（道路与铁道工程专业论文）路面基层碾压贫混凝土工作性及其施工质量控制研究.pdf

摘要 碾压贫混凝土是一种超干硬性混凝土，在国内，其应用于路面基层的工程实 例较少。本文结合“清连高速化改造项目 对路面基层碾压贫混凝土工作性及其 施工质量控制进行了较深入的研究，对施工过程中常见质量问题提出了控制及解 决方法。 本文运用流变学原理对碾压混凝土拌合物的流变性能及其流变参数对工作 性的影响进行研究，并对碾压混凝土拌合物工作性定义及其控制指标进行分析和 探讨。在理论分析的基础上通过大量的试验，研究用水量、水灰比、粉煤灰掺量、 砂率、骨料特性等因素对基层碾压贫混凝土拌合物工作性的影响，试验结果表明： 1 、对碾压贫混凝土拌合物工作性起决定作用的是用水量的多少，用水量过大或 过小都对拌合物的工作性不利，在实际工程中，应根据具体情况由试验确定；2 、 在碾压贫混凝土中掺入适量的粉煤灰对其工作性是有利的；3 、碾压贫混凝土的 最佳砂率应根据具体情况由试验确定；4 、应根据工程实际情况选择合适的骨料 级配、粗集料最大粒径，尽量选用表面粗糙、多棱角的碎石。 本文采用日本建设部关东技术事务所与水泥协会共同研究提出的填充包裹 法进行基层碾压贫混凝土配合比设计，按照正交法安排试验。该配合比设计方法 原理清晰，计算方便，但参数的取值要靠经验选定，有时与实际情况会有些差距。 碾压贫混凝土基层施工目前尚无现行的施工规范可以遵循，实际施工中经常 出现许多质量问题，有必要对其进行施工质量控制研究：1 、从碾压贫混凝土的 原材料、拌和、运输、摊铺、碾压、接缝处理、养生等方面进行探讨分析，结合 工程实际，提出基层碾压贫混凝土的施工质量控制方法；2 、对施工中可能出现 的平整度、局部离析、局部弹簧、裂纹、边部压实等施工问题进行分析研究，找 出原因，提出解决方法。 关键词：碾压贫混凝土；路面基层；工作性；配合比设计；施工质量控制 a bs t r a c t r c cl e a nc o n c r e t ei so n ek i n do fs u p e r s t i f fc o n c r e t e ，a n dt h e r ea r eo n l yaf e w e n g i n e e r i n ge x a m p l e si nw h i c hi ta p p l i e dt ot h ep a v e m e n tb a s ei nd o m e s t i c t h i s a r t i c l em a d ea t h o r o u g h r e s e a r c ho fr c cl e a nc o n c r e t e b yc o m b i n i n g t h e t r a n s f o r m a t i o np r o i e c to fq i n g l i a nh i g h w a y ”，a n de m p h a t i c a l l ym a d ear e s e a r c ho f t h ew o r k a b i l i t ya n dc o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o lo fr c cl e a nc o n c r e t ep a v e m e n tb a s e ， a n dt h e np r o v e dt h e s o l v i n gm e t h o d so fq u a l i t yc o n t r o lt o t h ec o m m o nq u a l i t y p r o b l e m si nt h ep r o c e s so fc o n s t r u c t i o n b yu s i n gt h et h e o l o g yp r i n c i p l e s ，t h i sa r t i c l em a d ear e s e a r c ho nt h ei n f l u e n c e o ft h e o l o g i c a lp r o p e r t ya n dt h e o l o g i c a lp a r a m e t e rt ot h ew o r k a b i l i t yo ft h er c cl e a n c o n c r e t em i x t u r e ，a n dt h e nm a d ea na n a l y s i sa n