（材料学专业论文）低噪音高抗滑露石水泥混凝土路面研究.pdf

摘要 摘要 普通水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性好等特点，在道路建设 中得到了大量使用，随着人们生活水平的提高，对道路使用性能提出了更高的要 求。抗滑性低、噪声大、阳光反射强等缺陷影响着普通水泥混凝土路面在新建公 路和维修工程中的应用。露石水泥混凝土路面与传统水泥混凝土路面相比，露石 表面具有丰富的表面纹理，使其具有构造深度大、抗滑性能好、路面噪声低、表 面摔水性能好、防眩等优良特征 本文通过对露石水泥混凝土路面高抗滑低噪声特性的研究，针对重庆地区原 材料情况，提出合理的露石水泥混凝土配合比、经济科学的露石方法与施工工艺。 通过实体工程试验路的试铺，完善露石施工工艺，提高水泥混凝土路面的抗滑性 能，降低交通噪声，减少路面眩光，改善水泥混凝土路面使用性能。 研究结果表明，露石水泥混凝土原材料中集料的最大粒径、级配对于露石表 面特性影响较大，在配合比设计中粗集料的级配、细集料的细度模数需严格要求； 抗滑性能方面，露石水泥混凝土路面表面排水性能好、抗滑值高，更有利于雨季 行车安全；降噪方面，露石水泥混凝土路面的降噪效果随着行车速度的增加越发 明显，与普通混凝土路面相比，车速1 0 0 l 【h 以上降噪可达2 3 d b ( a ) 。 由此可见，露石水泥混凝土路面对提高路面行车安全、降低交通噪声确有成 效。将露石水泥混凝土路面应用于道路工程建设中具有重要的现实意义和深远的 发展意义。 关键词：道路工程；露石水泥混凝土路面：露石工艺；路用性能；路面噪声；抗 滑性能； t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h en o 工m lc e m e n tc o n c r e t ep a v e e n tw i t hh i g h s t r e n g t h ， f a v o r 曲1 es t a b i l i t y 鲫de x c e l l e n td i l r a b i l i t ym a l 【ei tb eu s e d a b u n d a i l t l yi nt h eh i g h 霄a yc o n s t r u c t i w i t ht h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e 1 i v i n g1 e v e l ，t h eh i g h e rn e e d sa b o u tp e r f o 珈a n c eo fh i g h r a ya r er a i s e d t h ed e f e c t so f1 0 w 锄t i s k i d d i n g ，h i g i ln o i s e 锄ds t r o n gs l l i l l i g h tr e f l e c t i o n b a f f l es e r i o u s l ya p p li c a t i o no ft h en o 珈a 1c e m e n t c o n c r e t ep a v e m e n t f r e s h l y p l a c e dp a v 锄e n ta n d 皿a i n t a i np r o j e c t s c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o i l a l c e m e n tc o n c r e t ep a v 鲫e n t ，t h ee x p o s e d - a g g r e g a t ec 印e n tc o n c r e t ep a v e m e n t p o s s e s sa m p l es u r f a c et e x t u r e ，劬i c ho b t a i n sa d v a n t a g e ss u c ha sb i gs u r f a c e s t n l c t u r ed e p t h ，1 0 wp a v 锄e n tn o i s e ，h i g ha n t i s k i d d i n ge x t e r i o rd r a i n i n g r a t e r ，g u a r da g a i n s td i z z i n e s sa n ds oo n t h r o u g hr e s e a r c h i n gh i g ha n t i s k i d ( 1 i n ga n d1 0 wn o i s ec h a r a c t e r i s t i c s o fe x p o s e 扣a g g r e g a t ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t ， t h i s t h e s i sp r o p o s e s r a t i o n a lm i x i n gr a t i