（道路与铁道工程专业论文）水泥混凝土路面超薄罩面层的配合比及性能研究.pdf

摘要 随着改革开放的深入，国家与各地政府纷纷加大了对交通基础设施特别是公 路建设的投资，并取得了令人瞩目的成就，在水泥混凝土高速公路的建设中，在 一些桥头及路基填方路段由于路基沉降导致混凝土路面面板整体下陷，路面的平 整度下降，路面板沉降深度一般为0 一- - 1 0c m 不等，局部路段甚至超过2 0c i n ，严重 影响到行车的安全。按常规的维修方法，就必须打掉现有的混凝土路面，然后再 浇筑新的混凝土面板，以恢复路面的设计标高。传统的方法由于工期太长将严重 影响到高速公路的运营，而且将完好的混凝土面板凿掉既是资源的浪费，又增加 了维修成本，凿掉的混凝土还要找地方堆放，对环境将产生二次污染。 论文的研究将基于对现有水泥混凝土路面板的充分利用，在对现有路面的表 面进行必要的处理后加铺早强超薄混凝土结构层，该混凝土的厚度最小8 c m ，最大 为原有路面沉降的最大值，达到恢复路面标高并实现快速通车的目的。在修补的 过程中，修补的超薄混凝土的配合比设计是重点，超薄混凝土的性能直接影响结 构的耐久性。本论文主要对超薄水泥混凝土的配合比设计及聚合物和钢纤维超薄 混凝土的力学性能和路用性能进行分析和总结，同时得出超薄混凝土的施工工艺。 主要对以下问题进行了研究： 超薄水泥混凝土路面的混凝土使用和普通混凝土基本相同的基质原材料 ( 如水泥、砂、石) ，同时必须使用外加剂和矿物掺合料。由于超薄水泥混凝土有 其要求和配制特点，原材料中对普通混凝土影响不显著的因素，对超薄水泥混凝 土路面的混凝土可能有显著影响，因此超薄水泥混凝土路面的混凝土对原材料技 术要求比较严格。 一 在超薄水泥混凝土路面配合比设计中，由于水泥混凝土的厚度变小，而我 们对水泥混凝土的强度要求并没有减少，同时考虑普通水泥混凝土存在脆性高、 耐久性能较差等缺点，从而通过对普通混凝土进行改性，可以提高其各项路用性能， 是一种优良的方法。在超薄水泥混凝土的配合比设计中，在考虑用传统的普通水 泥混凝土配合比设计理论的基础上，要通过正交试验研究分析不同外掺材料对水 泥混凝土的性质的影响，来使混凝土的抗压强度满足要求，抗折强度有明显的提 高，其他各项力学性能均有所提高，同时使混凝土的耐久性能也都有所提高，增 强混凝土的路用性能，使修补后的结构更加持久。 ( d 超薄水泥混凝土作为一种路面面层材料，必须具有较高的强度，超薄水泥 混凝土的配合比及力学性能通过试验分析得出结论。在外掺材料的选用上，我们 选用聚合物聚合物和钢纤维两种材料来进行试验。 ( d 水泥混凝土路面长期裸露在自然环境中，直接承受车辆荷载和自然因素的 作用，因此耐久性是路面水泥混凝土最重要的路用性能指标之一。 薄层罩面早强混凝土的施工的成败是整个修补成败的关键，拟结合实体工 程展开薄层罩面的施工工艺研究。 通过研究得出了超薄水泥混凝土配合比设计的基本理论和方法，通过对聚合 物和钢纤维掺入混凝土中的力学性能和路用性能研究，得出了用于指导试验路的 配合比。 关键词：超薄水泥混凝土；配合比；外掺材料；力学性能；路用性 能 a bs t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fr e f o r ma n do p e n i n gu p ，t h e n a t i o na n dt h el o c a l g o v e r n m e n t sh a v es t e p p e du pi t st r a n s p o r t a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ，e s p e c i a l l yi nt h eh i g h w a y c o n s t r u c t i o ni n v e s t m e n t a n dh a sm a d es i g n i f i c a n ta c h i e v e m e n t s i nt h ec o n s t r u c t i o no f h i g h w a yc o n c r e t ep a v e m e n t , w h i c hn u m b e ro fb r i d g ea n dr o a d e m b a n k m e n tf i l l ， b e c a u s eo ft h es u b g r a d es e t t l e m e n tr e s u l tt h ec o n c r e t ep a n e lo v e r a l ls u b s i d e n c e ，w h i c h l e a d i n gf l a t n e s so fr o a dd e c r e a s e ，a n dt h ep a v e m e n tp a n e ls u b s i d e n c es e t t l i n gr a n g i n g f r o m0 10 c m ，p a r t i a ls e c t i o n so fe v e nm o r