論我國發(fā)展碾壓混凝土路面的技術條件

　　碾壓混凝土路面施工技術是一種水泥混凝土路面施工新技術，具有施工機械通用性好、施工速度快、早期強度高、節(jié)約水泥、接縫少等一系列優(yōu)點。發(fā)展這種路面需要那些技術條件呢?目前我國是否具備這些條件呢?下面逐項論述這些問題。

1　發(fā)展碾壓混凝土路面的技術條件

　　為了說明發(fā)展碾壓混凝土路面的技術條件，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、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，由于當時具有的碾壓手段難以保證良好的工程質量，這種筑路技術未能得到發(fā)展。

　　1973年和1979年的兩次石油危機，導致瀝青價格上漲，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，由于設備條件的不完善和施工技術的成套性差，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，振動壓路機和大型瀝青攤鋪機等強力筑路機械的發(fā)展，為保證碾壓混凝土路面的施工質量奠定了基礎，世界許多國家紛紛投入力量加強碾壓混凝土路面的研究開發(fā)，碾壓混凝土路面施工技術進入了空前的發(fā)展階段。

　　我國是從80年代初開始進行碾壓混凝土路面研究的。1981年安徽省公路局開始進行室內試驗，1982年鋪筑第一段試驗路。1983年、1984年，安徽省公路局和交通部公路科學研究所及江蘇省交通廳合作，進行了擴大試驗，取得了不少研究成果。1988年開始的國家科技工作引導性項路面發(fā)展對策及修筑技術研究》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進行了研究。從施工機械來看，當時進口的大型瀝青攤鋪等機械還比較少，即使擁有這些機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械施工，路面質量難以提高。因此，這一時期的研究成果主要為采用人工或中小型配套機械施工的各種復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。隨著高等級公路的迅速發(fā)展，進口的高密實度攤鋪機、振動壓路機等大型設備越來越多，國內的一些筑路機械生產廠家也紛紛研制或引進技術生產施工機械，因此公路工程單位的大型機械保有量迅速增加，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“廠拌機鋪”，改變了一些工程技術人員的認識，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度攤鋪機等大型機械創(chuàng)造了條件。1991年在國家“八五”重點科技項目(攻關)《高等級公路水泥混凝土路面材料及應用開發(fā)研究》中，交通部組織交通部公路科學研究所、山西省交通廳和廣西壯族自治區(qū)交通廳等單位進行了碾壓混凝土路面成套技術的研究，以應用于高等級公路為目標，從材料、施工技術、抗滑技術、接縫技術等方面進行了系統(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。

　　縱觀國內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)濟原因外，主要是設備條件和施工技術兩個方面。

　　下面針對這兩方面的內容，分析我國發(fā)展碾壓混凝土路面的技術條件。

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2　設備條件

　　根據(jù)碾壓混凝土路面的施工工藝特點，要保證碾壓混凝土路面具有良好的施工質量，必須保證拌和、攤鋪和碾壓三道主要工序具備相應的設備條件。

　　2.1　拌和設備

　　根據(jù)國內外經(jīng)驗和試驗研究結果，路面碾壓混凝土的拌和必須采用強制式拌和機，水泥、水及砂石材料的計量精度達到現(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，加水量的控制還是比較準確的，最大的問題就是砂石含水量變化時能否及時檢測并自動修正砂石和水的用量。從這個意義上講，應推薦帶有自動檢測砂石含水量的拌和機，或配備附加的快速砂石含水量測定系統(tǒng)。從我國目前引進或國產的一些大型拌和設備來看，這一要求是可以達到的。在實在無法滿足這一要求時，采用增加砂石含水量的檢測頻率、及時人工調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的配套技術，“八五”攻關項目“碾壓混凝土廠拌設備的研制”專題也已圓滿完成任務，為發(fā)展碾壓混凝土路面提供了有力支持。