oo fe x p o s e d - a g g r e g a t ec 伽e n tc o n c r e t e ，e c o n o m i c m e t h o do fe x p o s e d - a g g r e g a t ea n de x p o s i n g a g g r e g a t et e c h n 0 1 0 9 y b y1 a y i n g t r i a lp a v 鲫e n to fe x p o s e d a g g r e g a t ec e m e n tc o n c r e t e ，e x p o s i n g a g g r e g a t e t e c l l i l o l o g yi si m p r o v e d ，a n t i s k i d d i n gc a p a c i t yi se n h a n c e d ，t r a f f i cn o i s e i sr e d u c e d ，g u a r da g a i n s td i z z i n e s si sc u td o w nt op e r f o r 皿锄c eo fc e m e n t c o n c r e t ep a y 伽e n t t h er e s u l to fr e s e a r c hi n d i c a t e st h a tt h em a x i m a ls i z eo fc o a r s e a g g r e g a t e ，t h eo p t i m 衄母强d u a t i o no fa g g r e g a t ea n da p p r o p r i a t ef i n e c o a r s e a g g r e g a t er a t i of u r t h e ra f f e c ts p e c i a l i t yo fe x p o s e da g g r e g a t es u r f a c e t h u st h eg r a d l l _ a t i 帆o fc o a r s ea g g r e g a t ea n df i n ea g g r e g a t es h o u l db e s t r i c t l yc o n t r 0 1 1 e d o nt h e el l a i l d ，t oa n t i s k i d d i n gs p e c i a l i t ya s p e c t ， - i t hf a v o r a b l ee x t e r i o rd r a i n i n g 豫t e ra n dh i g h 锄t i s k i d d i n gp e r f o 工1 啪c e ， e x p o s e d - a g g r e g a t ec e m e n tc o n c r e t ep a v 鲫e n tc a ns e c u r ee f f i c i e n t l ys a f e t y o ft r a f f i ci nt i l er a i n ys e a s o n o nt h eo t h e rh a n d ，t od e c r e a s et r 8 f f i cn o i s e ， - i t hv e l o c i t yo fv e h i c l ei n c r e a s i n g ， d e c r e a s i n gp a v e m e n tn o i s et o 霄a r d s e x p o s e d _ a g g r e g a t ec 锄e n tc o n c r e t ep a v e m e n tb e c 伽e sm o r e 锄dm o r ee f f i c i e n t c o m p a r e dw i t ht h en o 加a 1c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t ， i tc 8 nd e c r e a s e2 3 d b ( a ) ，冒h e nv e l o c i t yo fv e h i c l es u r p a s s1 0 0k m l l i tc a nb es e e nt h a te x p o s e d a g g r e g a t ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tc 锄 i m p r o v es e c u r i t yo ft r a f f i c 棚1 dr e d u c ep a v 锄e n tn o i s e i ti ss i g n i f i c a t i v e t oa p p li e a t i o no fe x p o s e d a g g r e g a t ec e m e n tc o n c r e t ep a v e e n