng)2200米、 寬45米、 厚30厘米的鋼筋混凝土道面。到50年代，隨著水泥工業(yè)的發(fā)展，在中國(guó)的一些大、中城市的干道以及飛機(jī)場(chǎng)跑道上，開始大規(guī)模鋪筑混凝土路面。70年代初以來，某些省在公路干線上開始鋪筑混凝土路面。中國(guó)的飛機(jī)場(chǎng)跑道，幾乎全部都采用混凝土道面。中國(guó)混凝土路面大多是用素混凝土按單層就地澆筑而成，但少數(shù)也有采用裝配式預(yù)制板，或做成雙層式，或配有鋼筋。

素混凝土

      在公路、城市道路及機(jī)場(chǎng)道面中，目前我國(guó)采用得最廣泛的是現(xiàn)場(chǎng)澆筑的普通混凝土路面，這類混凝土路面除接縫區(qū)和局部范圍(邊緣或角隅)外，不配置鋼筋，亦稱素混凝土路面。

      用素混凝土或僅在路面板邊緣和角隅少量配筋的混凝土,就地灌筑成的路面結(jié)構(gòu),施工方便，造價(jià)低廉。素混凝土路面應(yīng)沿縱向每隔5～6米設(shè)一縮縫，滿足冬季縮裂要求；每隔20～40米設(shè)一脹縫，防止夏季熱脹，板屈曲壓裂或縫邊混凝土擠碎；沿橫向每隔3～4.5米設(shè)一縱縫（圖1）。由于橫脹縫易引起路面板的破壞,增加施工和養(yǎng)護(hù)的麻煩，20世紀(jì)60年代中期以來，對(duì)夏季施工的混凝土路面，除在橋頭、隧道口、道路交叉口小半徑曲線或縱坡變換處,必須設(shè)置脹縫外,其他路段可少設(shè)或不設(shè)?？v橫縫一般做成垂直相交，但也有把橫縫做成與縱縫交成70°～80°斜角,并按4、4.5、5、5.5和6米的不等間距順序布置。

      脹縫間隙寬1.8～2.5厘米，為防止?jié)B水，上部5～6厘米深度內(nèi)應(yīng)灌以填縫料，下部則設(shè)置用瀝青浸制的軟木嵌條。為傳遞荷載，混凝土板厚中央處設(shè)鋼傳力桿，桿徑20～32毫米，長(zhǎng)40～60厘米，間距30厘米。桿的半段涂瀝青并套以套筒，筒底部填以木屑等材料（圖2a）。如不設(shè)傳力桿，可在混凝土板下設(shè)置墊枕（圖2b）。

      縮縫一般做成裂口深4～6厘米的假縫形式（圖3a），上部亦灌以填縫料，可不設(shè)傳力桿。但在路基軟弱或交通繁忙路段以及鄰近長(zhǎng)間距脹縫的二三個(gè)縮縫上，也應(yīng)設(shè)置傳力桿（圖3b）?？v縫可做成假縫、平頭縫或企口縫形式（圖4），上部也灌以填縫料。為防止板塊向兩側(cè)滑移，板厚中央可設(shè)置鋼拉桿，桿徑14～20毫米，長(zhǎng)40～60厘米，間距80～100厘米。

      素混凝土路面板大多做成等厚斷面，厚約20～25厘米。由于板的邊緣和角隅最易遭到破壞，可設(shè)置邊緣鋼筋和角隅鋼筋（圖1）予以加固，或做成厚邊式斷面,從靠路肩1米處開始厚度逐漸增加，至板邊緣厚度較中間大25%。在高速公路和一級(jí)公路上，可做成由內(nèi)側(cè)向外側(cè)邊緣逐漸加厚的梯形斷面。路面板大多做成單層式；當(dāng)板較厚時(shí)也可做成雙層式，上層厚度不小于6～7厘米。下層使用品質(zhì)稍差的材料做成低強(qiáng)度混凝土；為使上下層結(jié)合牢固，下層表面應(yīng)清潔、粗糙并設(shè)凹槽。

      混凝土路面切縫要注意：
      1、要注意切縫的時(shí)間，時(shí)間隔太長(zhǎng)了會(huì)出現(xiàn)裂縫，太短了，會(huì)出現(xiàn)毛邊；2、要注意切的深度，淺了起不到效果，還是會(huì)出現(xiàn)裂縫，太深了，又耗時(shí)耗力，浪費(fèi)資源；3、間距要合適，一般控制在4-6米之間，間隔太長(zhǎng)了，中間會(huì)出現(xiàn)裂縫，起不到作用了，太短了，也是浪費(fèi)；4、注意線形的順直美觀，特別是在彎道上，注意不要斜了；5、切完后及時(shí)進(jìn)行灌縫。

