道路水泥混凝土

道路水泥混凝土一、前言 混凝土英文：Concrete ；簡(jiǎn)寫：砼 ；水泥混凝土是道路與橋梁工程建設(shè)中應(yīng)用最廣泛，用量最大的建筑材料之一。隨著現(xiàn)代高等級(jí)公路的發(fā)展，水泥混凝土與瀝青混凝凝土一樣，成為高等級(jí)路面的主要建筑材料1。在現(xiàn)代公路橋梁中，水泥混凝土路面以其抗壓、抗彎、抗磨損、高穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢(shì)，在各級(jí)路面上廣泛應(yīng)用。水泥混凝土包括很多類型，如普通混凝土路面、鋼筋混凝土路面、連續(xù)配筋與混凝土路面、預(yù)應(yīng)力混凝土路面、裝配式混凝土路面和鋼纖維混凝土路面等。目前，我國(guó)應(yīng)用最大廣泛的是就地澆筑的普通混凝土路面，簡(jiǎn)稱水泥混凝土路面2。組成路面混凝土的基本材料，主要是水泥、水、砂子和石子。一般砂石的總含量占其總質(zhì)量的80%以上，主要起骨化作用。水泥加水后形成水泥漿，包裹在沙粒表面并填充砂粒間的空隙形成水泥砂漿，水泥又包裹在石子并填充石子的空隙而形成混凝土。水泥漿在硬化期間起潤(rùn)滑作用，使混凝土土拌合物具有良好的流動(dòng)性，硬化后將集料膠結(jié)在一起，從而形成堅(jiān)硬的整體混凝土。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近代意義上水泥混凝土路面在歐洲是從 1824年10月21日英國(guó)工匠Leads和JAspdin取得了波特蘭水泥的發(fā)明專利后，開始發(fā)展起來(lái)的。20 世紀(jì)年代發(fā)展起來(lái)的水泥混凝土路面，板厚度24cm（包括上層5cm的磨耗層）。這一時(shí)期，經(jīng)過(guò)多年德?tīng)栐囼?yàn)觀測(cè)，水泥混凝土路面的經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法和施工技術(shù)迅速的發(fā)展建立起來(lái)3。世界上無(wú)論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，對(duì)水泥混凝土路面建造技術(shù)都一直在進(jìn)行研究和總結(jié)，使得水泥混凝土路面在技術(shù)上日勤完善。經(jīng)濟(jì)上顯出一定的優(yōu)勢(shì)，并得到較大范圍的應(yīng)用。特別是在高等級(jí)中交通的道路上，水泥混凝土路面有了較快的發(fā)展。例如，美國(guó)在全國(guó)公路網(wǎng)的建設(shè)和完善中，對(duì)于交通繁忙、汽車載重量較大或增大的道路，更多的選自建造水泥混凝土路面。國(guó)際上各國(guó)在發(fā)展水泥混凝土路面技術(shù)上的一個(gè)重要特征是密切集合本國(guó)實(shí)際和資源約束條件，起直接影響因素是本國(guó)水泥和瀝青資源供給和價(jià)格情況，美國(guó)是典型的黑白兩種路面幾乎均等”“黑白并舉”的國(guó)家。其原因除了能源的考慮外，其經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析是建立在建設(shè)、維修，養(yǎng)護(hù)全部建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的總費(fèi)用最省的價(jià)值工程基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)在路面使用年限內(nèi)，每平方每年的價(jià)格最節(jié)省、投資效益最高。由于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的路面網(wǎng)基本建成，目前最大工作是道路養(yǎng)護(hù)工作3。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。19321933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(lái)，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4。3、 介紹 3.1素混凝土路面在公路、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56米設(shè)一縮縫，滿足冬季縮裂要求；每隔2040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34.5米設(shè)一縱縫。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(lái)，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7080斜角,并按4、4.5、5、5.5和6米的不等間距順序布置5。 脹縫間隙寬1.82.5厘米，為防止?jié)B水，上部56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2032毫米，長(zhǎng)4060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。如不設(shè)傳力桿，可在混凝土板下設(shè)置墊枕?？s縫一般做成裂口深46厘米的假縫形式，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。