ti nt h ef i e l d o fh i g i l w a yc o n s t n l c t i o l l k e y - o r d s ：r o a de n g i n e e r i n g ：e x p o s e d a g g r e g a t ec e m e n tc o n c r e t ep a v 印e n t ： e x p o s i n g a g g r e g a t et e c h n 0 1 0 9 y ；p e r f 唧a i l c e ：p a v e m e n tn o i s e ：a n t i s k i d d i n g p e r f o r a i l c e 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 魏嘲刊 吼乃即月7 臼 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留，使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 鬲窄 醐。冲午月7 日 指导教师签名： 醐7 审尹 第l 章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 水泥混凝土路面的发展概述 1 9 4 9 年建国以来，工农业生产迅速发展，人民生活水平不断提高，尤其是建 立和发展了汽车工业和石油工业，使我国公路交通事业得到了迅速的发展。自1 9 7 8 年以后，国家贯彻了以经济建设为中心的政策，公路建设开创了新局面。自8 0 年 代中期，中国大陆开始兴建高速公路，高速公路的建设和使用，为汽车快速、高 效、安全、舒适地运行提供了良好的条件，标志着我国的公路运输事业和科学技 术水平进入了一个崭新的时代。 水泥混凝土路面作为一种高级刚性路面结构形式，其最早建造史可追溯到约 公元前一世纪，当罗马人在偶然机会了解到火山灰可以作为水硬性胶凝材料使用 在建筑、水利、港口工程上时，就开始应用到重要的道路和广场工程上了。由历 史记载可知，我国混凝土路面和地坪最早使用始于秦汉时期，从长城、圆明圆古 建筑及一些考古发掘中见到的混凝土是以熟糯米浆和石灰作为胶凝材料，充填料 是砂和河卵石，其粒料级配组成与现代水泥混凝土很接近，惟独采用的胶凝材料 不是水泥。 近代意义上的水泥混凝土路面在欧洲是从英国工匠l e a d s 和j a s p d i n 取得 了波特兰水泥的发明专利后，开始发展起来的。1 8 6 5 年在英国修建了全世界第一 条水泥混凝土路面。随后水泥混凝土路面在各发达国家大量使用并发展起来，1 9 3 3 年德国在当时还没有沥青路面高速公路情况下，建成了全世界第一条水泥混凝土 路面的高速公路。1 9 3 8 年法国、比利时、北爱尔兰都建成了水泥混凝土路面汽车 专用公路。 目前，国际上水泥混凝土路面新技术发展主要有以下几种： 滑模摊铺水泥混凝土路面 2 0 世纪8 0 年代以来，欧美各国在水泥混凝土路面施工技术上逐渐摆脱了对轨 道链式机组的依赖，各级公路水泥混凝土路面铺筑基本上全部采用了滑模摊铺技 术。 钢筋混凝土路面 欧美各国在高速公路上大力发展连续钢筋混凝土路面，根据工程需要其钢筋 量差异很大，既有很稀疏的配筋路面，也有很密集的强配筋混凝土路面，消除了 绝大部分接缝，使高速公路混凝土路面的承载能力增强、行车舒适性与安全性更 第l 章绪论 2 好、使用寿命更长。 低噪音混凝土路面 由于欧美各国对环保要求的提高，对水泥混凝土路面上的噪音提出了更严格 的要求，所以，近年来加紧了水泥混凝土路面低噪音技术的研究，其主要研究目 标是将水泥混凝土路面的噪音水平降低2 3 分贝，达到沥青路面相同的水平。 混凝土路面加铺层 近年来，欧美国家在大力发展混凝土加铺层技术，例如，在老沥青路面上加 铺的小块薄混凝土路面、结合式薄层混凝土加铺层、快速加铺层技术等。 水泥混凝土路面快速养护 由于欧美发达国家的路网基本建成，目前最大的工作是道路养护工作，美国 甚至建起了水泥混凝土路面医院，专门研究和开发混凝土与水泥路面修复和养护 技术，其中不少技术已经推广到我国。 我国水泥混凝土路面亦有7 0 多年的发展历史，但是由于在半封建、半殖民 地旧中国修筑的水泥混凝土路面数量极少，设计理论和计算方法也是空白，施工 技术也极端落后。新中国成立后，我国水泥混凝土路面首先在城镇道路上得到了 较快的发展，在公路上起步较晚，但在2 0 世纪9 0 年代的发展速度非常迅猛。由 交通部公路司发布的统计数据见表卜1 表1 - 1我国水泥混凝土路面建设里程统计表 年份里程( k - )占当年建成高级路面比例( ) 1 9 6 06 02 2 1 9 7 02 0 03 9 1 9 8 01 6 0 0 1 1 o 1 9 9 01 1 3 7 32 4 4 1 9 9 65 6 6 2 5 3 6 3 1 9 9 76 8 7 4 03 7 8 1 9 9 88 3 6 5 24 0 3 2 0 0 01 1 8 5 7 64 6 2 2 0 0 11 4 0 7 4 55 2 1 2 0 0 21 6 7 5 1 75 8 o 2 0 0 31 9 9 0 0 05 8 0 我国连续2 0 年是世界上第一大水泥生产国，水泥资源丰富，水泥生产供大于 求，发展水泥路面有助于地方经济的发展。