dd i s c u s s i o nt ot h ew o r k a b i l i t ya n d t h ec o n t r o l l i n gi n d e xo ft h er c cl e a nc o n c r e t em i x b ym a k i n gal a r g en u m b e ro f e x p e r i m e n t sa n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t h i sa r t i c l em a d ear e s e a r c ho ft h ei n f l u e n c eo f t h ef a c t o r ss u c ha sw a t e rc o n s u m p t i o n ，w a t e rc e m e n tr a t i o ，c o n t e n to ff l ya s h ，s a n d r a t ea n da g g r e g a t ec h a r a c t e r i s t i c st ot h ew o r k a b i l i t yo ft h er c cl e a nc o n c r e t e m i x t u r eu s e di np a v e m e n tb a s e ，a n dt h ee x p e r i m e n t sr e s u l t si n d i c a t e dt h a t ：l 、t h e n u m b e ro fw a t e r c o n s u m p t i o ni st h ed e c i s i v er o l ei nt h ew o r k a b i l i t yo ft h er c c l e a n c o n c r e t em i x t u r e ，t o om u c ho rt o os m a l lw a t e rw i l lh a v ead i s a d v a n t a g et ot h e w o r k a b i l i t yo ft h em i x t u r e ，i na c c o r d a n c ew i t hs p e c i f i cc i r c u m s t a n c e s ，w es h o u l d d e c i d et h ew a t e rc o n s u m p t i o nb ye x p e r i m e n t 2 、i th a da n a d v a n t a g et o t h e w o r k a b i l i t yo fr c cl e a nc o n c r e t em i x t u r eb yi n c o r p o r a t i n ga na d e q u a t en u m b e ro f f l ya s h 3 、t h eb e s ts a n dr a t eo fr c c l e a nc o n c r e t em i x t u r es h o u l db ed e c i d e db y e x p e r i m e n ta c c o r d i n gt ot h ea c t u a lc o n d i t i o n 4 、w es h o u l dc h o o s et h es u i t a b l e a g g r e g a t eg r a d a t i o n 、t h em a x i m u mg r a i ns i z eo ft h ea g g r e g a t ea n dg r a v ew i t hs u r f a c e i r r e g u l a r i t ya n dm u l t ia n g u l a r i t y t h i sa r t i c l em a d et h em i xd e s i g no fr c cl e a nc o n c r e t ef o rp a v e m e n tb a s ew i t h t h ef i l l e d c o a t e dm e t h o dw h i c hw a sp r o v i d e d b yk a n t oc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y