et h a n2 0 c m ，h a v es e v e r e l yi m p a c to nr o a d s a f e t y b yc o n v e n t i 【o n a lm a i n t e n a n c em e t h o d s ，i ti sn e c e s s a r yt o k n o c kd o w nt h e e x i s t i n gc o n c r e t ep a v e m e n t ，t h e np o u r i n gan e wc o n c r e t e ，i no r d e rt or e s u m et h ed e s i g n e l e v a t i o no ft h er o a d t r a d i t i o n a lm e t h o d sb e c a u s eo ft o ol o n gap e r i o d ，w i l ls e r i o u s l y a f f e c tt h eo p e r m i o no ft h eh i g h w a y ，a n dc u t t i n go u tt h ei n t e g r a lc o n c r e t ep a n e li sn o t o n l yaw a s t eo fr e s o u r c e s ，b u ta l s oi n c r e a s e dt h em a i n t e n a n c ec o s t s ，a n dl o o k i n gf o ra p l a c et os t a c ko nt h ee n v i r o n m e n tw i l lh a v eas e c o n d a r yp o l l u t i o n t h er e s e a r c ho ft h i sp a p e rb a s e do nt h ee x i s t i n gc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tp a n e l s f u l l yu t i l i z e d ，a n dc a r r yo u tt h en e c e s s a r yt r e a t m e n to n t h ee x i s t i n gr o a ds u r f a c e ，p a v e d e a r l y s t r e n g t hu l t r a - t h i nc o n c r e t es t r u c t u r e s ，w h i c ht h em i n i m u mt h i c k n e s so fc o n c r e t e i s8 c m ，a n dt h el a r g e s ti st h et h em a x i m u mo ft h ep a v e m e n tp a n e ls u b s i d e n c es e t t l i n g s ot h a tr e s t o r a t i o no ft h er o a ds u r f a c ee l e v a t i o na n da c h i e v et h ep u r p o s eo fo p e n i n go f t h ee x p r e s s a tt h ep r o c e s so fr e p a i r ，t h ed e s i g no fc o o r d i n a t eo ft h eu l t r a - t h i ni saf o c a l p o i n t , a n du l t r a - t h i nd i r e c ti m p a c to nt h ep e r f o r m a n c eo fc o n c r e t es t r u c t u r ed u r a b i l i t y t h ep u r p o s eo ft h i sp a p e ri st h ed e s i g no fc o o r d i n a t eo ft h eu l t r a - t h i n ，a n du l t r a - t h i n p o l y m e ra n ds t e e l f i b e rc o n c r e t em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dp a v e m e n tp e r f o r m a n c e a n a l y s i sa n ds u m m i n gu p ，a tt h es a m et i m et o d r a wu l t r a t h i nc o n c r e t ec o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y m a i n l yt