而我国的沥青资源匮乏，道路沥青年 第1 章绪论 3 缺口达l o o 万吨，质量较差。鉴于水泥价格低廉的现实情况，从“六五”、“七五” 计划开始，交通部对水泥混凝土路面就给予了高度重视和大力推广。2 0 世纪8 0 年 代，交通部对水泥混凝土路面曾给予2 0 万元公里的补助，取得了非常显著的效 果。随着我国水泥混凝土路面造价的降低，建设水泥混凝土路面比沥青路面造价 节省，补助逐步取消。，由表卜1 可见，目前我国水泥混凝土路面每年建设里程已 在2 2 0 0 0 l 【m 左右，比1 9 9 0 年以前4 0 年的总和还要多。我国目前在高速公路上水 泥混凝土路面约占2 5 ，但在二级以下公路上，不少地方是以水泥混凝土路面为主。 这样快的发展速度，这么巨大的建设规模，不仅在中国，而且在世界各国水泥混 凝土路面发展史上，都是罕见的、绝无仅有的。到2 0 0 3 年，我国水泥混凝士路面 总里程已达1 9 9 0 0 0 l 皿。当年建成的水泥混凝土路面3 2 0 0 0 k ，占高级路面的比例 已达到5 8 ，达到了与沥青路面平分秋色的局面，实现了“因地制宜，黑白并举， 共同发展”。 1 1 2 水泥混凝土路面具有的优点 水泥混凝土路面与其他类型路面相比，具有以下优点： 承载能力强、刚度大 水泥混凝土路面板弹性模量在3 5 1 0 肝a 之间，板底分布荷载小，在标准 轴载l o t 作用下，板底压应力仅0 0 3 0 0 4 肝a 。这样面板下的基层承载力要求相 对较低，适应在稳定基层上的大交通量和重载交通的高速公路、国道、省道、机 场、厂矿道路上广泛应用。在土基承载力小的轻交通量的乡村道路、停车场可直 接将水泥混凝土路面铺筑于压实的土基上。 耐水性好、耐高温性强 水泥混凝土路面的耐水性好，能够较好地使用在降雨量较大的地区和在短期 浸水的过水路面上，在洪水淹没路面条件下，可照常通行。水泥混凝土耐高温性 强，不会像沥青路面那样，在持续高温下产生车辙、推移、拥包，严重影响路面 平整度和行车质量。 弯拉强度高、疲劳寿命长 水泥混凝土弯拉强度比较容易达到5 肝a 以上，正常合格水泥混凝土路面板在 标准轴载作用下，弯曲疲劳可达5 0 0 1 0 0 0 万次，疲劳寿命长。 耐久性好，耐候性强 在正常设计和保证施工质量条件下，水泥混凝土刚性路面的耐候性、抗冻性、 耐久性好。水泥水化产生的托贝莫来石是自然界自有的岩石品种之一，水泥混凝 土全部是无机材料，没有沥青材料等有机材料的老化问题。 水泥混凝土路面更环保 第1 章绪论 4 水泥混凝土对周围土壤和地下水无毒、无污染，是环保型类型路面，在水泥 混凝土路面中可以使用粉煤灰，具有良好的环保效益。 1 1 3 普通水泥混凝土路面目前存在的问题 普通水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性好等特点，但同时我们也 看到其缺陷和不足。普通水泥混凝土路面的缺点主要表现在： 有接缝 普通水泥混凝土路面需要建造缩缝、胀缝及施工缝，容易引起行车跳动影响行 车的舒适性，同时接缝又是路面的薄弱点，接缝处极易破损，导致路面板边和板角 破坏。 抗滑性能差 普通水泥混凝土路面不易实现平整、粗糙的理想状态。水泥混凝土路面抗滑性 能的要求，现行公路工程设计规范中对于不同等级公路的构造深度有明确规定。水 泥混凝土路表面多数采用划痕、压槽、刻槽等处理改善路面的抗滑性能。路面具有 良好的抗滑性能，行车安全才能得到保证。 眩光 普通水泥混凝土路面比沥青混凝土路面具有更高的阳光反射性能，容易产生眩 光，驾驶员在普通水泥混凝土路面上长时间行车后眼睛易疲劳而影响行车安全。眩 光问题是影响驾车人视觉的重要因素，消除这种不利影响是增加水泥混凝土路面行 车舒适性、安全性的重要方面。 刚度大、行车噪声高 普通混凝土路面的刚度大带来减振效果差，行车噪音较大，产生对交通附近环 境的负面影响。 维修难度大 普通水泥混凝土路面强度高，维修较为困难。路面损坏后，开挖很困难，修补 工作量大，且影响交通。 养生期长 开放交通较迟，一般水泥混凝土路面完工后，要经过2 8 天的潮湿养生，才能开 放交通，如需提早开放交通，则需采用特殊措施。 1 2 露石水泥混凝土路面研究目的、理论意义和实际应用价值 随着公路建设的发展，水泥混凝土路面在一些地区受到普遍的重视，被广泛 的应用于高等级公路和城市道路上。但在使用过程中，水泥混凝土路面抗滑性较 低，交通事故率较高；以长1 0 0 0 h 的水泥混凝土路面为例，修筑露石水泥混凝土 第1 章绪论 5 路面，则会降低交通事故发生率5 0 以上，每年可节约直接经济损失约7 0 0 万元， ( 按重庆市发生交通事故的平均经济损失计算，重庆市公路里程3 1 0 0 0 l 【m ，2 0 0 3 年 发生交通事故1 6 0 0 0 次，死亡1 0 3 7 人，受伤1 1 3 0 0 人，直接经济损失约4 亿3 千 万元，平均每公里约1 4 万元) ，可节约间接经济损失上亿元，并且具有巨大的社 会效益露石水泥混凝土路面抗滑性能的改善，可大大提高路面的行使安全性， 降低交通安全事故的发生率，具有巨大的经济效益及社会效益。 