f i r m sa n dc e m e n ta s s o c i a t i o ni nj a p a n ，a n dt h e na r r a n g e dt h ee x p e r i m e n t sw i t h o r t h o g o n a lm e t h o d t h i sk i n do fm i xd e s i g nm e t h o di sc o n v e n i e n ta n dh a sc l e a r p r i n c i p l e ，b u tt h i sm e t h o da l s oh a ss o m ed i f f e r e n c ew i t ht h ea c t u a lc o n d i t i o nf o rt h e p a r a m e t e r sr e l yo ne x p e r i e n c e f o rt h e r ea r en os t a n d a r d so nt h ec o n s t r u c t i o no fr c cl e a nc o n c r e t ep a v e m e n t l t b a s en o w ，i t sn e c e s s a r yt om a k er e s e a r c ho nt h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o lw h i c h a p p e a r e d i n p r a c t i c a lc o n s t r u c t i o nf r e q u e n t l y 1 、b ya n a l y s i st h er a wm a t e r i a l s ， m i x i n g ，t r a n s p o r t a t i o n ，p a v i n ga n dr o l l i n g ，j o i n t sp r o c e s s i n ga n dh e a l t hp r e s e r v i n go f t h er c cl e a nc o n c r e t e ，t h i sa r t i c l ep u tf o r w a r dt h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o l m e t h o do fr c cl e a nc o n c r e t ep a v e m e n tb a s eb yc o m b i n i n gt h ep r a c t i c a lp r o j e c t s 2 、一 b ya n a l y z i n ga n dr e s e a r c h i n g ，t h i sa r t i c l ea l s op r o p o s e ds o l v i n gm e t h o do ft h e f o l l o w i n gp r o b l e m ，s u c ha ss m o o t h n e s s 、l o c a ls e g r e g a t i o n 、l o c a ls p r i n g 、c r a c k 、t h e b o u n d a r yc o m p a c t i o na n ds of o r t h k e yw o r d s ：r c cl e a nc o n c r e t e ；p a v e m e n tb a s e ；w o r k a b i l i t y ；m i xd e s i g n ； c o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o l i i i 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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 法律后果由本人承担。 作者签名： 啼悛 j 日期：协扩年缈月多。日 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。