ot h ef o l l o w i n gq u e s t i o n sw e r es t u d i e d ： u l t r a - t h i nc o n c r e t ep a v e m e n tc o n c r e t ea n do r d i n a r yc o n c r e t eu s i n ge s s e n t i a l l y t h es a m er a wm a t e r i a l s ( s u c ha sc e m e n t ，s a n d ，s t o n e ) ，a tt h es a m et i m em u s tu s et h e a d m i x t u r e sa n dm i n e r a la d m i x t u r e b e c a u s eo fu l t r a - t h i nc e m e n tc o n c r e t eh a si t s r e q u i r e m e n t sa n dt h ep r e p a r a t i o no ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fr a wm a t e r i a l so fo r d i n a r y c o n c r e t ed o e sn o ts i g n i f i c a n t l yi m p a c tf a c t o rt ob ec o n s i d e r e d ，b u ti th a sas i g n i f i c a n t i m p a c to nu l t r a - t h i nc o n c r e t ec e m e n t ，s ou l t r a - t h i nc o n c r e t ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t o nt h em o r es t r i n g e n tt e c h n i c a lr e q u i r e m e n t so nr a wm a t e r i a l s i nt h ed e s i g no ft h eu l t r a - t h i nc o n c r e t ep a v e m e n tc o o r d i n a t e ，b e c a u s eo ft h e t h i c k n e s so fc o n c r e t eb e c o m es m a l l e r , b u tw er e q u i r et h es t r e n g t ho fc o n c r e t eh a sn o t b e e nr e d u c e d ，t a k i n gi n t oc o n s i d e r a t i o nt h ee x i s t e n c eo fo r d i n a r yc e m e n tc o n c r e t eb r i t t l e l l i 曲，d i s a d v a n t a g ep o o rd u r a b i l i t ) r ，t h r o u g hm o d i f i c a t i o no fo r d i n a r yc o n c r e t ec a l l i m p r o v ei t sr o a dp e r f o r m a n c ei s ag o o da p p r o a c h a tu l t r a - t h i nc e m e n tc o n c r e t e c o o r d i n a t ed e s i g n ，i nc o n s i d e r i n gt h et r a d i t i o n a lo r d i n a r yc e m e n tc o n c r e t ec o o r d i n a t e d e s i g nt h e o r yb a s e do no r t h o g o n a le x p e r i m e n t a ls t u d yt h r o u g ha n a l y s i so fd i f f e r e n t o u t e r - d o p e dm a t e r i a l so nt h ec o n c r e t en a t u r eo ft h ei m p a c ti no r d e rt om a k ec o n c r e t e c o m p r e s s i v es t r e n g t ht om e e tt h er e q u i r e m e n t so ff l e x u r a ls t r e n g t hh a si n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y ，v a