人的听觉系统是对噪音最敏感的系统，也是受噪声影响最大的系统，在噪声 作用下，听觉的敏感性下降；噪声对中枢神经系统、心血管系统、消化道系统、 呼吸系统和视觉器官均产生不良影响；噪声对人的睡眠质量和数量的影响甚大， 使人多梦、熟睡时间短；噪声易引起人的烦恼，如焦急、讨厌、生气等不愉快的 情绪；在噪声环境里，人们心情烦恼，反应迟钝，注意力不集中都直接影响作业 能力和工作效率。与此同时，环保意识的增加，人们对水泥混凝土路面产生较高 交通噪声的认识更为深刻。“噪音路面”已成为水泥混凝土路面的另一代名词， 在对路面使用品质要求不断提高的情况下，这一缺陷会成为水泥混凝土路面发展 的一个极不利制约因素，降低公路交通噪音，已是工程技术部门不得不考虑的问 题： 另外，作为“白色”路面，水泥混凝土路面的反光、眩目等自身特性，驾驶 员在普通水泥混凝土路面上长时间行车后眼睛易疲劳。在强烈的阳光下，给交通 安全亦造成不利影响。 由于露石水泥混凝土路面可获得发达的宏观构造及微观构造，所以它具有优 良的抗滑性能，因而，可称其为抗滑露石水泥混凝土路面；当采用合适的配合比、 合适的工艺，将使路面噪声降低，从而提供车辆行驶的舒适性。使水泥混凝土路 面真正成为低噪音高抗滑水泥混凝土路面，保证路面的使用品质。我国一些研究 单位对多孔水泥混凝土、透水性水泥混凝土的降噪问题进行了研究，但多孔降噪 与强度下降之间的矛盾问题有待解决。我国对交通噪音的研究，早在2 0 世纪8 0 年代开始评估公路项目的噪音影响，但低噪音路面的研究在水泥混凝士路面上关 注较少。 重庆地区多山多雨，公路坡多坡陡，公路隧道多，因此路面的抗滑性能对道 路的使用品质及交通安全有着非常重要的作用，对水泥混凝土路面的抗滑性能也 有更高的要求。随着环保意识的增强及人民生活水平的提高，对水泥混凝土路面 交通噪音的要求也更高，因此，低噪音高抗滑的露石水泥混凝土路面在重庆地区， 特别是重庆市区及隧道内的水泥混凝土路面中有广阔的市场使用前景。因此，运 用重庆地区的原材料根据当地的环境开展露石水泥混凝土路面的研究，具有重要 的经济效益。 第1 章绪论 6 露石水泥混凝土路面与拉毛刻槽处理的普通水泥混凝土路面相比，露石水泥 混凝土路面的纵向和横向都具有良好的抗滑性能。露石工艺是在路表实施，路面 面层整体强度不会受到影响，同时，露石混凝土路面能减少对环境的负面影响， 大大降低交通噪音。解决了多孔水泥混凝土、透水性水泥混凝土存在降噪与强度 下降的矛盾问题。从提高路面抗滑性能，确保行使安全的角度，从降低交通噪音， 提高环境质量的角度出发，从水泥混凝土路面发展趋势在质量改进要求上出发， 进行露石水泥混凝土路面性能研究具有重要的现实意义。露石工艺会增加水泥混 凝土路面的建设造价，但取消了路面的拉毛及刻槽工艺，将使费用有所降低，同 时路面表面抗滑性的持久性将大大增加，减少了路面的养护维修费用；更为重要 的是路面抗滑性的增加，将大大提高行车安全性，减少交通安全事故的发生，有 重要的社会经济效益。 1 3 国内外研究现状 在过去的若干年中，道路工作者对水泥混凝土路面的抗滑技术进行了多方面 研究，提出了一些可行的施工措施。我国目前主要用于水泥混凝土路面的抗滑措 施是拉毛和刻槽，这些措施在某种程度上对路面抗滑性有所改善，在使用初期能 满足抗滑性能的要求，但相对于水泥混凝土路面较长的使用年限，这些措施难以 保证道路较长时间内保持所要求的、良好的抗滑品质。另一方面，我国现行的横 向拉毛、刻槽技术对混凝土路面的噪声不但没有降低，反而有强化作用，这对隧 道水泥混凝土路面来说，显然更为不利。 纵观世界各国，德国、法国、比利时等欧洲国家对低噪声水泥混凝土路面的 研究和发展处在世界前列。低噪声水泥混凝土路面滑模摊铺施工技术的采用，大 大提高了水泥混凝土路面的舒适性。近年来，一些发达国家如奥地利、英国、丹 麦、日本、比利时等对露石水泥混凝土进行了试验研究与应用，取得了一定成效。 德国采用滑模摊铺机修筑低噪音露石水泥混凝土路面技术，并已经建成了一些高 速公路。特别是比利时，所有新建水泥混凝土路面均采用露石水泥混凝土路面。 露石水泥混凝土路面高抗滑、低噪声等多方面路用性能得到改善，因而在西 欧得到了推广应用，大部分新建水泥混凝土路面采用露石水泥混凝土路面形式， 使水泥混凝土路面服务水平得到很大提高。英国计划在2 0 1 0 年前对6 0 的主干道 实施路表面降噪处理，对日交通量大于7 5 0 0 0 辆的道路只能允许采用露石水泥混 凝土路面。国际道路会议常设委员会2 0 0 4 2 0 0 7 年战略计划中，在要有未来2 0 3 0 年道路路面特性的发展眼光去研究路面的前提下，把降低道路噪声作为其中的 一个重要目标，这无疑说明露石水泥混凝土路面是今后水泥路面的发展方向之一。 国内的一部分单位做了一些露石水泥混凝土路面的研究，但由于这些研究工 第l 章绪论 7 作不够系统，研究范围不够广泛，从而使露石混凝土技术尚未被全面开发、露石 水泥混凝土的应用较少。 长安大学韩森教授在对露石水泥混凝土路面露石处理时间测试、露石深度测 试、路面反光性能测试、路面排水能力测试的方面作了较深的研究。介绍如下： 水泥混凝土路面露石处理时间测试：采用划痕试验方法。 