鋼筋路面

連續(xù)配筋

      在混凝土路面板內(nèi)大量配筋，配筋率達(dá)0.6～1.0%，縱筋直徑12～16毫米,間距7.5～20厘米，可連續(xù)貫穿橫縫。橫筋直徑6～9毫米。間距40～120厘米。鋼筋設(shè)在板厚中央略高處，與板表面距離至少6～7厘米。
      在連續(xù)配筋混凝土路面板的端部應(yīng)設(shè)置端縫，它有兩種形式：一為自由式,即連續(xù)設(shè)置3～4條脹縫,以便板端部自由脹縮；另一為錨固式，即在板底部設(shè)置若干根肋梁或樁埋入地基內(nèi)，以阻止板的脹縮活動(dòng)。與素混凝土路面相比，連續(xù)配筋混凝土路面板厚可減薄15～20%；縮縫間距可增長(zhǎng)至100～300米。但用鋼多，造價(jià)高，施工較復(fù)雜。

預(yù)應(yīng)力

      按路面構(gòu)造的不同分為三種：
      ①無筋預(yù)應(yīng)力混凝土路面。在混凝土板兩端設(shè)置墩座埋入地基內(nèi)，墩座與板之間設(shè)置彈力縫，放入鋼彈簧。板長(zhǎng)中央設(shè)置加力縫，縫內(nèi)設(shè)千斤頂，對(duì)混凝土板逐漸施加壓應(yīng)力至5兆帕，然后塞入混凝土預(yù)制塊，取出千斤頂，用混凝土填塞縫隙。
      ②有筋預(yù)應(yīng)力混凝土路面。在混凝土板厚中央預(yù)留孔，穿進(jìn)鋼絲束，張拉后將兩頭錨固，并在孔內(nèi)注入水泥漿使鋼絲束與混凝土粘牢。較窄的板可僅在板的縱向加力，較寬的板需在縱橫向同時(shí)加力，或按與路中線成小于45°角的斜向加力（圖5）。后者可以連續(xù)澆筑很長(zhǎng)的板，在板的兩側(cè)施加應(yīng)力。所加預(yù)應(yīng)力，在縱向?yàn)?～4兆帕，在橫向?yàn)?.4～1.4兆帕。

   于混凝土中摻入1.5～2.0%(體積比)的長(zhǎng)25～60毫米、直徑0.25～1毫米的鋼纖維，可使其28天極限抗壓強(qiáng)度和極限抗彎拉強(qiáng)度較素混凝土提高50%以上；而且它的抗疲勞和抗裂縫能力也較素混凝土高（見纖維混凝土）。與素混凝土路面相比，鋼纖維混凝土路面板厚可減小30～50%，縮縫間距可增至15～30米，縱縫間距可增至8米，脹縫可以不設(shè)。鋼纖維混凝土路面施工工藝尚未定型，仍在試驗(yàn)階段。

                                                                                     水泥混凝土路面施工
裝配式

      在工廠中制成混凝土預(yù)制板，運(yùn)至工地現(xiàn)場(chǎng)鋪裝而成的路面。裝配式混凝土板一般做成邊長(zhǎng)1～2米的正方形或矩形,也可做成邊長(zhǎng)1.2米的六角形，板厚12～18厘米；還可做成寬3.5米、長(zhǎng)3～6米的大型板，但需有相應(yīng)的運(yùn)輸和吊裝機(jī)具來配合。板的邊緣和角隅可配置鋼筋，也可在全板面配設(shè)鋼筋網(wǎng)。為提高混凝土的質(zhì)量，可采用預(yù)應(yīng)力、真空吸水、機(jī)械振搗和蒸汽養(yǎng)護(hù)等工藝。裝配式混凝土路面板可以全年生產(chǎn)，不受氣候影響，質(zhì)量容易保證；而且鋪裝進(jìn)度快，鋪完即可通車，損壞后易于拆換修理。因此，較適用于停車站場(chǎng)及港口碼頭處，但其接縫多，整體性差，故在公路和城市道路干線上很少采用。

3土基基層

      土基與基層的穩(wěn)定與堅(jiān)固對(duì)混凝土路面的經(jīng)久耐用有極大關(guān)系。60年代以來，都強(qiáng)調(diào)要用水泥、石灰或?yàn)r青穩(wěn)定土或粒料、工業(yè)廢渣、瀝青混合料或貧混凝土作混凝土路面的基層，厚約15～20厘米，寬度較混凝土板每側(cè)寬出25～35厘米以上。土基上層60厘米深度內(nèi)的壓實(shí)度要達(dá)到最佳密實(shí)度的98%以上。在冰凍地區(qū)，還要在基層之下，另設(shè)30～80厘米厚的砂礫或爐渣防凍層。在基層與混凝土面板之間，可鋪設(shè)1～2厘米厚的瀝青砂或塑料薄膜；如基層表面平整，亦可將混凝土直接灌筑于基層上。

