水泥混凝土路面具有强度高、水稳定性好、耐久性好、养护费用少、经济效益高、夜间能见度好等优点,近年来在高等级、重交通的道路上有较大的发展。水泥混凝土路面,包括素混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、装配式混凝土、钢纤维混凝土、碾压混凝土和混凝土小块铺砌等面层板和基(垫)层所组成的路面。目前采用最广泛的是就地浇筑的素混凝土路面,简称混凝土路面。本节主要介绍这种路面的施工。

混凝土路面板下必须设置厚度约0.15～0.20m的基层,或者具有足够刚度的老路面。在水温状况不良路段的路基与基层之间宜设置垫层,垫层应具有一定的强度和较好的水稳定性,在冰冻地区尚需具有较好的抗冻性。

10.2.4.1　对面层混凝土材料的要求

修筑水泥混凝土面层所用的混合料,比其他结构物所使用的混合料要有更高的要求,因为它受到动荷载的冲击、摩擦和反复弯曲作用,同时还受到温度和湿度反复变化的影响。面层混合料必须具有较高的抗弯拉强度和耐磨性,良好的耐冻性以及尽可能低的膨胀系数和弹性模量。此外,湿混合料还应有适当的施工和易性,一般规定其坍落度为0～30mm,工作度约30s。在施工时,应力求混凝土强度满足设计要求。通常,要求面层混凝土的28d抗弯拉强度达到4.0～5.0MPa,28d抗压强度达到30～35MPa。

混凝土混合料中的粗集料(大于5mm)宜选用岩浆岩或未风化的沉积岩碎石。最好不用石灰岩碎石,因它易被磨光,导致表面过滑。合乎使用要求的砾石也可采用,但由于砾石混合料的强度(特别是弯拉强度)低于碎石混合料,故在使用时宜掺加占总量1/2～1/3以上轧碎砾石。砾石混凝土一般用于双层式板的下层。采用连续级配的集料,混凝土的和易性和均匀性较好；采用间断级配的集料则强度较高。粗集料(碎石或砾石)应质地坚硬、耐久、洁净,符合规定级配,最大粒径不应超过40mm。

拌制和养生混凝土用的水,以饮用水为宜。对工业废水、污水、海水、沼泽水、酸性水(pH＜4)和硫酸盐含量较多(按SO2-4计超过2.7mg/cm3)的水,均不允许使用。混凝土的用水量约为130～170L/m3。

为保证混凝土具有足够的强度和密实度,水灰比应为0.40～0.55。水灰比低时混凝土和易性差,可添加塑化剂或减水剂。混合料的含砂率一般为28%～33%。

为使混凝土路面提早开放交通,可在混凝土中掺加早强剂。掺入早强剂的混凝土,能使路面在铺筑3～5d后,即可开放交通。

为了提高混凝土的和易性和抗冻性,以及防止为融化路面冰雪所用盐类对混凝土的侵蚀,国外常掺入引气剂,使混凝土具有3.5%～5.5%(体积比)的含气量。加气混凝土的强度稍有降低,此时可采用降低水灰比和含砂率的办法来补救。为提高混凝土的强度,国内外还采用干硬性混凝土,并掺入增塑剂或减水剂,以改善其施工和易性。

10.2.4.2　施工准备工作

(1)选择混凝土拌和场地。根据施工路线的长短和所采用的运输工具,混凝土可集中在一个场地拌制,也可以在沿线选择几个场地,随工程进展情况迁移。拌和场地的选择首先要考虑使运送混合料的运距最短。同时拌和场还要接近水源和电源。此外,拌和场应有足够的面积,以供堆放砂石材料和搭建水泥库房。

(2)进行材料试验和混凝土配合比设计。根据技术设计要求与当地材料供应情况,做好混凝土各组成材料的试验,进行混凝土各组成材料的配合比设计。

(3)基层的检查与整修。基层的宽度、路拱与标高、表面平整度和压实度,均应检查其是否符合要求。如有不符之处,应予整修,否则,将使面层的厚度变化过大,而增加其造价或减少其使用寿命。半刚性基层的整修时机很重要,过迟难以修整且很费工。当在旧砂石路面上铺筑混凝土路面时,所有旧路面的坑洞、松散等损坏,以及路拱横坡或宽度不符合要求之处,均应事先翻修调整压实。