测试原理：在水泥混凝土未完成结硬状态，尖状物划上去会有一定的刻痕， 混凝土的凝结硬化程度不同，刻痕深度也不同。试验可采用测试小车，在测试小 车上带刻痕钢片的一端加一定的荷载，荷载重量为o 8 1 k g ，当以一定速度拉动测 试小车，划痕钢片在荷载作用下会在未凝结的混凝土表面留下划痕，根据划痕的 深度，划痕周边破损情况估计是否适宜进行露石处理。经大量试验表明，当划痕 很浅、但清晰可见、且划痕边缘基本无破损时，即为合适的露石处理时间。 路面集料外露高度测试方法 通过测量露石混凝土路面集料外露高度，来计算露石水泥混凝土路面的露石 深度以评价施工质量。 试验仪器： 1 ) 有机玻璃透明圆盘，直径由2 0 0 衄，厚度1 0 衄，上面垂直钻孔，孔径巾5 叫， 均匀分布在各轴线上，数量为3 3 个透明圆盘两面水平，不得发生变形、翘曲， 每次使用前应检查圆盘两面是否平整。 2 ) 测针，由4 衄，带有刻度，端部呈锥状，因为透明圆盘具有1 0 衄的厚度， 故测针的零刻度线处于距测针针尖1 0 衄处，每次使用前要进行校核，以确定零刻 度位置。仪器见图卜l 。 圈l l露石集料井露高度测量仪 试验步骤： 1 ) 将透明圆盘放在路面板或露石混凝土路面上，分别在测孔中垂直插入测针， 第l 章绪论 8 如果针在圆盘上表面的刻度值在o 刻度线以上，则观察结果有效；如果测针读数 在0 刻度线下，则说明此处碰及的是凸起的石料，则此点无效，舍弃。 2 ) 在透明圆盘上选择六个以上有代表性的值( 一般取较大值) ，取平均值作 为集料外露高度( 皿) 。 路面反光性能测试 露石水泥混凝土表面具有丰富的表面构造，能够形成光的漫反射，减轻路面 的反光性，具有一定的防眩功能。测试原理：根据物理光学现象，我们知道任何 物体对光线都会形成一定的反射现象，只不过反射光和吸收光的程度不同，生活 中最常见的现象就是白色物体反光性强，而黑色物体反光性较差。反光性测试是 通过光学试验散射系数来相对比较各种路面的反光性能。试验中通过测量未知路 面板的散射系数，并与光学试验室标准镁板的散射系数进行比较，得到各种路面 形式的反光性能。 路面排水能力间接测试方法 通过一定面积的路表所容纳水量的大小来间接评价路面的排水能力，使用于 室内排水能力的评价。 试验仪器：见图1 - 2 1 ) 有机透明玻璃圆柱形筒，内径1 5 0 m m ，厚度5 m m ，高度5 0 m m ，空心底座 宽度5 嘶m ，高度1 0 m m ； 2 ) 有机透明玻璃圆盘，直径1 4 8 衄，厚度1 0 m m ，圆盘上有连通的垂直管， 管的内径5 姗，圆平盘上有两个直径5 m m 的圆孔； 3 ) 密封物质，可采用油泥子，放在筒状圆环下，用于密封孔隙，使试验时圆 筒底座周边不透水； 4 ) 环状配重，压在底座上，用于保证良好的密封效果。 图卜2 路面捧水能力问接测试仪 第1 章绪论 9 试验步骤： 1 ) 向所要测试的露石水泥混凝土表面洒水，使测试板吸水饱和； 2 ) 调制油泥子到一定的稠度，均匀抹涂在圆柱筒底座上，然后将圆柱筒压在 所要测试的露石水泥混凝土路面板上，并加以一定配重，以达到完全密封； 3 ) 将底座内边沿处多余的油泥子刮掉，保证内边沿的干净、清洁； 4 ) 称量一定量的水，l o ，然后将玻璃圆板套入筒状圆环内，缓缓将水由管注入， 直到圆盘表面布满水、水从板上孔内溢出； 5 ) 称量剩下的水玛，得出所注入的用水量历，； 6 ) 擦干圆盘、换点位置试验三次； 7 ) 取三次试验m ，的平均值，为圆板的容水量。 1 4 课题主要的研究内容 1 4 1 研究目标 本项目通过对露石水泥混凝土路面的研究，研究合理的露石混凝土配合比、 经济科学的露石方法与工艺，并通过实体工程试验路的实施，完善施工工艺，以 提高水泥混凝土路面的抗滑性、降低交通噪声、减少路面眩光，改善水泥混凝土 路面安全使用品质，带来巨大的社会经济效益。 1 4 2 主要研究内容 露石水泥混凝土混合料配合比研究； 露石水泥混凝土露石工艺研究； 露石水泥混凝土试验路研究； 露石水泥混凝土表面抗滑性能分析研究； 露石水泥混凝土表面降噪性能分析研究 1 4 3 主要创新点 首次提出适应重庆地区自然地理环境及混凝土料源的露石混凝土配合比及施 工工艺。 1 5 研究方法和技术路线 主要采用室内试验、试验路和理论分析三者结合的技术研究路线，研究提出 适应于重庆地区的低噪音抗滑露石水泥混凝土路面设计、施工技术，技术路线流 程图见图卜3 。 第1 章绪论 i 文献调研l 上 室内试验研究方案 i l 原材料试验h露石水泥混凝土配合比试验| + _ 1 自然环境 i i l_ 上 室内露石工艺研究 j 露石混凝土路面性能分析 上 l摊铺试验路i l 上上 露石水泥混凝士路露石水泥混凝土路 面抗滑性能分析面降噪性能分析 i 上 稍足鼯自刁( 扼混羰土配苗比、薅由上乙、便用任琵 图卜3 技术路线流程图 l o 1 5 1 室内试验 配合比研究 通过室内试验研究适应于实施露石工艺及满足路面承载力和耐久性要求的露 石水泥混凝土配合比，同时兼顾考虑重庆地区常用混凝土的料源供应情况。 露石工艺研究 室内试验研究使混凝土能达到表面构造要求的露石工艺，并使得在实施露石 的过程中不影响水泥混凝土的结构强度，即不影响水泥混凝土路面的承载力同 时使得露石工艺具有工程实用性。 