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 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。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者虢叶唆 新虢帮怕 日期：沙扩年v 月多b 日 日期：，谚年够月；9 日 1 1 研究背景 第一章绪论 两千多年前的古罗马人最早发明了以石灰、火山灰为胶凝材料的混凝土， 1 8 2 4 年英国人j 阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利，这标志着水泥混凝土工业 的诞生。此后，水泥混凝土材料开始广泛应用于道路桥梁工程、机场工程、工业 与民用建筑等各种工程中，并且成为工程建设领域最重要的建筑材料；如今，它 已是使用量最大，使用最广泛的人造建筑材料，是人类文明建设中不可缺少的物 质基础。据不完全统计，世界水泥年产量已超过2 0 亿吨，也就是相当于6 0 亿吨 以上的混凝土，这是其它任何材料望尘莫及的。 在公路工程中，混凝土材料主要用于水泥混凝土路面中。目前，我国水泥混 凝土路面每年的建设里程已经在1 5 0 0 0 2 5 0 0 0 k m ，占全部高级路面( 沥青路面和 水泥路面总和1 的比例已达到5 0 以上。水泥混凝土路面能够得到广泛应用是因 为它具有许多优点： 1 、刚度大，承载能力强。水泥混凝土路面板弹性模量在( 3 5 ) x 1 0 4 m p a 之间； 2 、耐水性、耐高温性强。在降雨量大的地区以及短期浸水的过水路面上， 车辆能正常通行。在高温季节也不会像沥青路面那样产生车辙，影响路面的平整 度及行车质量； 3 、弯拉强度大，疲劳寿命长。水泥混凝土路面的弯拉强度能达到5 5 m p a ， 甚至更高。正常合格水泥混凝土路面板在标准轴载的应力强度比下，疲劳寿命长 达5 0 0 1 0 0 0 万次弯曲疲劳循环； 4 、在正确的设计和保证施工质量条件下，水泥混凝土路面的耐候性、抗冻 性、抗滑性和耐磨性等耐久性能优良； 5 、耐油、耐火、耐酸碱腐蚀性强。水泥混凝土路面对油类、酸类、盐碱或 其他易溶蚀、腐蚀沥青的化学或生物介质相对不敏感： 6 、使用寿命长。高速、一级公路水泥混凝土路面的设计基准期为3 0 年，沥 青路面的设计年限为1 5 年，设计年限比沥青路面长一倍，在保证建设质量的条 件下可大幅节省维修费用； 7 、水泥混凝土路面更环保。当水流经或渗透过水泥混凝土材料时，路面的 水对周围土壤和地下水无毒、无污染，是环保型路面： 8 、混凝土的组成材料容易得到。水泥，集料是一种地方性材料，可就地取 材，利于发展地方经济。 1 然而，常态水泥混凝土有水泥用量大，施工速度慢，开放交通迟等缺点。本 文所研究的碾压贫混凝土与塑性贫混凝土基层相比，不但具有常态混凝土的一般 特点，还具有如下特点： 1 、碾压贫混凝土基层能大量节约水泥。水泥用量可减少约3 0 ，节约工程 费用，经济效益明显； 2 、碾压贫混凝土基层施工中受到振动和很大的压力，施工后强度增长快， 因而可以早期开放交通，且在行车荷载作用下损伤微小，这对旧路改造且不封闭 交通意义重大； 3 、可以采用沥青路面施工机械，如沥青路面摊铺机、振动压路机等进行施 工，施工工艺和施工设备简单，施工速度快，可以减少施工成本； 4 、与滑模贫混凝土施工相比，施工机械移动灵活，对旧路改造及跨越结构 物适应性强； 5 、由于碾压贫混凝土单位水、水泥用量少，故其干燥收缩小，路面横缝间 距可以加大，有利于行车舒适，并减少了碾压贫混凝土基层填缝材料用量及渗水 机率； 6 、对材料的要求( 如含泥量) 比塑性贫混凝土低，因而选材更容易。 碾压混凝土是近二三十年来发展起来的一种新型混凝土。它具有独特的性 能，未凝固前碾压混凝土的性能完全不同于常规混凝土，凝固后又与常规混凝土 的性能非常接近，难以区分。碾压混凝土是将土石方施工机械的容量大，速度快、 大面积作业的优点与混凝土强度高、耐久性强的特点融会到一体，可实现快速、 经济施工。为了使土石方施工机械能在混凝土面上作业，碾压混凝土稠度又要很 干，干到足以使推土机、振动碾、自卸汽车不下陷。碾压混凝土比工民建用的干 硬性混凝土还要干，是一种坍落度为零的超干硬性混凝土。碾压混凝土采用天然 骨料和人工骨料均可。采用天然骨料，拌和用水量较少，容易压实，但也容易发 生分离；采用人工骨料，拌和用水量较多，不易发生分离，尤其用于道路碾压混 凝土，具有较高的承载能力。 从施工机械角度，碾压混凝土浇筑机械与常规混凝土完全不同，仓内运输用 自卸汽车，摊铺用推土机或铺料机，振动用振动碾压机。