r i o u so t h e rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa l ei m p r o v e d ，w h i l et h ed u r a b i l i t yo f c o n c r e t ec a na l s oh a v ei m p r o v e d ，r e i n f o r c e dc o n c r e t ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e ，s ot h a tt h e s t r u c t u r eo ft h er e p a i r e dm o r el a s t i n g u l t r a - t h i nc e m e n tc o n c r e t ea sar o a ds u r f a c em a t e r i a l ，m u s th a v eah i g h s t r e n g t h ，u l t r a - t h i nc e m e n tc o n c r e t ec o o r d i n a t ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e st h r o u g ht h e e x p e r i m e n t a la n a l y s i sc o n c l u d e s o u t e r - d o p e dm a t e r i a ls e l e c t i o n ，w es e l e c t e de m u l s i o n p o l y m e ra n ds t e e lf i b e r st ot h et w om a t e r i a l st e s t e d c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n to fl o n g t e r me x p o s u r ei nt h en a t u r a le n v i r o n m e n t ， d i r e c t l yu n d e rt h ev e h i c l el o a da n dt h er o l eo fn a t u r a lf a c t o r s ，s ot h ed u r a b i l i t yo fc e m e n t c o n c r e t er o a ds u r f a c ea r et h em o s ti m p o r t a n ti n d i c a t o ro fp a v e m e n tp e r f o r m a n c e t h ec o n s t r u c t i o n ss u c c e s so fu l t r a - t h i nw h i t e t o p p i n ga l et h ek e yt ot h es u c c e s s o ft h ee n t i r ep a t c h , t ob ec o m b i n e dw i t hp h y s i c a lw o r k sc o m m e n c e du l t r a - t h i n w h i t e t o p p i n gt e c h n o l o g y o b t a i n e db ys t u d y i n gt h eu l t r a - t h i nd e s i g no fc e m e n tc o n c r e t em i xo fb a s i ct h e o r y a n dm e t h o d s ，t h r o u g ht h ei n c o r p o r a t i o no fp o l y m e ra n ds t e e lf i b e rc o n c r e t ei nt h e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dp a v e m e n tp e r f o r m a n c es t u d i e s ，c o m et o 鲥d et h ep i l o to ft h e r o a dm i x k e yw o r d s ：u l t r a - t h i nw h i t e t o p p i n g ；o u t s i d em i n g l es t u f f ；m i x i n gp r o p o r t i o n ； m e c h a n i c a lp r o p e r t y ；t h ep r o p e r t yo nr o a d 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。 