以水泥混凝土为主要材料做面层的路面,简称混凝土路面。有素混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土和装配式混凝土等各种路面。
发展简史 1868年,苏格兰首次在因弗内斯通往某堆货场道路上铺筑混凝土路面,19世纪末传入美国和德国。早年混凝土路面大多用素混凝土按单层就地浇筑而成,少数也有做成双层式或配设钢筋的。20世纪20年代,欧、美各国在公路、城市道路和飞机场跑道上大量发展混凝土路面,美国还开始试铺装配式预制块混凝土路面和连续配筋混凝土路面。至于预应力混凝土路面,美、法两国分别于30年代和40年代中期开始试铺。70年代初,美国和荷兰开始试铺钢纤维混凝土路面。
中国于20世纪20年代末开始在少数大城市的道路和飞机场跑道上铺筑混凝土路面。1932~1933年在南京至杭州国道上铺筑了长500米、宽5.5米的混凝土路面试验段。1940年在北京至天津公路上铺筑了长120公里、宽3米的混凝土路面。1948年在南京飞机场跑道上铺筑长2200米、 宽45米、 厚30厘米的钢筋混凝土道面。到50年代,随着水泥工业的发展,在中国的一些大、中城市的干道以及飞机场跑道上,开始大规模铺筑混凝土路面。70年代初以来,某些省在公路干线上开始铺筑混凝土路面。中国的飞机场跑道,几乎全部都采用混凝土道面。中国混凝土路面大多是用素混凝土按单层就地浇筑而成,但少数也有采用装配式预制板,或做成双层式,或配有钢筋。
分类 素混凝土路面 用素混凝土或仅在路面板边缘和角隅少量配筋的混凝土,就地灌筑成的路面结构,施工方便,造价低廉。素混凝土路面应沿纵向每隔5~6米设一缩缝,满足冬季缩裂要求;每隔20~40米设一胀缝,防止夏季热胀,板屈曲压裂或缝边混凝土挤碎;沿横向每隔3~4.5米设一纵缝(图1)。由于横胀缝易引起路面板的破坏,增加施工和养护的麻烦,60年代中期以来,对夏季施工的混凝土路面,除在桥头、隧道口、道路交叉口小半径曲线或纵坡变换处,必须设置胀缝外,其他路段可少设或不设。纵横缝一般做成垂直相交,但也有把横缝做成与纵缝交成70°~80°斜角,并按4、4.5、5、5.5和6米的不等间距顺序布置。 胀缝间隙宽1.8~2.5厘米,为防止渗水,上部5~6厘米深度内应灌以填缝料,下部则设置用沥青浸制的软木嵌条。为传递荷载,混凝土板厚中央处设钢传力杆,杆径20~32毫米,长40~60厘米,间距30厘米。杆的半段涂沥青并套以套筒,筒底部填以木屑等材料(图2a)。如不设传力杆,可在混凝土板下设置垫枕(图2b)。 缩缝一般做成裂口深4~6厘米的假缝形式(图3a),上部亦灌以填缝料,可不设传力杆。但在路基软弱或交通繁忙路段以及邻近长间距胀缝的二三个缩缝上,也应设置传力杆(图3b)。纵缝可做成假缝、平头缝或企口缝形式(图4),上部也灌以填缝料。为防止板块向两侧滑移,板厚中央可设置钢拉杆,杆径14~20毫米,长40~60厘米,间距80~100厘米。 素混凝土路面板大多做成等厚断面,厚约20~25厘米。由于板的边缘和角隅最易遭到破坏,可设置边缘钢筋和角隅钢筋(图1)予以加固,或做成厚边式断面,从靠路肩1米处开始厚度逐渐增加,至板边缘厚度较中间大25%。在高速公路和一级公路上,可做成由内侧向外侧边缘逐渐加厚的梯形断面。路面板大多做成单层式;当板较厚时也可做成双层式,上层厚度不小于6~7厘米。下层使用品质稍差的材料做成低强度混凝土;为使上下层结合牢固,下层表面应清洁、粗糙并设凹槽。