从工艺学角度，经过振 动碾压的混凝土，只有压实到接近密实容重，才具有结构设计所要求的强度、抗 渗性和抗冻性。因此，现场实测仓面碾压混凝土的压实容重不得低于密实容重的 9 7 ，即压实度9 7 才能满足各方面性能要求。 美国水泥混凝土协会( a c i ) 给碾压混凝土所下的定义是：碾压混凝土( r c c ) 是由水泥( 及其它粘结材料) ，级配骨料加水拌和而成的一种混合料，这种混合 料的含水量和水泥量均较普通水泥混凝土低，与稠度和坍落度为零的水泥混凝土 类似，摊铺后由压路机压实。这一定义显然包括了世界各国广泛应用的水泥混凝 2 土和贫混凝土的概念。因此，不少资料认为，筑坝用的碾压混凝土和路面用的高 强度碾压混凝土是从水泥稳定土发展而来的，也有资料说，碾压混凝土是水泥稳 定土和普通水泥稳定土这两种施工工艺的综合产物。 本文源于广东省清( 远) 连( 州) 一级公路升级改造( 高速) 项目( 简称“清连高速 化改造项目”) 位于广东省清远市境内，是国道1 0 7 线的组成部分，也是广东 省高速公路规划中“第六纵”和二广国家高速公路通道的重要组成部分。本项目 北起湘粤交界的风头岭，南止广东清远市郊的横荷，并与广清高速公路连接，改 造后高速公路全长2 4 4 4 9 公里，分双向四车道，设计速度为8 0 、1 0 0k m h ，路 基宽度为2 1 5 米、2 4 5 米，对旧路进行处治后，再加铺2 0 ( 2 2 ) c m 碾压贫混凝士 基层及3 0 ( 2 8 ) c m 水泥混凝土面板。 由于碾压贫混凝土基层国内应用较少，现行规范找不到依据，国内关于基层 碾压贫混凝土及其施工的研究也非常的少。所以结合“清连高速化改造项目”对其 进行研究是十分必要的。本文运用流变学原理对碾压混凝土流变性能及振动压实 机理进行理论分析，并进行室内试验，对影响基层碾压贫混凝土拌合物工作性的 因素进行试验研究。并在此基础上，对碾压贫混凝土基层施工质量控制及常见质 量问题处理进行研究探讨，以期达到指导施工的目的。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 碾压混凝土应用于道路的发展可追溯到第一次世界大战前后，最早应用于木 材储存场、停车场、森林与矿山运输道路、军事交通道路等工程中。2 0 世纪7 0 年代以来，这种新型的道路结构形式得到了迅速的发展，其原因和背景在于：( 1 ) 沥青价格高涨；( 2 ) 摊铺机等施工机械的技术性能得到了较大的提高；( 3 ) 碾压 混凝土筑坝技术日趋完善和普及；( 4 ) 道路建设、维修费用迅速增长，不断要求 开发费用低、耐久性好的道路材料；( 5 ) 重车和大交通量的发展对基层的要求日 益提高。 美国、日本、瑞典、西班牙等国在7 0 年代将碾压混凝土应用于低等级公路 中。目前，西班牙主要还是用于低等级公路；法国、加拿大多是用于木材堆放场、 停车场等，用于道路的比例较小；日本近年来碾压混凝土用于道路的比例逐渐增 大，但用于高等级公路仍然较少。7 0 年代中期，美、英、日等国家开始对碾压 混凝土进行了研究，有许多国家已进入应用阶段，如西班牙、法国、挪威、瑞典、 美国、加拿大、日本、澳大利亚等心1 。1 9 8 1 年挪威开始在公路上应用碾压混凝 土。相继，碾压混凝土路面在相当多的国家采用，如美国、法国、日本等。据 统计，截至1 9 8 6 年，碾压混凝土路面施工总面积超过8 0 0 万m 2 ，其中施工面积 3 西班牙4 5 0 万m 2 ，法国2 3 0 万m 2 ，加拿大8 0 万m 2 ，美国4 0 万m 2 ，瑞典1 4 万m 2 引。 1 9 7 6 年，加拿大首次在不列颠哥伦比亚省铺筑碾压混凝土路面7 0 0 0 0m 2 ， 其承载能力和强度全部超过设计要求。使用过程中，路面虽有裂缝出现，但不影 响使用，至今没有发生冻融破坏。自此后，这项技术很快推广，主要用于重载装 运公路的面层或基层。1 9 9 2 年，5 5 0 m 长的碾压混凝土试验路段在加拿大阿尔 伯达省埃德蒙顿市建成。该工程位于该市第1 1 2 大街。这是一条南北方向的双车 道市内干线道路，最北端是一个4 路交叉口，到宽3 5 m ，无边沟，碾压混凝土 施工总面积7 5 0 0m 烈引。 2 0 世纪8 0 年代，美国陆军工程师团开始利用碾压混凝土修筑供低速行驶的 履带车及胶轮车使用的重型路面以及交通量较小的街道和公路，其发展速度是爆 炸性的。1 9 8 3 年7 月在佐治亚州斯图尔特堡修建了一条从履带车停车场通向一 系列坦克道的交通通道；1 9 8 4 年在德克萨斯州霍得堡建造了面积1 6 7 0 0m 2 的坦 克场和装甲运输车停车场。