低造價水泥混凝土路面應用研究

摘要: 作者在交通部西部開發(fā)科研項目《黃土地區(qū)路面設計施工技術研究》中開展了兩種低造價的水泥混凝土路面: 拋石混凝土路面和砂石統(tǒng)料混凝土路面的研究?，F(xiàn)介紹給大家, 以供我國縣鄉(xiāng)公路與農村公路建設時參考。

關鍵詞: 低造價; 水泥混凝土路面; 拋石; 砂石統(tǒng)料

中圖分類號: U416 文獻標識碼: B

1 概述

1.1 研究背景

　　農村公路是支撐我國農業(yè)和農村經濟發(fā)展的重要基礎設施, 也是我國公路網的重要組成部分, 是農村地區(qū)最主要甚至是一些地區(qū)惟一的運輸通道。加快農村公路建設, 改善農村生產和生活條件, 是發(fā)展農村經濟、解決“三農”問題的基礎和前提。按照黨中央、國務院的總體部署, 我國農村公路建設快速發(fā)展, 提出了村村通公路目標, 新建及改建了大量的農村公路, 對解決“三農”問題、促進農村經濟發(fā)展發(fā)揮了重要作用。這些新改建的農村公路根據(jù)我國農村點多面廣、施工條件差異大的特點, 大量采用了施工工藝及施工機具較簡單的水泥混凝土路面結構。由于農村公路等級低( 多為三、四級公路) 、里程長, 因而相對造價較低, 又由于其交通流為輕型交通, 怎樣才能既降低工程造價又保證水泥混凝土路面達到預期的使用年限呢?

　　圍繞這一目標, 交通部公路科學研究院在“黃土地區(qū)路面設計施工技術研究”項目中設立了低造價水泥混凝土路面研究這一子課題, 這一子課題著重研究了拋石水泥混凝土路面和砂石統(tǒng)料水泥混凝土路面兩種低造價路面, 并在河南省洛陽市伊川縣豐鳴路組織實施了試驗路段, 取得了良好的效果。

　　本文通過對試驗路段具體實施過程的總結, 分析試驗路段的自然條件、材料技術指標、施工工藝、經濟效益, 比較其與普通水泥混凝土路面相對應的優(yōu)缺點, 從而得出其適用條件及應用價值, 作為進一步推廣的參考。

1.2 自然條件概述

　　河南省伊川縣地處洛陽市南部, 一條伊河貫穿南北, 伊河沿岸灘區(qū)砂石材料豐富, 且潔、堅硬, 能夠滿足水泥混凝土路面路用材料要求。為能夠更好的評價試驗段試驗效果, 試驗路段選擇在伊川縣豐鳴路高( 山)坡( 頭) 段, 該段位于伊川縣西部丘嶺區(qū), 砂石材料平均運距20km。

2 材料技術指標及施工工藝比較

2.1 拋石混凝土

　　拋石水泥混凝土路面是將大粒徑卵石或碎石按規(guī)定施工工藝拋入普通路面水泥混凝土中而形成的水泥混凝土路面。其原理相當于用大粒徑的實心粗集料碎石或卵石填充, 并代替水泥漿, 而基體水泥混凝土仍采用普通路面水泥混凝土。其與普通混凝土路面相比較, 主要有以下幾個方面的不同。

2.1.1 施工工藝

　　拋石混凝土的施工工藝流程為定位放線→ 支模攤鋪第一層混凝土→人工拋石→振動棒振動下沉→攤鋪第二層混凝土→振動板振實→振動梁振實→磨平飾面壓紋。由此我們可以看出, 與普通水泥混凝土路面的施工工藝相比較, 其不同在于以下幾方面。