　　2.2　攤鋪設備

　　為了保證路面平整度，攤鋪設備應滿足以下要求：

　　(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鍵工序，是碾壓等后續(xù)工序的基礎，只有攤鋪出平整的表面，才有可能得到壓實后平整的路面。為此，要求攤鋪機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)試驗路的鋪筑經(jīng)驗，采用帶強力熨平板的VOGELES—1800和S—2000或ABGTITAN411和TITAN422等機型，對于保證成型后的路面平整度達到3mm的要求是必要的，并且也是可以達到的。

　　(2)保證足夠的預壓密實度。超干硬的碾壓混凝土材料經(jīng)瀝青攤鋪機攤鋪后，必須經(jīng)過大型振動壓路機的碾壓作用才能密實成型，如果攤鋪后的混凝土過于松散，則在壓路機的作用下勢必會產生推擠，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。當基層的平整度一定時，攤鋪后的密實度越高，壓實沉降量越小(即松鋪系數(shù)越小)，對攤鋪平整度的破壞越小，壓實后的平整度越好。根據(jù)攻關過程中鋪筑的幾條試驗路的試驗，攤鋪預壓密實度應能在88%以上。

　　近年來，隨著高等級公路的迅速發(fā)展，機械化施工已成為公路建設的方向。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購買大型瀝青攤鋪機等施工機械。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國僅從德國進口的大型瀝青攤鋪機(主要是VOGELE和ABG公司的產品)就有100多臺，其中1992年以后進口的基本都是配備強力熨平板的高密實度攤鋪機。另外，我國江蘇、陜西等地的筑路機械生產廠家已從國外購買了一些型號的高密實度攤鋪機的生產技術，正逐步實現(xiàn)國產化。國家“八五”攻關項目中亦安排有高密實度攤鋪機的研究課題，“九五”期間即可形成批量生產能力。

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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攤鋪，大型瀝青攤鋪機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應用于碾壓混凝土路面創(chuàng)造了思想認識上的有利條件。

　　綜合上述情況，將帶有強力熨平板瀝青路面攤鋪機用于高等級公路碾壓混凝土路面施工是完全可能的。

　　2.3　碾壓設備

　　碾壓是碾壓混凝土路面施工必不可少的工序，當混凝土的配合比確定之后，硬化混凝土的強度主要取決于混凝土的密實程度，降低1%的壓實度，可造成約0.27MPa的抗折強度損失，可見壓實的重要。而壓實質量的好壞主要取決于壓路機的性能。另一方面，碾壓也是破壞攤鋪平整度、影響最終平整度的關鍵因素。因此，選擇適宜的壓路機是保證路面質量的關鍵因素之一。

　　根據(jù)碾壓混凝土路面施工的特點，壓路機的選型總體原則，一是保證能達到預定的壓實效果，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)這個原則，我們在對比了多種混凝土路面適宜的主導碾壓機械不同型號壓路機碾壓效果后，認為碾壓為：自重10t～12t的振動壓路機，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。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。

　　根據(jù)目前國內壓路機產品的供應情況，可供選擇的有下面幾種機型：

　　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)；洛陽建筑機械廠YZ10D(自重10.8t，振頻28～32Hz)；徐州YZC10(同CC41)、CA25等。

　　另外，為了進行終飾碾壓(終壓)，還要求配備輪胎壓路機(15t～25t)或水平振蕩壓路機。　上述碾壓設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)設備。即使暫時沒有，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

　　具備一定性能要求的施工機械設備是發(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，還必須有一套相應的施工技術。從1991年開始，我們在國內外原有成果的基礎上，以應用于高等級公路為目標，對碾壓混凝土路面施工成套技術進行了研究。經(jīng)過5年的攻關，在以下幾項關鍵技術上取得了突破，已基本形成了成套的施工實用技術。

　　3.1　提高路面平整度的關鍵技術

　　碾壓混凝土路面最大的難題是難以達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行了深入、全面的分析，并通過大量的室內試驗和現(xiàn)場試驗進行了研究，提出了如下保證碾壓混凝土路面平整度的關鍵技術。