同年又在华盛顿州路易士堡用碾压混凝土铺筑2 1 2 m 长的履带式和轮胎式军用车辆道路；1 9 8 6 年1 0 月修建了哈维巴勒克斯停车场， 面积为1 4 2 0 0 m 2 ；1 9 8 7 年5 月在马里兰州阿伯丁修建了一座1 7 5 5 2m 2 的战术装 备停车场；1 9 8 7 年8 月肯塔基州坎贝尔堡的一座4 1 8 0 0 m 2 的战术设备厂停机坪。 此外，陆军工程师团在科罗拉多州丹佛市、俄克拉何马州雨果市、德克萨斯州奥 斯丁市等地修建了大量停车场、货场；在乔治亚州、德克萨斯州、肯塔基州等地 修建了一些停机坪。到1 9 8 7 年底，美国陆军工程师团铺筑的碾压混凝土铺面工 程在6 0 0 0 0 0m 2 以上。这些碾压混凝土铺面工程的建设都收到了很好的技术和经 济效果5 1 。 瑞典的碾压混凝土技术，不论在材料还是设备方面都发展迅速。瑞典碾压混 凝土路面一般用于重载低速公路、公共汽车站、工矿停车场和农场。1 9 8 4 年铺 筑碾压混凝土路面1 0 0 0 0m 2 ，1 9 8 5 年超过3 0 0 0 0m 2 ，1 9 8 6 年达到1 0 0 0 0 0m 殂。 澳大利亚的塔斯马尼亚州于1 9 8 6 年1 1 月开始试验铺筑高强度碾压混凝土路 面，至1 9 8 7 年1 0 月共完成试验路铺筑6 0 0 0 0 m 2 。其中包括邓肯煤矿的运输公路、 塔斯马尼亚州电力一冶金公司的一些停车场和材料堆存场、霍巴特附近国道上茶 树路试验路段、霍巴特海滨公路、动力艇码头、戈里叶特水泥厂停车场和公路等。 试验路段碾压混凝土强度高且强度增长块，部分试验路在铺筑后2 h 内即开放交 通。此后，碾压混凝土筑路技术在澳大利亚得到推广应用哺1 。 1 9 8 5 年，日本铺筑山阳道试验段，试验段长9 9 5 m 、宽2 8 m ，面积2 5 4 0m 2 。 1 9 8 7 年，建设部关东技术事务所与日本水泥协会合作，进行了预想为重交通道 路上的碾压混凝土试验路施工，取得了初步成果。1 9 8 8 年，又在关东技术事务 所院内道路上进行了预想为轻交通道路上的第二次碾压混凝土试验路施工。1 9 8 9 4 年，日本铺筑了多条碾压混凝土路面试验段：( 1 ) 九州高速公路大手木隧道及日 光谷隧道铺筑试验段，试验段在大手木隧道4 0 2 m 长，在日光谷隧道2 1 7 m 长， 宽均为7 6 1 m ，设计车速均为8 0 k m h ；( 2 ) 国道1 8 号线上新干道试验路，国道 1 8 号线是连接高崎与新泻市的本州横向干线道路，该试验路是北陆地区国道1 7 号线试验路后的第2 条碾压混凝土试验路，试验路长1 5 0 m ，宽9 5 m ；( 3 ) 四国 高速公路立川隧道试验路，该试验路位于爱嫒县交通量很大的高速公路隧道处， 建成后2 个月累计通过大型车1 万辆；( 4 ) 字部美祢高速公路特大型车专用道路 试验路，该试验路长2 0 0 m ，宽8 m 。试验路经过3 个月的使用，大型车换算轴数 3 9 万辆，除路表稍有细颗粒飞散外，完全保持良好的状态拍1 。 1 2 2 国内研究概况 早在5 0 年代我国就开始研究一种新型混凝土，既一些干硬性混凝土。它的 特点是，用水量比一般塑性混凝土少约1 4 ，在水灰比相同的情况下，采取措施 既可节约水泥3 0 ，混凝土的质量也因用水量的降低相应提高。但路面用平板 振动器等振捣机械振捣密实，施工进度慢，未能在公路上得到推广阳1 。 随这我国国民经济的飞速发展，对公路工程的建设提出了更高、更迫切的要 求，而目前我国主干线网络还需要相当长的一段时间的努力才能完成，高等级公 路建设正呈现方兴未艾的发展势头。而沥青资源短缺、强力筑路机械的发展，提 高了水泥混凝土路面，特别是碾压混凝土路面的竞争能力。由于碾压混凝土路面 具有技术经济上的诸多优势，将其应用于高等级公路的尝试成为公路建设一个引 人注目的热点。我国于8 0 年代初开始碾压混凝土路面的试验研究，先后有十多 个省市列项研究。特别是“八五 期间，我国又把“高等级公路碾压混凝土路面 施工成套技术的研究 作为国家重点科技攻关课题，在路面材料、配合比设计、 施工工艺等一系列关键技术方面取得了突破性的成果，于1 9 9 6 年4 月通过国家 鉴定和验收，使我国的碾压混凝土路面施工技术在国际上处于领先水平他1 。 我国水电系统于1 9 7 9 年开始对碾压混凝土进行室内试验，并应用于大坝工 程中。1 9 8 1 年，交通部公路科学研究所与安徽省公路设计院合作，承担了“振动 碾压混凝土路面技术的研究”课题。