学位论文作者躲劲懈 吼节争月尸日 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。同时 授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据 库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ， 同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：互为瞎 日期：立吖年印月尸日 l 。 指导溯签名：绷祆 日期：圻年4 月吖日 i 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 指导撕签名：粼文 嗍叩年年月( 7 日 群 y j 虱p 者 ： 作f 文狮 一计 位 瓤 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究的背景 随着改革开放的深入，国家与各地政府纷纷加大了对交通基础设施特别是公 路建设的投资，并取得了令人瞩目的成就，截止到2 0 0 8 年底，我国已拥有高速公 路6 万公里，居世界第二位，公路总里程也超过了3 5 7 万公里。而根据2 0 0 8 年国 务院关于扩大内需的十项措施，我国的公路、水运行业为扩大内需的关键性行业， 交通运输部在未来3 - - 5 年内将投资5 万亿元，建设项目包括公路、水路、港口等 工程项目，因此在未来十多年内我国还需要修建高速公路4 万多公里，形成由中 心城市向外放射以及横连东西、纵贯南北的大通道，由7 条首都放射线、9 条南北 纵向线和1 8 条东西横向线组成，简称“7 9 1 8 网”，形成总规模约l o 万公里的国家 高速公路网。由于水泥混凝土路面具有强度高、耐久性特别是水稳性优良、养护 费用低、利于夜间行车等优点，在高等级公路和城市主干道路中占有很大的比例。 我国是一个沥青资源相对不足而水泥混凝土资源相对充足的国家，2 0 0 0 年我 国水泥的总产量己经发展到了6 3 亿吨，连续十年雄居世界各国水泥产量之首。 我国的沥青产量较少，价格偏高，质量较差，因此，我国的高速公路建设每年都 花费巨额的外汇进口重交通沥青，使得高等级公路的建设投资较水泥有所增加， 同时，水泥混凝土路面有较好的耐水性和耐高温性，尤其在广东等南方省区，暴 雨强度大，年降雨量可达3 0 0 0 m m ，沥青路面虽然设计有孔隙率，是透水路面，但 雨季的水破坏还是相当严重。有的路面，雨季前很好，一个雨季过后就会全面破 损，需要返修面层。加上靠近赤道，夏季沥青路面上的高温可达7 5 ( 水泥路面 5 5 ) ，持续的高温导致沥青软化而产生严重车辙。几乎年年需要返修，而水泥混 凝土路面的耐水性、耐高温性比沥青路面强得多，因此，在长江以南，水泥混凝 土路面有很大的发展空间。 1 2 研究的目的 梅河高速公路全长1 1 8 公里，双向四车道，水泥混凝土路面，于2 0 0 5 年l o 月建成通车。通车以来，在一些桥头及路基填方路段由于路基沉降导致混凝土路 面板整体下陷，路面的平整度下降，路面板沉降深度一般为o 一- - l o c m ，局部路段有 2 0 c m ，严重影响到行车的安全。 由于路面的沉降是由路基的沉降引起，因此保证路基稳定就成了解决问题的 关键，项目公司已委托相关单位出具方案对沉降段路基进行了加固处理，从工后 观测结果看，路基已稳定。现有混凝土板2 8 c m 厚抗折强度为5 o m p a ，由于路面板 是整体沉降，因此路面板并未遭到破坏。 2 第一章绪论 按常规的方法，就必须打掉现有的混凝土路面，然后再浇筑新的混凝土面板， 以达到路面的设计标高。传统的方法由于工期太长将严重影响到高速公路的运营， 而且将完好的混凝土面板凿掉既是资源的浪费，又增加了维修成本，凿掉的混凝 土还要找地方堆放，对环境将产生二次污染。 本项目的研究将基于对现有水泥混凝土路面板的充分利用，在对现有路面的 表面进行必要的处理后加铺早强超薄混凝土结构层，该混凝土的厚度最小8 c m ，最 大为原有路面沉降的最大值，达到恢复路面标高并实现快速通车的目的。 同时在广东，由于软基及路基填方材料的影响，在桥头和高填方路段，路基 的工后沉降是一个普遍的现象，这种沉降往往不会对路面的结构产生致命的破坏， 但对行车的舒适性和行车安全构成了严重的影响，也是长期困绕公路管理养护部 门的一个技术难题。广东是水泥混凝土路面的大省，水泥混凝土路面占的比例非 常高，因此本课题的成果在广东有较好的推广应用前景，也必将产生显著的经济 和社会效益。 在我国，水泥混凝土路面局部破坏的修补多采用沥青罩面，这样既影响路面 的美观，同时也不是解决问题的肯本方法，通过该项目的研究，利用混凝土材料 对原有混凝土路面进行薄层罩面，是对传统技术的一个挑战，将提高行业的技术 水平，攻克薄层维修的技术难题，最大限度地减少路面维修对行车的影响，做到 混凝土路面的结构协调，并做到对资源的有效利用，具有显著的经济效益和社会 效益。 1 3 国内外的研究现状 1 3 1 国内o i w ( 超薄水泥混凝土) 的研究工作 国内u t w ( 超薄水泥混凝土) 的研究主要仅限于旧沥青路面上加铺一层很薄的 水泥混凝土面层的技术，面层厚度小于l o c m 。