2.1.2 基體混凝土分層攤鋪

　　由于增加拋石工序, 因而基體混凝土應分層攤鋪。按照實內試驗結果, 試驗段施工拋石粒徑應控制在70~100mm, 拋石位置控制在混凝土面板的中上部彎曲受壓區(qū), 因此其第一層鋪筑厚度應控制在虛鋪12~4cm 左右,如果太薄則拋石位置將會落入底部, 如果太厚則可能頂面基體混凝土厚度太薄或不能蓋住拋石。

2.1.3 增加手擺拋石工序

　　根據(jù)室內試驗所拋(碎)卵石的形狀系數(shù)不宜超過1.5(最大石料/最小石料長度), 平均直徑一般為80~120mm,最大不宜超過120mm。拋石應均勻, 石料之間保持5cm左右的間距, 不允許重疊。由試驗段施工情況來看, 還應注意拋石應盡量大面朝下, 而且因拋石粒徑的控制,會影響拋石工序經濟效益和持續(xù)時間, 卵石多采用河灘廢料, 沒有篩分, 拉到工地現(xiàn)場后很多粒徑不符合要求, 人工必須二次分類。

2.1.4 振動棒振動時間及其作用不同

　　拋石混凝土振動棒主要在于振實初填混凝土并使大骨料振動下沉, 其二次填料整平后, 不應再用振動棒振搗, 而直接用平板振動器振搗, 因而, 較之普通混凝土延長了機械及人員工作時間。

2.1.5 基體混凝土抗壓強度有所提高

　　拋石以后, 試件的彎拉強度都有不同程度的降低。其實際彎拉強度只是基體混凝土的85%~90%左右。因此, 若要使拋石水泥混凝土達到要求的配制彎拉強度,基體水泥混凝土配制彎拉強度要高于拋石水泥混凝土配制彎拉強度的10%~20%。

2.2 統(tǒng)料混凝土

2.2.1 突破施工規(guī)范要求

　　《公路水泥混凝土路面施工技術規(guī)范》( JTG F30-2003) 中明確規(guī)定不得使用不分級的粗細集料統(tǒng)料。但根據(jù)室內試驗結果, 考慮在某些地區(qū)卵石與砂子統(tǒng)料便于就地取材, 材料來源廣泛, 砂石統(tǒng)料在級配符合下列要求的情況下, 其工作性、彎拉強度、變形能力三項技術要求亦可達到, 因而可在中、輕交通量的三級和四級公路上采用。砂石統(tǒng)料混凝土, 其滿足工作性、彎拉強度、抗裂變形三項技術要求的級配范圍見表1。

表1 滿足中、輕交通3 項技術要求的砂石統(tǒng)料卵石混凝土級配范圍

2.2.2 滿足混凝土路面工作性、彎拉強度、變形能力3項技術要求的砂石統(tǒng)料級配區(qū)間

　　從最終確定的級配曲線區(qū)間來看, 從砂率角度, 最大砂率為41.2%, 最小砂率為27.2。砂率控制在圖1 范圍內, 可以滿足中、輕交通公路路面砂石統(tǒng)料卵石混凝土3 項技術要求, 供實際三級和四級公路農村公路水泥混凝土路面工程參照使用。

與普通水泥混凝土相比較, 其在低等級公路上應用具有以下優(yōu)點。

(1) 集料的最大粒徑適度放寬

　　《公路水泥混凝土路面施工技術規(guī)范》( JTG F30-2003) 中規(guī)定: 卵石混凝土最大粒徑為19mm, 在較低等級公路上, 骨料最大粒徑可以適當放大, 但不易過大。我們以最大粒徑37.5mm 進行控制。