钢筋混凝土路面 在混凝土路面板内,沿纵横向配置钢筋网,配筋率为 0.1~0.2%。钢筋直径8~12毫米,纵筋间距15~35厘米,横筋间距30~75厘米。钢筋设在板表面下5~6厘米处,以减轻板面裂纹的产生和扩张。板厚和纵缝间距与素混凝土路面相同,但横缩缝间距可增至10~30米,并设传力杆。在地路基软弱地段和交通特别繁重处,也可将钢筋网设在板底面之上5~6厘米处,或设双层钢筋网。
连续配筋混凝土路面 在混凝土路面板内大量配筋,配筋率达0.6~1.0%,纵筋直径12~16毫米,间距7.5~20厘米,可连续贯穿横缝。横筋直径6~9毫米。间距40~120厘米。钢筋设在板厚中央略高处,与板表面距离至少6~7厘米。
在连续配筋混凝土路面板的端部应设置端缝,它有两种形式:一为自由式,即连续设置3~4条胀缝,以便板端部自由胀缩;另一为锚固式,即在板底部设置若干根肋梁或桩埋入地基内,以阻止板的胀缩活动。与素混凝土路面相比,连续配筋混凝土路面板厚可减薄15~20%;缩缝间距可增长至100~300米。但用钢多,造价高,施工较复杂。
预应力混凝土路面 按路面构造的不同分为三种:
①无筋预应力混凝土路面。在混凝土板两端设置墩座埋入地基内,墩座与板之间设置弹力缝,放入钢弹簧。板长中央设置加力缝,缝内设千斤顶,对混凝土板逐渐施加压应力至5兆帕,然后塞入混凝土预制块,取xx斤顶,用混凝土填塞缝隙。
②有筋预应力混凝土路面。在混凝土板厚中央预留孔,穿进钢丝束,张拉后将两头锚固,并在孔内注入水泥浆使钢丝束与混凝土粘牢。较窄的板可仅在板的纵向加力,较宽的板需在纵横向同时加力,或按与路中线成小于45°角的斜向加力(图5)。后者可以连续浇筑很长的板,在板的两侧施加应力。所加预应力,在纵向为2~4兆帕,在横向为0.4~1.4兆帕。 ③自应力混凝土路面。用膨胀水泥制备混凝土铺筑路面,借配筋或在板的两端设置墩座,通过混凝土的膨胀施加预应力。
预应力混凝土路面板厚可减至10~15厘米,缩缝间距可增至100~150米。但因施工工艺复杂,所需机具性能要求较高,除在某些飞机场建设中获得成功经验外,尚未普遍推广。
钢纤维混凝土路面 于混凝土中掺入1.5~2.0%(体积比)的长25~60毫米、直径0.25~1毫米的钢纤维,可使其28天极限抗压强度和极限抗弯拉强度较素混凝土提高50%以上;而且它的抗疲劳和抗裂缝能力也较素混凝土高(见纤维混凝土)。与素混凝土路面相比,钢纤维混凝土路面板厚可减小30~50%,缩缝间距可增至15~30米,纵缝间距可增至8米,胀缝可以不设。钢纤维混凝土路面施工工艺尚未定型,仍在试验阶段。
装配式混凝土路面 在工厂中制成混凝土预制板,运至工地现场铺装而成的路面。装配式混凝土板一般做成边长1~2米的正方形或矩形,也可做成边长1.2米的六角形,板厚12~18厘米;还可做成宽3.5米、长3~6米的大型板,但需有相应的运输和吊装机具来配合。板的边缘和角隅可配置钢筋,也可在全板面配设钢筋网。为提高混凝土的质量,可采用预应力、真空吸水、机械振捣和蒸汽养护等工艺。装配式混凝土路面板可以全年生产,不受气候影响,质量容易保证;而且铺装进度快,铺完即可通车,损坏后易于拆换修理。因此,较适用于停车站场及港口码头处,但其接缝多,整体性差,故在公路和城市道路干线上很少采用。