由于u t w ( 超薄水泥混凝土) 路面项 目一般都要求尽早开放交通同时由于超薄水泥混凝土的厚度小于l o c m ，所以u t w 路面混凝土宜采用高早强、纤维增强混凝土。聚丙烯纤维网混凝土由于对混凝土 的增韧性作用明显，搅拌易分散均匀，适宜于u t w 路面使用。超薄水泥混凝土宜 使用较低的水灰比，一般小于0 4 ，可在l - - 3 d 中开放交通。长安大学公路学院 马毳副教授曾研究过，并铺设了实验路，通过对普通混凝土、网状聚丙烯纤维混凝 土和钢纤维混凝土进行室内强度性能、疲劳性能和耐磨性能对比试验研究，表明 网状聚丙烯纤维对混凝土抗弯拉强度性能改善效果明显，具有良好的增韧性。1 通过对混凝土进行7 天和2 8 天的抗弯拉强度和抗压强度测试，得出结果说明 掺加了纤维的混凝土和普通水泥混凝土相比，7 天抗压和抗弯拉强度均有不同程度 的提高，其中钢纤维混凝土的早期强度增加相对较大，同时掺加了钢纤维和纤维 第一章绪论 3 网的混凝土2 8 天的抗弯拉强度都有明显的提高，这说明了掺加刚纤维和纤维网都 可以有效的提高混凝土的早期和后期的抗弯拉强度。呻3 具体强度值如下表： 表1 1g t w 路面强度表 t a b l e1 - 1u t wp a v e m e n ts c a l eo fi n t e n s i t y 混凝土类型抗弯拉强度抗弯拉强度 抗压强度( m p a ) 抗压强度( m p a ) ( m p a ) ( 7 d )( m p a ) ( 2 8 d ) ( 7 d )( 2 8 d ) 普通水泥混凝土 5 5 86 1 83 2 93 7 9 刚纤维混凝土 5 。7 87 。1 63 3 。44 0 6 纤维网混凝土 5 6 67 1 33 3 o3 6 8 国内的超薄水泥混凝土配合比设计中，主要考虑用钢纤维和纤维网来增强混 凝土的力学性能和耐久性能。国内u t w 的研究仅在低等级公路上铺筑了试验路。 1 3 2 国外u t w 的研究工作 美国早在1 9 9 1 年的肯塔基试验路上，就开展了一系列研究工作，这些工作包 括：罩面层施工前在旧路面上钻芯取样分析老路面状况、测试摊铺层前后的温度、 在路面上安装使用应变仪测定浇注后7 2 h 路面混凝土的成熟度和脉冲速度等。随 后的研究还包括：估计路面基础特性、通过荷载试验测定应变以求得路面应力、 建立路面结构的力学模型、测定混凝土面层和旧基层之间的粘结力以及粘结面的 耐久性和对路面性能的影响等。 美国波特兰水泥协会的一项研究的目的就是提出u t w 的操作规程。依阿华州 的一项7 2 k m 的项目包含6 4 个试验路段，这些路段厚度各不相同，研究者们将监 测路面5 年，特别注意此期间粘结面的变化，这项研究的结果，可望提出u t w 的 设计方法。 美国u t w 的研究，还包括铺筑相互毗连在一起的掺不同纤维的路段，以研究 不同纤维对u t w 的影响。1 9 9 4 年南达科他州的一个u t w 项目，就将聚烯烃纤维和 钢纤维作了比较：俄亥俄预拌混凝土协会也研究了钢纤维、聚丙烯纤维和尼龙纤 维的不同作用。但对纤维在u t w 中的作用到底有多大等问题，还有待进一步研究。 美国u t w 路面试验工程采用的典型混凝土配合比见表2 。n 妇 4第一章绪论 表1 2 美国u t w 路面试验工程典型混凝土配合比 t a b l e1 2u n i t e ds t a t e su t wp a v e m e n tp r o v e nt e c h n i c st y p ep r o p o r t i o n i n go f c o n c r e t e 水泥 4 4 0 4 8 0 k g m 3 碎石 1 0 5 0 - 1 1 0 0 k g m 3 砂 6 0 0 7 0 0 堙m 3 水灰比 0 3 3 o 3 9 含气量 4 6 ( 1 6 2 5 ) 聚丙烯纤维 1 8 k g m 3 高效减水剂( h r w r ) 3 5 5 0 4 0 0 0 肌，聊 引气剂 2 0 0 6 0 0m llm 3 坍落度设计为7 8 m m ，掺入h r w r 前6 0 一- 9 0 m m 设计弯拉强度 4 5 m p a 设计抗压强度 2 7 5 0m p a 单位重量 2 3 0 0 k g m 3 1 3 3 综述 综上所述，对于超薄混凝土路面，国内外均进行了大量的研究，在国外试验 路取得了成功，国内在超薄混凝土路面的设计方法、施工技术等方面进行了研究， 并通过试验路取得了一定的成功，为本项目的开展奠定了良好的基础。 通过国内以及国外对超薄水泥混凝土的研究现状，我们发现国内外对超薄水 泥混凝土的研究还处于开始阶段，而且主要是研究沥青路面加铺超薄水泥混凝土， 对水泥路面加铺超薄水泥混凝土路面的快速修补技术研究还处于空白，鉴于水泥 混凝土和沥青混凝土在设计理论、设计方法、材料性质以及结构受力等方面的不 同，水泥混凝土加铺超薄水泥混凝土的设计不同于沥青路面，尤其是在两层结构 受力与协调方面，同时对超薄水泥混凝土的配合比设计、路用性能及施工工艺等 方面的研究都不同于沥青路面加铺超薄水泥混凝土路面。