4材料要求

      用作水泥混凝土面層的材料包括普通混凝土，鋼筋混凝土，連續(xù)配筋混凝土，鋼纖維混凝土、碾壓混凝土等。
      制備路面用混凝土,要采用軟練425或525號(hào)普通硅酸鹽水泥、中砂或粗砂和Ⅰ、Ⅱ級(jí)碎（礫）石?；炷?8天極限抗壓強(qiáng)度不低于30～40兆帕，極限抗彎拉強(qiáng)度不低于4.5～5.5兆帕，每立方米混凝土的水泥用量為300～350公斤。對(duì)雙層式混凝土路面的下層材料，可適當(dāng)降低要求。為提高混凝土的使用性能，可摻入少量早強(qiáng)劑、加氣劑、增塑劑、減水劑或聚合物等外加劑（見混凝土外加劑）。
      在接縫上部所澆灌的填縫料，常用瀝青、礦粉、石棉屑、軟木屑或橡膠粉,按適當(dāng)配比制成的瀝青膠泥（也稱瀝青瑪脂）。亦有采用氯丁橡膠空心帶、塑料嵌條或聚氯乙烯膠泥等作填縫料，效果較好。

5路面施工

      混凝土路面施工的一般工序是：①安裝邊模、接縫嵌條、傳力桿和鋼筋網(wǎng)等；②拌和混凝土混合料并運(yùn)至工地；③攤鋪與振搗混凝土混合料；④整平混凝土表面并刷毛或刻防劃滑小槽（見圖6、圖7）；⑤養(yǎng)生與填縫。此外,還有試用真空吸水、振動(dòng)碾壓等工藝于混凝土路面施工中。
      在早年，混凝土路面的施工使用鋼制軌模，它一方面作為邊模，一方面又可供具有鋼輪的混凝土拌和機(jī)、運(yùn)料車、攤鋪機(jī)和振搗機(jī)等行駛操作。20世紀(jì)40年代，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家混凝土路面施工已全盤機(jī)械化，從基礎(chǔ)整形、軌模安裝與拆卸、混凝土拌和、攤鋪、搗實(shí)與整面,直到切縫、填縫與養(yǎng)生等工序，都使用專門機(jī)械,進(jìn)行流水作業(yè)。
      1960年出現(xiàn)了滑模式水泥混凝土路面鋪筑機(jī)（見水泥混凝土路面鋪筑機(jī)械），機(jī)尾兩側(cè)裝有模板隨機(jī)前進(jìn)，攤鋪、振搗、整面與刻槽等作業(yè)順序完成，成型的路面即在機(jī)后延伸出來。此外，還有一種混凝土路面聯(lián)合鋪筑機(jī)，它行駛一次即能使路基成型，并攤鋪、壓實(shí)基層，再于其上鋪筑混凝土板。

6補(bǔ)強(qiáng)加層

      當(dāng)混凝土路面已破損，一般可于其上加鋪瀝青混凝土層，其厚度至少為15～20厘米，以防裂縫和接縫反映到瀝青層上。如用新混凝土進(jìn)行加層，則有如下三種形式：
      1、結(jié)合式加層：先將舊路面鑿毛，涂上水泥漿或環(huán)氧樹脂，再鋪新混凝土層，使它與舊路面結(jié)合良好。
      2、部分結(jié)合式加層：先清洗舊路面，再鋪新混凝土層，它和舊路面結(jié)合較差。
      3、隔離式加層：在舊路面上先鋪一層油氈或2～3厘米厚的粗砂或?yàn)r青砂，再鋪新混凝土層。
      混凝土路面堅(jiān)固耐用，能適應(yīng)現(xiàn)代高速、重載而繁密的汽車運(yùn)輸?shù)囊?，養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用也少，所以在飛機(jī)場(chǎng)跑道、高速公路、干線公路、城市道路、廠礦道路以及停車站場(chǎng)上采用較多。它也特別適用于隧道內(nèi)路面和過水路面。

7水泥特點(diǎn)

      水泥混凝土路面是一種剛度較大、擴(kuò)散荷載應(yīng)力能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好和使用壽命長(zhǎng)的路面結(jié)構(gòu)，它與其他路面相比，具有以下特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)

    （1）強(qiáng)度高。
     （2）穩(wěn)定性好。
     （3）耐久性好。
     （4）養(yǎng)護(hù)費(fèi)用小。
     （5）抗滑性能好。
     （6）利于夜間行車。

缺點(diǎn)

     （1）水泥和水的需要量大，修筑20cm厚，7m寬的水泥混凝土路面，每公里需要消耗水泥400~500噸和水約250噸。
     （2）接縫較多。
     （3）開放交通較遲
     （4）養(yǎng)護(hù)修復(fù)困難。

8傳力桿

      為了控制溫度變化在混凝土路面內(nèi)引起的收縮和翹曲應(yīng)力，需在面層內(nèi)設(shè)置各種類型的接縫，并在接縫處設(shè)置荷載傳遞裝置，以增強(qiáng)相鄰兩塊板之間的荷載傳遞效率。工程實(shí)踐證明，接縫部位是水泥混凝土面層的薄弱部位，接縫的傳荷能力是影響水泥混凝土路面使用壽命及行車平穩(wěn)和舒適的關(guān)鍵因素。然而，以往的水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范并沒有明確規(guī)定橫縫位置設(shè)置傳力桿的條件。我2003版水泥路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：特重和重交通公路、收費(fèi)廣場(chǎng)以及鄰近脹縫或自由端部的3條縮縫，應(yīng)采用設(shè)傳力桿假縫形式。