混凝土摊铺前,基层表面应洒水润湿,以免混凝土底部的水分被干燥的基层吸去,变得疏松以致产生细裂缝,有时也可在基层和混凝土之间铺设薄层沥青混合料或塑料薄膜。

10.2.4.3　混凝土板的施工程序与施工技术

面层板的施工程序为：①安装模板；②设置传力杆；③混凝土的拌和与运送；④混凝土的摊铺和振捣；⑤接缝的设置；⑥表面整修；⑦混凝土的养生与填缝。

1.边模的安装

在摊铺混凝土前,应先安装两侧模板。如果采用手工摊铺混凝土,则边模的作用仅在于支撑混凝土,可采用厚约4～8cm的木模板,在弯道和交叉口路缘处,应采用1.5～3cm厚的薄模板,以便弯成弧形。条件许可时宜用钢模,这不仅可以节约木材,而且可以保证工程质量。钢模可用厚4～5mm的钢板冲压制成,或用3～4mm厚钢板与边宽40～50mm的角钢或槽钢组合构成。

当用机械摊铺混凝土时,轨道和模板的安装精度直接影响到轨道式摊铺机的施工质量和施工进度,安装前应先对轨道及模板的有关质量指标进行检查和校正,安装中要用水平仪、经纬仪、皮尺等定出路面高程和线型,每5～10m一点,用挂线法将铺筑线型和高程固定下来。

侧模按预先标定的位置安放在基层上,两侧用铁钎打入基层以固定位置。模板顶面用水准仪检查其标高,不符合时予以调整。模板的平面位置和高程控制都很重要,稍有歪斜和不平,都会反映到面层,使其边线不齐,厚度不准和表面呈波浪形。因此,施工时必须经常校验,严格控制。模板内侧应涂刷肥皂液、废机油或其他润滑剂,以便利拆模。

2.传力杆设置

当两侧模板安装好后,即在需要设置传力杆的胀缝或缩缝位置上设置传力杆。混凝土板连续浇筑时设置胀缝传力杆的做法,一般是在嵌缝板上预留圆孔以便传力杆穿过,嵌缝板上面设木制或铁制压缝板条,其旁再放一块胀缝模板,按传力杆位置和间距,在胀缝模板下部挖成倒U形槽,使传力杆由此通过。传力杆的两端固定在钢筋支架上,支架脚插入基层内(图10.10)。

对于不连续浇筑的混凝土板在施工结束时设置的胀缝,宜用顶头木模固定传力杆的安装方法,即在端模板外侧增设一块定位模板,板上同样按照传力杆间距及杆径钻成孔眼,将传力杆穿过端模板孔眼并直至外侧定位模板孔眼。两模板之间可用按传力杆1/2长度的横木固定(图10.11)。继续浇筑邻板时,拆除挡板、横木及定位模板,设置胀缝板、木制压缝板条和传力杆套管。

图10.10　胀缝传力杆的架设(钢筋支架法)

1—先浇的混凝土；2—传力杆；3—金属套管；4—钢筋；5—支架；6—压缝板条；7—嵌缝板；8—胀缝模板

3.制备与运送混凝土混合料

混合料的制备可采用两种方式：①在工地由拌和机拌制；②在中心工厂集中制备,而后用汽车运送到工地。

在工地制备混合料时,应在拌和场地上合理布置拌和机和砂石、水泥等材料的堆放地点,力求提高拌和机的生产率。拌制混凝土时,要准确掌握配合比,特别要严格控制用水量。每天开始拌和前,应根据天气变化情况,测定砂、石材料的含水量,以调整拌制时的实际用水量。每拌所用材料应过秤。每一工班应检查材料量配的精确度至少2次,每半天检查混合料的坍落度2次。拌和时间为1.5～2.0min。

图10.11　胀缝传力杆的架设(顶头模固定法)