但前人的成功经验将给 我们莫大的鼓舞与激励，我们会在前人研究的基础上，不断创新，根据课题的具 体要求，立足于混凝土板上加铺超薄混凝土面层，解决高速公路路基沉陷段超薄 水泥混凝土路面罩面的关键技术。 1 4 研究的主要内容及预期目标 由于面板较薄，对于水泥薄层罩面水泥混凝土的材料组成和配合比设计将是 的研究重点，考虑薄层板的刚性支撑和内力的影响，对板块尺寸的划分将是非常 第一章绪论 5 关键的，不同的尺寸对混凝土的结构受力有很大的影响。考虑是在通车的高速公 路上维修，因此快速通车、快速修补也是非常必要的。 1 4 1 基于对拟解决问题的分析，研究内容如下： 调查分析水泥混凝土路面的破损状况及成因，为下面的配合比设计提供依 据。 进行前期市场调研，选取路用性能优良、价格便宜的各类原材料，主要对 市场上适用于水泥材料改性的纤维、聚合物和相关助剂的类型进行初步筛选。 进行室内试验，优选出适用于水泥砂浆和混凝土改性用的纤维、聚合物聚 合物及助剂的品种。 试验研究超薄水泥净浆、砂浆的流变性能和力学性能。 进行力学正交试验并补充全面试验，以确定超薄水泥混凝土的最佳配合 比，试验研究超薄水泥混凝土的最佳成型和养护方式。 试验研究超薄水泥混凝土的力学性能和耐久性能，并分析其影响因素。 重点研究超薄水泥混凝土路面的关键施工工艺。 总体评估聚合物改性水泥混凝土的路用性能，并分析其经济适用性。 1 4 2 通过以上内容的研究，将在以下几个方面取得创新： 薄层混凝土罩面的外掺材料及配合比设计关键技术 对于外掺材料的研究主要是解决薄层混凝土的抗折强度和抵御温缩应力的能 力，主要是对钢纤维、合成纤维、有机纤维、聚合物等进行研究，找出适合于该 课题要求的外掺材料。 对混凝土组成材料的要求及配合比设计进行研究，提出原材料的技术指标 和配合比设计方法。 超薄水泥混凝土路面的路用性能满足设计的要求 超薄水泥混凝土路面长期裸露在自然环境中，直接承受车辆荷载和自然因 素的作用，当使用环境较为恶劣时，混凝土路面容易出现各类破坏问题，因此耐 久性是路面水泥混凝土最重要的路用性能指标之一，包括抗冻性、抗渗性、抗腐 蚀性能、耐磨性能和界面粘结性能等。外掺材料掺入水泥混凝土后，不但要提高 水泥混凝土的力学性能，更重要的是提高超薄水泥混凝土的耐久性能。使得超薄 水泥混凝土路面的路用性能不低于同等条件下的普通水泥混凝土。 薄层混凝土罩面的快速通车技术研究 研究薄层混凝土罩面的快速通车技术，实现l 3 天通车的目的，考虑选用何 种外加剂使薄层水泥混凝土达到早强的效果，使得混凝土在l 3 天达到相应的强 度要求，本着和谐的社会发展观，尽快实现通车。 薄层早强混凝土罩面的施工工艺研究 6 第一章绪论 研究旧混凝土板的处置工艺，罩面混凝土的施工工艺，形成薄层早强混凝土 罩面的成套技术。同时形成适合超薄水泥混凝土路面的无损检测技术。 通过以上关键技术的突破，最终形成混凝土路面薄层混凝土罩面快速维修的 成套技术，用于指导工程的施工。 1 4 3 预期目标 通过配合比设计使得超薄水泥混凝土的力学强度和路用性能满足梅河高 速公路的功能要求，薄层罩面形成的“白+ 自混凝土路面，使用寿命与原混凝土 路面相当。 通过对外掺材料的优选，使超薄水泥混凝土的早期强度满足通车的强度要 求，实现快速修补、快速通车，满足混凝土路面维修后达到l 3 天开放交通的要 求。 对超薄水泥混凝土材料进行优选，选择强度满足要求的最经济的材料来进 行试验，降低成本，使维修成本低于常规的修补方法。 1 5 可能遇到的难点及解决办法、措施 超薄水泥混凝土配合比设计内容的研究 超薄水泥混凝土的配合设计不同于普通水泥混凝土，由于超薄水泥混凝土的 铺筑厚度远小于正常的混凝土，所以我们的罩面混凝土必须加入外掺材料对混凝 土进行改性，以增加混凝土的强度。 超薄水泥混凝土路面外加剂的选择 由于超薄混凝土要满足早强的要求，同时要增加强度，所以在选择夕1 - j j a 剂的 时候一定要考虑到材料间的相互影响。 超薄水泥混凝土路面的施工工艺和设备配置 水泥混凝土超薄罩面层修补水泥混凝土，在国内尚属首例，所以选用适当的施 工工艺和设备，对罩面层的强度和耐久性影响很大，结合国内现有的混凝土施工 技术，得出适合超薄水泥混凝土的施工技术。 1 6 研究的技术路线与试验方案 1 6 1 研究的技术路线 为完成本课题确定的研究内容，采用以下技术路线： 前期调研结合后期试验 对水泥混凝土路面广泛存在的病害问题进行调查和分类，结合对市场上较为 成熟的水泥改性用聚合物聚合物、纤维类材料和助剂的市场调研，进行室内试验 优选出适合水泥混凝土改性的聚合物及助剂的品种、用量。 第一章绪论 7 理论分析结合室内试验 通过理论分析并参考国内外先进经验，找到适合的配合比设计方法，结合试 验测试超薄水泥混凝土的力学性能及路用性能，以完成课题拟定的研究内容。 1 6 2 试验方案的设计 本研究在前期路面病害调查和市场调研的基础上，以理论研究为指导，结合 当地自然环境和车辆荷载的特点，确定聚合物改性水泥混凝土室内试验方案。 完成对相关路段的调研并定期取样。 完成对原材料的分析和常规检测，确定其技术指标。 ( d 然后根据要求选择满足要求的材料，采用正交试验方法进行超薄水泥混凝 土配合比设计，确定满足性能要求的配合比，主要是去定用水量、水灰比和砂率。 