縱縫可做成假縫、平頭縫或企口縫形式，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1420毫米，長(zhǎng)4060厘米，間距80100厘米。 素混凝土路面板大多做成等厚斷面，厚約2025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67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5。 3.2鋼筋混凝土路面在混凝土路面板內(nèi)，沿縱橫向配置鋼筋網(wǎng)，配筋率為 0.10.2。鋼筋直徑812毫米，縱筋間距1535厘米，橫筋間距3075厘米。鋼筋設(shè)在板表面下56厘米處，以減輕板面裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)張。板厚和縱縫間距與素混凝土路面相同，但橫縮縫間距可增至1030米，并設(shè)傳力桿。在地路基軟弱地段和交通特別繁重處，也可將鋼筋網(wǎng)設(shè)在板底面之上56厘米處，或設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)2。 3.3連續(xù)配筋混凝土路面在混凝土路面板內(nèi)大量配筋，配筋率達(dá)0.61.0，縱筋直徑1216毫米,間距7.520厘米，可連續(xù)貫穿橫縫。橫筋直徑69毫米。間距40120厘米。鋼筋設(shè)在板厚中央略高處，與板表面距離至少67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34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1520；縮縫間距可增長(zhǎng)至100300米。但用鋼多，造價(jià)高，施工較復(fù)雜2。 3.4預(yù)應(yīng)力混凝土路面 3.4.1無(wú)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。 3.4.2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。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)?.41.4兆帕。 3.4.3自應(yīng)力混凝土路面。用膨脹水泥制備混凝土鋪筑路面，借配筋或在板的兩端設(shè)置墩座，通過(guò)混凝土的膨脹施加預(yù)應(yīng)力。 預(yù)應(yīng)力混凝土路面板厚可減至1015厘米，縮縫間距可增至100150米。但因施工工藝復(fù)雜，所需機(jī)具性能要求較高，除在某些飛機(jī)場(chǎng)建設(shè)中獲得成功經(jīng)驗(yàn)外，尚未普遍推廣5。 3.5鋼纖維混凝土路面于混凝土中摻入1.52.0%(體積比)的長(zhǎng)2560毫米、直徑0.251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。與素混凝土路面相比，鋼纖維混凝土路面板厚可減小3050，縮縫間距可增至1530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5。 3.6裝配式混凝土路面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)12米的正方形或矩形,也可做成邊長(zhǎng)1.2米的六角形，板厚1218厘米；還可做成寬3.5米、長(zhǎng)36米的大型板，但需有相應(yīng)的運(yùn)輸和吊裝機(jī)具來(lái)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。3.7水泥混凝土路面優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)1、強(qiáng)度高，耐久性好，具有較強(qiáng)的抗壓、抗彎拉和抗磨損的力學(xué)強(qiáng)度2、穩(wěn)定性好，環(huán)境溫度和濕度對(duì)混凝土路面的力學(xué)影響很小3、水泥資源豐富、水泥價(jià)格低4、水泥路面接縫較多，使施工和養(yǎng)護(hù)增加復(fù)雜性。接縫還容易引起行車跳動(dòng)，影響行車舒適性，同時(shí)也增加行車噪音。5、陽(yáng)光下反光太強(qiáng)，影響駕駛員視線和行車安全6、施工前期準(zhǔn)備工作較多，如設(shè)模板、布置接縫及傳力桿設(shè)施等67、水泥路面與瀝青路面造價(jià)比較見(jiàn)下表：造價(jià)估算表路面類型水泥路面瀝青路面（一）瀝青路面（二）SMA瀝青瑪蹄脂路面厚度(cm）元/M2厚度(cm）元/M2厚度(cm）元/M2厚度(cm）元/M2面層2495.6448.28448.28469.15面層664.55664.55664.55面層873.8873.8基層1834.441728.381728.381728.38基層1528.111528.111528.11墊層2017.72017.72017.72017.7合計(jì)147.74187.02260.82281.694、 結(jié)語(yǔ) 材料是公路、橋梁等一切土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。公路和橋梁工程所耗用的建筑材料，不僅數(shù)量大，而且類型多7。工程實(shí)踐表明，材料是影響工程質(zhì)量和造假的重要因素。由于新材料在力學(xué)特征，加工制造、設(shè)