1—端头挡板；2—外侧定位模板；3—固定模板

当用机械摊铺混凝土时须进行匀料,匀料工序的主要任务是用匀料机将运输车卸下的混凝土均匀分布在铺筑路段内,并使其大致平整,留有一定的虚高,以保证混凝土经振实、整平后与路面施工厚度相同,预留虚高的大小,与混凝土的压(振)实系数、混凝土的级配组成、坍落度及振实机械的性能等有关,顶留虚高应试验确定,在一般情况下,当坍落度为1～5cm时,匀料机匀料的松铺厚度按振实后路面厚度1.15～1.25倍控制。

混合料用手推车、翻斗车或自卸汽车运送。合适的运距视车辆种类和混合料容许的运输时间而定。通常,夏季不宜超过30～40min,冬季不宜超过60～90min。高温天气运送混合料时应采取覆盖措施,以防混合料中水分蒸发。运送用的车厢必须在每天工作结束后,用水冲洗干净。

4.摊铺和振捣

当运送混合料的车辆运达摊铺地点后,一般直接倒向安装好侧模的路槽内,并用人工找补均匀。要注意防止出现离析现象。摊铺时应考虑混凝土振捣后的沉降量,虚高可高出设计厚度约10%左右,使振实后的面层标高同设计相符。

混凝土混合料的振捣器具,应由平板振捣器、插入式振捣器和震动梁配套作业。混凝土路面板厚在0.22m以内时,一般可一次摊铺,用平板振捣器振实,凡振捣不到之处,如面板的边角部、窨井、进水口附近,以及设置钢筋的部位,可用插入式振捣器进行振实；当混凝土板厚较大时,可先插入振捣,然后再用平板振捣,以免出现蜂窝现象。

平板振捣器在同一位置停留的时间,以达到表面振出浆水,混合料不再沉落为宜。平板振捣器振捣后,用带有振捣器的、底面符合路拱横坡的振捣梁,两端搁在侧模上,沿摊铺方向振捣拖平。拖振过程中,多余的混合料将随着振捣梁的拖移而刮去,低陷处则应随时补足。随后,再用直径75～100mm长的无缝钢管,两端放在侧模上,沿纵向滚压一遍。

必须注意,当摊铺或振捣混合料时,不要碰撞模板和传力杆,以避免其移动变位。

当用机械摊铺混凝土时,摊铺工序包括用螺旋摊铺器或叶桨摊铺器将匀料后的松铺混凝土表面进一步摊铺平整,并通过机械的自重对混凝土进行压实,为振实工序提供平整的外形和更为准确的虚高。振实工序的工作内容主要是用插入式振捣机组或弧形振动梁对摊铺整平后的混凝土进行振捣密实、均匀,使混凝土路面成形后获得尽可能高的抗折、抗压强度。本工序是路面内在质量的关键,影响振实效果的主要因素有混凝土坍落度、集料级配组成,粗集料最大粒径及振捣方式等,混凝土坍落度较大时容易振实,较小时则不易振实,最大粒径为40mm时边部振实比较困难,因此,当混凝土坍落度小于2cm时,须用插入式振捣器对边部进行预振才能保证混凝土的密实和均匀性,振实机械的工作速度对混凝土的振实效果也有影响。在设置钢筋的部位振捣时须特别小心,施工中应根据传力杆、拉杆的设置情况准确地将部分振捣器提起或落下,并辅以平板振捣器振实,以保证振实效果。(www.daowen.com)

5.筑做接缝

(1)胀缝,先浇筑胀缝一侧混凝土,取去胀缝模板后,再浇筑另一侧混凝土,钢筋支架浇在混凝土内。压缝板条使用前应涂废机油或其他润滑油,在混凝土振捣后,先抽动一下,而后最迟在终凝前将压缝板条抽出。抽出时为确保两侧混凝土不被扰动,可用木板条压住两侧混凝土,然后轻轻抽出压缝板条,再用铁抹板将两侧混凝土抹平整。缝隙上部浇灌填缝料,留在缝隙下部的嵌缝板是用沥青浸制的软木板或油毛毡等材料制成。