土基与基层 土基与基层的稳定与坚固对混凝土路面的经久耐用有极大关系。60年代以来,都强调要用水泥、石灰或沥青稳定土或粒料、工业废渣、沥青混合料或贫混凝土作混凝土路面的基层,厚约15~20厘米,宽度较混凝土板每侧宽出25~35厘米以上。土基上层60厘米深度内的压实度要达到{zj0}密实度的98%以上。在冰冻地区,还要在基层之下,另设30~80厘米厚的砂砾或炉渣防冻层。在基层与混凝土面板之间,可铺设1~2厘米厚的沥青砂或塑料薄膜;如基层表面平整,亦可将混凝土直接灌筑于基层上。
材料要求 制备路面用混凝土,要采用软练425或525号普通硅酸盐水泥、中砂或粗砂和Ⅰ、Ⅱ级碎(砾)石。混凝土28天极限抗压强度不低于30~40兆帕,极限抗弯拉强度不低于4.5~5.5兆帕,每立方米混凝土的水泥用量为300~350公斤。对双层式混凝土路面的下层材料,可适当降低要求。为提高混凝土的使用性能,可掺入少量早强剂、加气剂、增塑剂、减水剂或聚合物等外加剂(见混凝土外加剂)。
在接缝上部所浇灌的填缝料,常用沥青、矿粉、石棉屑、软木屑或橡胶粉,按适当配比制成的沥青胶泥(也称沥青玛脂)。亦有采用氯丁橡胶空心带、塑料嵌条或聚氯乙烯胶泥等作填缝料,效果较好。
路面施工 混凝土路面施工的一般工序是:①安装边模、接缝嵌条、传力杆和钢筋网等;②拌和混凝土混合料并运至工地;③摊铺与振捣混凝土混合料;④整平混凝土表面并刷毛或刻防划滑小槽(见彩图);⑤养生与填缝。此外,还有试用真空吸水、振动碾压等工艺于混凝土路面施工中。 在早年,混凝土路面的施工使用钢制轨模,它一方面作为边模,一方面又可供具有钢轮的混凝土拌和机、运料车、摊铺机和振捣机等行驶操作。20世纪40年代,一些工业发达国家混凝土路面施工已全盘机械化,从基础整形、轨模安装与拆卸、混凝土拌和、摊铺、捣实与整面,直到切缝、填缝与养生等工序,都使用专门机械,进行流水作业。
1960年出现了滑模式水泥混凝土路面铺筑机(见水泥混凝土路面铺筑机械),机尾两侧装有模板随机前进,摊铺、振捣、整面与刻槽等作业顺序完成,成型的路面即在机后延伸出来。此外,还有一种混凝土路面联合铺筑机,它行驶一次即能使路基成型,并摊铺、压实基层,再于其上铺筑混凝土板。
补强与加层 当混凝土路面已破损,一般可于其上加铺沥青混凝土层,其厚度至少为15~20厘米,以防裂缝和接缝反映到沥青层上。如用新混凝土进行加层,则有如下三种形式:
结合式加层 先将旧路面凿毛,涂上水泥浆或环氧树脂,再铺新混凝土层,使它与旧路面结合良好。
部分结合式加层 先清洗旧路面,再铺新混凝土层,它和旧路面结合较差。
隔离式加层 在旧路面上先铺一层油毡或2~3厘米厚的粗砂或沥青砂,再铺新混凝土层。
混凝土路面坚固耐用,能适应现代高速、重载而繁密的汽车运输的要求,养护维修费用也少,所以在飞机场跑道、高速公路、干线公路、城市道路、厂矿道路以及停车站场上采用较多。它也特别适用于隧道内路面和过水路面。
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