(2) 級配范圍增大

　　砂石統(tǒng)料只需通過4cm 篩, 剔除大于4cm 以上就可直接使用, 通過施工現(xiàn)場級配的調整, 只要滿足上述級配要求, 就可直接投料拌和。

(3) 配合比控制要求增強

　　根據(jù)室內試驗結果, 與碎石混凝土相比砂石統(tǒng)料混凝土彎拉強度明顯偏低。通過試驗段的施工, 在單方水泥用量350kg 情況下(水泥強度為32.5 級), 統(tǒng)料混凝土小梁試件抗折強度僅能達到4.0MPa 左右, 由于材料級配及施工水平的差異, 有的試件甚至略小于4.0MPa,顯然, 強度偏低且標準差較大, 在質量評定中難以達到評定標準要求, 為保證一定施工可靠度, 統(tǒng)料混凝土相對于普通水泥混凝土單方水泥用量應用所增加, 應達380kg 左右。同時, 相較于普通水泥混凝土水灰比要求更嚴, 由于施工水平的差異, 水灰比在農村公路具體施工中很難控制。因此, 為保證水灰比, 在施工中必須采用真空吸水或加減水劑等措施, 控制混凝土水灰比, 以保證施工質量。

(4) 簡化了施工工藝

　　相較于普通混凝土統(tǒng)料混凝土簡化了施工工藝, 提高了施工效率。由于最大粒徑和級配范圍的放寬, 原材料加工生產工序得以簡化, 而且, 混凝土拌和站減少了投料人員和機械, 簡化施工過程。

3 經濟效益分析

3.1 統(tǒng)料混凝土與普通混凝土對比

　　以試驗段為例, 統(tǒng)料出場價為8~10 元, 運距20km, 材料到場價為22~24 元/m3, 干容重約為1800kg/m3, 而碎石出場價為26~28 元左右, 運距約7km, 材料到場價為32~34 元/m3, 干容重約為1500kg/m3, 砂出場價22~24 元, 運距20km, 材料到場價為38~40 元/m3, 砂的干容重約為1600kg/m3, 由于統(tǒng)料相對分級配碎石和砂來說,其堆方質量較大, 其材料用量相應減小, 列表2 分析如下。

表2 統(tǒng)料混凝土與普通混凝土費用比較表/ 1000m2

從表2 可以看出, 每1000m2 約減少4159 元, 具有可觀的經濟價值。

3.2 拋石混凝土與普通混凝土對比

　　以試驗段為例, 混凝土材料單價基本與上同, 而拋石出場為2 元, 運距20km, 到場價為11~13 元, 拋石體積按總體積的20%計算, 列表3 如下。

表3 統(tǒng)料混凝土與普通混凝土費用比較表/ 1000m2

　　從上表可以看出, 每1000m2 約減少6371 元, 經濟效益顯著。

4 結語

　　根據(jù)以上對試驗路段相較于普通混凝土路面的施工技術和經濟效益對比分析, 我們得出如下結論:

　　(1) 低造價水泥混凝土路面是在中、輕型交通條件下, 當設計彎拉強度為4.0MPa 時, 使用的水泥路面,與二級公路設計彎拉強度4.5MPa 與高速、一級公路5.0MPa 彎拉強度相比, 彎拉強度要求有所降低, 因此,拋石混凝土和統(tǒng)料混凝土只能使用在設計彎拉強度4.0MPa 的中、輕交通混凝土路面中, 不可使用在二級及其以上公路混凝土路面中。

　　(2) 降低造價的手段一是用最大粒徑70~100mm 河卵石代替混凝土, 減少基體混凝土體積; 二是直接使用河床中符合級配區(qū)間的砂石統(tǒng)料, 所以, 拋石混凝土和統(tǒng)料混凝土應根據(jù)其道路沿線河床內的砂石料條件來采用。

　　(3) 拋石混凝土雖然施工工藝稍為復雜, 同時基體混凝土強度略有提高, 但相較于減少的基體混凝土體積而言, 經濟效益仍十分顯著。

　　(4) 統(tǒng)料混凝土相較于普通混凝土原材料生產工藝簡化, 便于就地取材, 拌和廠投料速度快, 提高了施工速度, 關鍵是在施工過程中防止砂石料離析, 原材料價格便宜, 經濟效益亦十分顯著。