(2)横向缩缝,即假缝。用下列两种方法筑做。

1)切缝法。在混凝土捣实整平后,利用振捣梁将T形震动刀准确地按缩缝位置震出一条槽,随后将铁制压缝板放入,并用原浆修平槽边。当混凝土收浆抹面后,再轻轻取出压缝板,并即用专用抹子修整缝缘。这种做法要求谨慎操作,以免混凝土结构受到扰动和接缝边缘出现不平整(错台)。

2)锯缝法。在结硬的混凝土中用锯缝机(带有金刚石或金刚砂轮锯片)锯割出要求深度的槽口。这种方法可保证缝槽质量和不扰动混凝土结构。但要掌握好锯割时间,过迟因混凝土过硬而使锯片磨损过大且费工,而且更主要的可能在锯割前混凝土会出现收缩裂缝。过早混凝土因还未结硬,锯割时槽口边缘易产生剥落。合适的时间视气候条件而定,炎热而多风的天气,或者早晚气温有突变时,混凝土板会产生较大的湿度或温度坡差,使内应力过大而出现裂缝,锯缝应早在表面整修后4h即可开始。如天气较冷,一天内气温变化不大时,锯割时间可晚至12h以上。

3)纵缝,筑做企口式纵缝。模板内壁做成凸榫状。拆模后,混凝土板侧面即形成凹槽。需设置拉杆时,模板在相应位置处要钻成圆孔,以便拉杆穿入。浇筑另一侧混凝土前,应先在凹槽壁上涂抹沥青。

6.表面整修与防滑措施

混凝土终凝前必须用人工或机械抹平其表面。当用人工抹光时,不仅劳动强度大、工效低,而且还会把水分、水泥和细砂带至混凝土表面,致使它比下部混凝土或砂浆有较高的干缩性和较低的强度。而采用机械抹面时可以克服以上缺点。目前国产的小型电动抹面机有两种装置：装上圆盘即可进行粗光；装上细抹叶片即可进行精光。在一般情况下,面层表面仅需粗光即可。抹面结束后,有时再用拖光带横向轻轻拖拉几次。

为保证行车安全,混凝土表面应具有粗糙抗滑的表面。最普通的做法是用棕刷顺横向在抹平后的表面上轻轻刷毛；也可用金属丝梳子梳成深1～2mm的横槽。近年来,国外采用在已硬结的路面上,用锯槽机将路面锯割成深5～6mm、宽2～3mm、间距20mm的小横槽的方法,也可在未结硬的混凝土表面塑压成槽,或压入坚硬的石屑来防滑。

7.养护与填缝

为防止混凝土中水分蒸发过速而产生缩裂,并保证水泥水化过程的顺利进行,混凝土应及时养护。一般用下列两种养护方法。

(1)湿治养护,混凝土抹面2h后,当表面已有相当硬度,用手指轻压不现痕迹时即可开始养护。一般采用湿麻袋或草垫,或者20～30mm厚的湿砂覆盖于混凝土表面。每天均匀洒水数次,使其保持潮湿状态,至少延续14d。

(2)塑料薄膜或养护剂养护,当混凝土表面不见浮水,用手指按压无痕迹时,即均匀喷洒塑料溶液,形成不透水的薄膜黏附于表面,从而阻止混凝土中水分的蒸发,保证混凝土的水化作用。

填缝工作宜在混凝土初步结硬后及时进行。填缝前,首先将缝隙内泥砂杂物清除干净,然后浇灌填缝料。

理想的填缝料应能长期保持弹性、韧性,热天缝隙缩窄时不软化挤出,冷天缝隙增宽时能胀大并不脆裂,同时还要与混凝土黏牢,防止土砂、雨水进入缝内,此外还要耐磨、耐疲劳、不易老化。实践表明,填料不宜填满缝隙全深,最好在浇灌填料前先用多孔柔性材料填塞缝底,然后再加填料,这样夏天胀缝变窄时填料不致受挤而溢至路面。