对已经确定的配合比，通过采用单因素试验方法进行外加剂的优选。 根据配合比设计的数据进行薄层混凝土路用性能的试验研究。 根据现有的水泥混凝土施工技术，进行超薄水泥混凝土的施工工艺研究， 结合超薄水泥混凝土的特点选择适合于超薄水泥混凝土的施工方法。 ( d 根据要求选择合理的卜2 个方案以备试验路选用，铺筑试验路，结合当地 的自然人文条件，对超薄水泥混凝土进行实体工程路用性能研究。 ( d 通过对现有路面检测技术的研究，在对铺筑好的超薄水泥混凝土试验路面 上进行无损检测技术的研究。 1 7 本章小结 本章通过对课题的研究背景及研究目的进行介绍，以及通过对国内外u t w 研 究现状的整理总结，得出了本课题研究的主要内容及预期目标。对在本课题的研 究过程中会遇到的问题进行预测，以便在研究中及时找到解决的办法。 第二章原材料的选用及性能试验 超薄水泥混凝土路面的混凝土使用和普通混凝土基本相同的基质原材料( 如 水泥、砂、石) ，同时必须使用外加剂和矿物掺合料。但是由于超薄水泥混凝土路 面的混凝土有其要求和配制特点，原材料中对普通混凝土影响不显著的因素，对 超薄水泥混凝土路面的混凝土可能有显著影响，因此超薄水泥混凝土路面的混凝 土对原材料技术要求比普通混凝土高，同时考虑到其对特殊性能的要求，还需要 掺入适当的外掺材料，如：聚合物、纤维等。配制优良性能的超薄水泥混凝土路 面的混凝土，应该首先研究原材料的技术要求。原材料性质分析是本课题试验研 究的基础。原材料的性质分析按有关试验规程和技术规范( 标准) 进行。 2 1 水泥的选用及其性能 水泥是水泥混凝土中的最重要的胶凝材料，是水泥混凝土路面强度的主要来 源，其质量直接影响水泥混凝土路面弯拉强度、抗压强度、抗折强度、抗冲击振 动性能、体积安定性和耐久性等关键物理力学性能和路用性能，其技术指标对路 面水泥混凝土路面性能起主要作用，为此公路水泥混凝土路面施工技术规范 ( j t gf 3 0 2 0 0 3 ) 规定水泥技术指标满足对特重重交通的要求，抗压强度满足对中 轻交通的要求，见表2 一l 。选用江津地维水泥厂p 0 4 2 5 r 普通硅酸盐水泥，所有 技术性能指标经试验检验，均符合表2 - 1 的要求，具体测试结果见表2 - 1 。 ( 1 ) 水泥技术规范标准及试验结果，见表2 1 第二章原材料的选用及性能实验9 表2 1 ：4 2 5 水泥技术要求及检验结果 t a b e l 2 1t h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sa n dt e s tr e s u l t so fc e m e n t 检验项目标准要求检验结果 细度( ) 1 00 1 标准稠度用水量( )不宜大于2 8 2 7 2 凝结时 初凝( m i n )不得早于1 5 h 3 5 h 间 终凝( m i n )不得迟于l o h 5 2 5 安定性( 沸煮法)必须合格合格 项目龄期标准要求 单值强度( m p a ) 平均值 2 0 8 2 1 6 2 0 7 3 d 1 6 0 ( 中、轻交通) 2 1 4 抗压强度 2 1 7 2 2 o2 1 3 ( m p a ) 4 7 64 5 04 5 5 2 8 d4 2 5 ( 中、轻交通) 4 5 6 4 6 54 4 o4 5 2 抗折强度 3 d 4 5 ( 特重交通) 5 25 15 o5 1 ( m p a ) 2 8 d 7 5 ( 特重交通) 8 38 57 68 1 从表2 1 的试验结果可以看出，所用p 0 4 2 5 r 水泥符合公路水泥混 凝土路面施工技术规范( j t gf 3 0 2 0 0 3 ) 中对于特种重交通的要求( 水泥 抗压强度除外) ，由于超薄水泥混凝土路面变薄后的抗折强度降低的比较 大，对水泥抗折要求比较高，所以在水泥的选择时用特重交通时的规范要 求。对抗压强度的要求满足对中轻交通的要求。 2 2 细集料的选用及其性能 水泥砂浆是水泥混凝土内部的主要胶凝材料，细集料的性质极大的影响水泥 混凝土的综合性能。需满足公路水泥混凝土路面施工技术规范( j t gf 3 0 2 0 0 3 ) 对细集料的性能标准要求。 细集料筛分见表2 2 ! q 簋三蕈厦挝魁啦选田丛性啦试殓 表22 ：中砧的荷分试验 t a b e l 2 2s i z i n gt e s to fm e d i u ms a n d 项目第啦第理柏 缔孔尺寸筛上重分愀麟撇筛重耐分滁嚣牒累撇 ( 衄) m ( g ) ( )( ) 电) ( )( )( ) 9 5 0 m1 2 2 2 2 2 1 0 5 2 12 1o 0 t7 5 蛐2 1 0 0406 22 03 04 16 3t l 2 3 6 皿5 。0l n 8h 85 n2 dl 卫l】& 21 5 5 l1 8 m m9 5 8 01 8 23 299 4 6 01 9 33 5 63 4 2 0 6 m s 1 4 3 2 0 2 7 16 011 4 5 5 0 2 9 7 6 536 2 6 03 珊 1 5 5 3 0 2 9 48 9 51 1 6 2 0 2 37鹕o 8 9 3 0 1 5 岫 5 2 2 09 99 9 45 0