1 5 2 试验路研究 结合工程铺筑试验路( 试验路长度在1 0 0 m 以上) ，对室内试验确定的配合比、 露石工艺及路面施工控制指标进行检验和修正；对形成的露石水泥混凝土路面的 第l 章绪论 表面性能( 表面构造、抗滑性能、车辆行驶噪音) 进行实地检测分析，在路面使 用一段时间后( 一年以上) ，检测分析路面承载力及表面使用性能的变化，分析露 石水泥混凝土路面的表面使用性能变化规律，分析露石水泥混凝土路面行车安全 性。 1 5 3 理论分析 综合室内试验和试验路研究的结果，理论分析露石水泥混凝土路面表面性能 变化与交通荷载、材料组成及自然环境等影响因素之间的关系。 第2 章试验方法及室内试验方案 第二章试验方法及室内试验方案 2 1 室内试验及露石水泥混凝土路面性能测试方法 2 1 1 原材料试验 水泥 水泥的物理检验 粗集料 粗集料的力学性能试验( 压碎值试验、洛杉机磨耗试验、磨光值试验) 、筛分 试验、针片状含量试验、泥块含量试验 细集料 细集料的筛分试验、含泥量试验 2 1 2 平整度测试( 3 m 直尺) 试验仪器： 3 m 直尺、锲形塞尺、钢尺、粉笔等 试验步骤： 1 ) 按照车辆行使的方向，将3 m 直尺摆在测试地点的路面上： 2 ) 目测3 m 直尺底面与路面之间的间隙情况，确定间隙为最大的位置； 3 ) 用有高度标线的塞尺塞迸间隙处，量计其最大间隙的高度； 4 ) 按现行公路工程质量检验评定标准的规定，每l 处连续检测1 0 尺， 按以上步骤测记1 0 个最大间隙； 5 ) 计算合格率 2 1 3 手工铺砂法测定路面构造深度测试 试验仪器： 量砂筒、推平板、3 0 c m 钢板尺或卷尺、量砂( 粒径o 1 5 0 3 衄) 、扫帚或 毛刷、挡风板 试验步骤： 1 ) 用扫帚或毛刷将测点附近的路面清扫干净，面积不小于3 0 伽3 0 c m ； 2 ) 用小铲装砂沿筒向圆筒中注满砂，在硬质路表面上轻轻拍打3 次，使砂密 实，补平砂面用钢尺一次刮平； 3 ) 将砂倒在路面上，用底面粘有橡胶片的推平板，由里向外重复做摊铺运动， 使砂填入凹凸不平的路表面的空隙中，尽可能将砂摊成圆形，并表面不得有浮动 第2 章试验方法及室内试验方案 余砂； 4 ) 用钢尺测量所构成圆的两个垂直方向的直径，取其平均值，准确至5 衄。 按以上方法，同一处平行测定不少于3 次，3 测点均位于轮迹带上，测点间 距3 5 m 。该处的测定位置以中间测点的位置表示 5 ) 路表构造深度计算： 勿：! 些：掣 ，哇yf 4d z d 一路面表面构造深度( 衄) ； y 一砂的体积( 2 5 c f ) ； d 一摊平砂的平均直径( 衄) 。 每一处均取3 次路面构造深度的测定结果的平均值作为试验结果，准确至 o 1 衄 2 1 4 摆式仪测定路面抗滑值试验 试验仪器： 摆式仪、橡胶片、标准量尺( 长1 2 6 衄) 、路面温度计( 分度不大于1 度) 、洒 水壶、橡胶刮板、扫帚 试验步骤： 1 ) 测点位置宜紧靠铺砂法测定构造深度的测点位置，一一对应 2 ) 仪器调平将仪器置于路面测点上，并使摆的方向与行车方向一致；转 动底座的调平螺栓，使水泡居中； 3 ) 调零转动升降把手，自由释放摆杆，可通过旋紧或放松摆的调节螺母， 指针调零 4 ) 效核滑动长度通过用手提起举升柄测量橡胶片两次同路面接触点的距 离应在1 2 6 衄左右，滑动长度不符合要求时，可调节升降手把或底正面的调平螺 丝 5 ) 表面撤水，用橡胶板刮除表面泥浆 6 ) 再次撤水，并按下释放开关，使摆在路面划过，指针即可指示出路面的摆 值；但第一次测定不做记录；重复测定5 次，并读记每次测定的摆值，即b p n ，各 值相差不大于3 b p n 。 7 ) 在测点位置上用路表温度计测记潮湿路面的温度 8 ) 按以上方法，同一处平行测定不小于3 次，3 个测点均位于轮迹带上，测点 间距3 5 m ，该处以中间测点的位置表示；每一处取3 次测定结果的平均值作为试 验结果，准确至1 b p n 第2 章试验方法及室内试验方案 1 4 9 ) 抗滑值的温度修正换算成标准温度2 0 的摆值 2 1 5 噪声测试 主要仪器； 声级计、测试车可选用桑塔纳小汽车或单轴双轮标准轴载1 0 0 k n 的b z z 一1 0 0 标准 车。 监测点的布置遵循的原则： 1 ) 选点位置距离最近车道中心线3 5 m 2 ) 声级计距离地面垂直距离1 2 m 3 ) 采用a 计权声级“快速”方式测量，每个测点测量2 4 组数据 4 ) 对比路段和实验路段的测量工作采用同样的方法进行，以保证数据的可比 性 试验步骤： 1 ) 测点距行车中心线3 5 4 陆，声级计距离地面垂直距离1 - 2 1 5 m 2 ) 测试车以4 0 、6 0 、8 0 、1 0 0 h h 速度行使，距测试点最近时记录声级计读 数，平行测试记录3 4 组数据 3 ) 对于露石水泥混凝土路面实验路段分别在干燥和潮湿状态进行噪声测试， 记录不同车速时声级计读数 4 ) 以同一测试车、相同的车速、相对应的干湿状态，对普通水泥混凝土路面 进行噪声测试 注意事项： 1 ) 声级计使用的电池电压不足时应更换，更换时，电源开关应先处于关闭状 态，长时间不用应将电池取出 2 ) 选择合适的档位测试现存在的噪声，确保是在合适的量程范围内进行测量。 