混凝土强度必须达到设计强度的90%以上时,方能开放交通。

近年来,国内已推广使用滑动模板摊铺机来修筑混凝土路面。此机尾部两侧装有模板随机前进,能兼做摊铺、振捣、压入杆件、切缝、整面和刻划防滑小槽等作业,成型的路面即在机后延伸出来。此机可铺筑不同厚度和不同宽度的混凝土路面,对无筋和配筋混凝土路面均可使用。工序紧凑,施工质量高,行进速度为1.2～3.0m/min,每天能铺筑长达1600m的双车道路面,能大大降低路面造价。此机的出现是混凝土路面施工技术的一大变革。这种摊铺机目前在我国一些省市和机场已开始使用。至于混凝土拌和机,随着干硬性混凝土混合料的使用,强制式混凝土拌和机已在我国广泛使用。

8.冬季和夏季施工

混凝土强度的增长主要依靠水泥的水化作用。当水结冰时,水泥的水化作用即停止,而混凝土的强度也就不再增长,而且当水结冰时体积会膨胀,促使混凝土结构松散破坏。因此,混凝土路面应尽可能在气温高于+5℃时放工。由于特殊情况必须在低温情况下(昼夜平均气温低于+5℃和最低气温低于-3℃时)施工时应采取下述措施。

(1)采用高强度等级快凝水泥,或掺入早强剂,或增加水泥用量。

(2)加热水或集料。较常用的方法是仅将水加热,原因是：①加热设备简单,水温容易控制；②水的热容量比粒料热容量大,1kg水升高1℃所吸收的热量比同样重的粒料升高1℃所吸收的热量多4倍左右,所以提高水温的方法最为有效。

拌制混凝土时,先用温度超过70℃的水同冷集料相拌和,使混合料在拌和时的温度不超过40℃,摊铺后的温度不低于10(气温为0℃时)～20℃(气温为-3℃时)。

(3)混凝土整修完毕后,表面应覆盖蓄热保温材料,必要时还应加盖养生暖棚。

在持续寒冷和昼夜平均气温低于-5℃,或混凝土温度在5℃以下时,应停止施工。

在气温超过25℃时施工,应防止混凝土的温度超过30℃,以免混凝土中水分蒸发过快,致使混凝土干缩而出现裂缝,必要时可采取下列措施：①对湿混合料,在运输途中要加以遮盖；②各道工序应紧凑衔接,尽量缩短施工时间；③搭设临时性的遮光挡风设备,避免混凝土遭到烈日暴晒并降低吹到混凝土表面的风速,减少水分蒸发。

10.2.4.4　质量控制和检查

进行路面用混凝土设计时,应对取用的各原材料(粗集料、细集料、水泥、水、外加剂)分别进行检验,以判断其是否适用。对于合格的材料,可进一步设计达到要求强度的配比。

混凝土路面施工时,为保证工程质量,需要控制和检查的主要项目包括以下几方面。

(1)土基完成后应检查其密实度；基层完成后应检查其强度、刚度和均匀性。

(2)按规定要求验收水泥、砂和碎石；测定砂、石的含水量,以调整用水量；测定坍落度,必要时调整配合比。

(3)检查磅秤的准确性；抽查材料配量的准确性。

(4)摊铺混凝土之前,应检查基层的平整度和路拱横坡；校验模板的位置和标高；检查传力杆的定位。

(5)冬季和夏季施工时,应测定混凝土拌和和摊铺时的温度。

(6)观察混凝土拌和、运送、振捣、整修和接缝等工序的质量。

(7)每铺筑400m3混凝土,同时制作二组抗折试件龄期分别为7d和28d,每铺筑1000～2000m3混凝土增做一组试件,龄期为90d或更长,备作验收或检查后期强度时用,抗压试件可利用抗折试验的断头进行试验,抗压试验数量与抗折数量相对应。试件在现场与路面相同的条件下进行湿治养护。

施工中应及时测定7d龄期的试件强度,检查其是否已达到28d强度的70%(普通水泥混凝土),否则应查明原因,立即采取措施,务使继续浇筑的混凝土强度达到设计要求。在以上各项目中,凡属于质量中间检查的,均应作好施工记录并予保存。