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　　3.1.1　適宜的碾壓混凝土稠度指標和集料級配

　　通過廣西田陽試驗路6個試驗段、山西左云試驗路14個試驗路段的現(xiàn)場考察和室內試驗，研究提出了適宜于大型機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VC值40±5s的稠度設計指標。

　　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，研究提出了包括料場管理、拌和機選擇、材料計量、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壓密實度均勻性的因素，提出了通過“拌和—運輸—攤鋪”系統(tǒng)分析選擇適宜的攤鋪速率等保證攤鋪作業(yè)的連續(xù)性、提高攤鋪均勻性的技術措施。

　　3.1.4增大預壓密實度

　　通過對碾壓混凝土路面成型機理和攤鋪機性能的試驗和分析，提出了保證攤鋪后預壓密實度85%以上的攤鋪機(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，從選擇合適的壓路機型號與參數(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鍵技術。

　　3.1.6　施工縫處理、基層平整度控制等

　　通過試驗路的摸索，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措施。

　　1995年7月完成的山西長治工業(yè)性試驗路，在規(guī)模生產(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)達到85%以上的高速公路優(yōu)良標準。1996年鋪筑的307國道山西段中碾壓混凝土路面推廣應用工程(約20km)在路面平整度和日進度指標上均超過了這一水平。因此，可以說從施工技術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)模推廣應用創(chuàng)造了條件。

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　　3.2　抗滑技術

　　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，路面防滑問題相應不很突出。但是要使碾壓混凝土路面應用于高等級公路，抗滑問題是必須解決的一項關鍵技術。

　　為了解決碾壓混凝土路面抗滑這一關鍵技術，“八五”攻關中對自然裸露、灑水加速裸露、緩凝裸露、嵌壓、硬性刻槽等抗滑處理方法進行了施工方便性、施工經(jīng)濟性的比較，并對各種抗滑處理方法路面抗滑能力的衰變規(guī)律進行了觀測。結果表明，采用緩凝裸露法和硬性刻槽法可使竣工時路面構造深度達到規(guī)定滿足要求。課題組在對表面構造修筑工藝和解決微觀構造的技術措施深入研究的基礎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，應采用緩凝裸露法或硬性刻槽法進行表面處理，以形成要求的路表宏觀構造。當粗集料抗磨光能力達不到現(xiàn)行規(guī)范要求時，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造，必要時可采取限速研磨措施，加速裸露進程。

　　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

　　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，因此在接縫設計及施工上亦有其特殊性?！鞍宋濉惫リP過程中進行了室內試驗、理論分析和現(xiàn)場試驗等，提出了碾壓混凝土路面從接縫設置原則到施工工藝的成套技術，并在以下兩方面取得了突破性進展：

　　(1)采用碾壓混凝土材料的有關參數(shù)和路面板的有關指標，對碾壓混凝土路面板的溫縮應力、溫度翹曲應力、干縮應力及荷載應力進行了計算，并結合試驗路的觀測結果，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)在不破壞攤鋪機結構的情況下，研制出縱縫拉桿設置裝置，解決了全厚式碾壓混凝土路面無法設置拉桿的世界性難題。

　　應用上述接縫設計和施工技術，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

　　除上述關鍵技術外，在碾壓混凝土材料試驗方法、配合比設計方法、材料物理力學性能、外加劑和粉煤灰應用技術、施工質量檢測等方面也已形成了一系列配套技術。

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　　根據(jù)上述研究成果，已編制出具有指導性和實用性的《高等級公路碾壓混凝土路面施工技術指南》(草案)，為碾壓混凝土路面施工技術在高等級公路上的應用、修訂有關技術規(guī)范提供了支撐技術和科學依據(jù)。

4　結論和建議

　　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備條件和施工技術條件?？梢灶A料，在我國高等級公路迅速發(fā)展、優(yōu)質路用瀝青匱乏、水泥資源豐富(1996年產量達4.5億t)的形勢下，碾壓混凝土路面施工成套技術作為修筑水泥混凝土路面的一種新的技術途徑，將具有良好的推廣應用前景。