3 ) 室外进行噪声测试时，最好是在无风天气进行，当风力小于3 级时亦可以 用防风罩罩住传声器进行测量；风力超过3 级时，则不宜进行测量。 4 ) 注意反射声对测量的影响，一般应使传声器远离反射面2 3 m ，手持声级 计应尽量使身体离开，传声器离地面1 2 m ，距人体至少5 0 c m 5 ) 频率加权( a c ) 选择开关：频率加权a 为人耳所感觉的噪声量，频率加 权c 为机械噪声之特性 2 2 室内试验方案 2 2 1 初定水泥混凝土配合比 选择合适的材料，进行原材料试验； 第2 章试验方法及室内试验方案 依据普通水泥混凝土路面要求进行配合比设计，满足水泥混凝土拌合物的 施工和易性、硬化水泥混凝土的强度和耐久性指标。 2 2 2 露石工艺 适宜露石剂的选定； 根据初定配合比试拌混凝土，在准备好的模具内成型，然后在其表面喷洒 露石剂，马上覆盖塑料膜，等待约2 5 小时后用钢丝刷( 或冲水) 处理其表面，观 察露石效果； 选多种露石剂在不同的环境状态( 温度、湿度) 进行露石处理，寻找其内 在的联系； 露石剂用量的选定 换算每平方米分别成型的混凝土表面喷洒l m l 、1 5 0 m l 、2 m l 、2 5 0 “、3 5 0 n 缸、 5 0 0 m l 露石剂，在满足露石条件下确定经济合理的用量。 进行水泥混凝土强度试验。 2 2 3 最佳露石处理时间 缓凝剂喷洒后到进行露石处理时间定义为露石处理时间，最佳露石处理时间 为混凝土表面最早可处理时间与最迟处理时间的平均值。 从缓凝剂喷洒时算起，如1 8 、2 0 、2 2 小时后分别进行处理( 钢丝刷处理) ， 记录其刷除量和露石效果，从而确定其最佳处理时间。 选定一种温湿条件，多种露石剂的分别进行用量的试验、处理时间选定的 实验( 处理时间依次进行有效调整) ，确定一定环境状态下的最好露石效果和便于 施工的露石剂； 选定一种露石剂在1 5 、2 0 、2 8 、3 5 的条件下，分别进行用量的试 验、处理时间选定的实验( 处理时间依次进行有效调整) ，确定在不同条件下最佳 露石处理时间 2 2 4 露石水泥混凝土路面粗集料的最佳级配 粗集料选定三种级配曲线，每种级配又分别采用3 种不同的砂率进行试配， 成型后进行露石工艺处理，在考虑混凝土和易性及强度的同时综合露石混凝土成 型块的抗滑性能，确定露石水泥混凝土路面施工工艺的最优粗集料级配和砂率 2 2 5 露石水泥混凝土表面特征对抗滑性能的影响 选用三种不同粒径的碎石分别进行混凝土试配，然后在混凝土块表面进行露 石处理，得到粗糙程度、构造深度不一的露石表面，对粗糙程度、构造深度不一 第2 章试验方法及室内试验方案 1 6 的露石表面分别进行抗滑值试验、构造深度试验，并记录以抗滑测试点为中心的 1 0 c m 1 0 面积内粗集料菱角露出的点数。分析表面构造深度与抗滑性能之间的 关系，探讨露石点数、表面构造深度与抗滑性能三者之间的联系。 2 2 6 小面积试铺 根据混凝土配合比搅拌混合料，浇注成长约3 m 宽2 m 高为0 2 5 m 混凝土， 表面收浆抹平，待表面水干立即喷洒露石剂，然后覆盖塑料膜养生。待到最佳露 石处理时间刷除表面砂浆，清洁表面后养生。 养生2 8 天后对露石表面进行性能测试，检测其露石深度、抗滑构造深度、 摩擦系数等指标。 对于单一结构层水泥混凝土路面，小面积试铺采用整层浇注；实施两层铺 筑路面时小面积试铺亦采用两层铺筑。 第3 章露石水泥混凝土原材料和配合比设计 旦 第三章露石水泥混凝土原材料和配合比设计 3 1 原材料要求 普通水泥混凝土由水泥、水、粗集料、细集料及外掺材料组成，它们是影响 混凝土各种性质的内在因素，对混凝土性能起着不同的影响，配置混凝土的首要 任务就是选择各种组成材料。露石水泥混凝土作为一种新型的道路混凝土，实质 上仍然是水泥混凝土。露石水泥混凝土在选材上基本适用普通混水泥凝土的选材 原则，另外，还考虑露石水泥混凝土的露石特性，对其原材料提出一些特殊要求。 3 1 1 水泥 水泥是水泥混凝土的重要组成材料之一，它直接影响混凝土的强度性质、变 形性质及耐磨性质。我们所研究的露石水泥混凝土路面并没有对水泥的品种提出 特殊的要求，用于普通水泥混凝土中的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、道路硅酸 盐水泥等都能适用于露石混凝土。 在硅酸盐水泥熟料中主要有四种矿物，分别是c 3 s 、c 2 s 、c 3 a 、c 4 a f 。这四种 矿物对水泥特性的影响程度的排序为； 抗折强度：c 3 s c 4 a f c 3 a 干缩性：c 3 a c 3 s c 4 a f 瞄 耐磨性：g s m f c 3 a 考虑到现代道路路用性能，满足水泥混凝土的强度、干缩性、耐磨性的要求， 其矿物组成应具有高铁低铝的特点，应优先选用道路硅酸盐水泥。道路硅酸盐水 泥与同标号普通硅酸盐水泥相比，其耐磨性好、磨损量降低2 0 9 6 4 0 ，对水泥混 凝土抗折强度也有所提高，从而延长道路混凝土的使用寿命，提高行车安全。另 外，在水泥混凝土路面工程中对于五大品种水泥的选择是：优先选用普通水泥， 硅酸盐水泥可