开始对振动碾压混凝土进行系统、详细的室 内研究试验，并在安徽、江苏、山西、河北等省铺筑试验路1 0 余公里。在这次 研究中，不仅在理论上对振动碾压混凝土的形成机理进行了探讨，而且对施工工 艺过程也作了系统的研究，还提出了振动碾压混凝土路面的施工细则草案。特别 对单层全碾式和上塑下碾双层施工路面进行了研究，所提出的上层低塑混凝土和 下层振动碾压混凝土的双层施工新工艺，兼二者的所长，适宜于在高等级道路路 面工程中使用。同时指出，在二、三级道路工程中，可直接使用全碾式单层碾压 混凝土路面。该项研究成果，以于1 9 8 7 年5 月通过部省级鉴定，确认这两种碾 5 压式施工路面，可在公路、城市道路、机场、停车场等工程建设中推广使用旧1 。 1 9 8 5 年安徽合肥芜湖公路上铺筑了长4 6 0 m ，宽3 7 5 m 的碾压混凝土路面， 取得了良好的效果，并通过部级鉴定。安徽省合派路，是安徽省合肥高新技术开 发区工业走廊的重要组成部分，采用四幅路结构，全长7 5 k m ，宽6 0 m ，路面结 构采用碾压混凝土与沥青混凝土结构n0 1 。 广西从1 9 8 9 起开始着手起研究碾压混凝土路面，最初是下层采用高掺量粉 煤灰碾压成型，面层用常态混凝土覆盖的复合式路面，虽然节约水泥，降低成本， 但存在工序多，进度慢，平整度不理想等问题；1 9 9 1 年以后分别在桂平、田阳、 伊岭岩、合浦作全厚式碾压混凝土路面；1 9 9 6 年在桂柳高速公路上铺筑工业性 试验路，其平整度满足高速公路要求标准：1 9 9 6 年在3 2 4 国道南宁至柳州大修 工程中，采用下碾压上沥青表处复合式路面，取得良好效果，并通过鉴定n 。 为了探索碾压混凝土在城市道路路面工程中的应用，湖北省武汉市武昌区市 政建设管理局，于1 9 9 2 年7 月在武昌东亭一路施工了一段长8 0 m 、宽8 m 上塑 下碾双层复合结构的试验路。于此同时，在室内对碾压混凝土与常规混凝土的性 能，进行了对比试验研究。试验研究结果与施工实践表明，碾压混凝土用于市政 道路，其性能优于常规混凝土。此外，四川成都清白江区市政工程管理处，也对 区内一条长2 0 0 m 、宽2 1 m 面积1 5 万m 2 的泥结碎石路面，采用振碾式混凝土 路面施工工艺进行改造，同样取得了较为满意的效果阳1 。 此外，在唐津高速、连盐高速、1 0 5 国道山东平阴段、3 0 5 国道辽宁沟帮子 段、京珠高速扩建工程、内蒙古拉棋线等工程建设中，都对碾压混凝土筑路技术 进行了深入研究2 。1 6 3 。 关于路面基层碾压贫混凝土的研究国内报道很少，实际施工中很多参照路面 面层碾压混凝土，但是基层碾压贫混凝土与路面面层碾压混凝土由于水泥用量差 别大，性能要求不同，二者在施工控制上不尽相同，且鉴于目前国内尚无相应施 工指南，因此，结合清连高速公路，开展碾压贫混凝土研究，不仅对清连项目， 而且对我国碾压贫混凝土路面基层施工质量控制将具有十分重要的意义。 1 3 主要研究内容和方法 1 3 1 工作性研究 碾压混凝土与常态混凝土相比，其水泥用量少，虽掺入了一定量的粉煤灰， 但胶凝材料的用量仍较少，骨料用量较多，用水量少，拌合物不具流动性，粘聚 性小，不泌水，它是通过振动压路机振动压实成型的。由于施工方法的不同，碾 压混凝土所要求的稠度也与常态混凝土的不一样。为了保证施工的顺利进行，具 有良好的经济效益，碾压混凝土拌合物应具备以下三方面特性： 6 1 、可碾压性：碾压混凝土拌合物是用振动碾对其振动碾压进行施工的，碾 压混凝土拌合物必须能承受振动碾在其上行走而不产生沉陷、波浪，也就是说碾 压混凝土拌合物要具有可碾压性。 2 、易密实性：碾压混凝土拌合物在振动过程中消耗最小的能量，达到最密 实的程度。也就是说，碾压混凝土拌合物易于被压实。 3 、稳定性：碾压混凝土拌合物在施工过程中发生最小的离析现象，以保证 集料均匀分布。 因此，碾压混凝土拌合物的工作性可以这样定义：碾压混凝土拌合物在拌合、 运输、摊铺、碾压等一系列过程中，在消耗一定能量的情况下达到密实与稳定的 程度。如果在整个操作过程中以消耗最小的能量达到最稳定和最密实的程度，这 就是最佳工作性。 碾压混凝土拌合物的工作性对碾压混凝土的性能有很大的影响，工作性良 好，碾压混凝土就能得到较高的密实，混凝土各项性能就好，反之就难以密实， 混凝土各项性能就差。因此，有必要对碾压混凝土拌合物的工作性进行深入研究。 本论文拟从以下几方面对基层碾压贫混凝土的工作性进行分析研究： 王 1 、运用流变学原理对碾压混凝土拌合物流变性能及流变参数对工作性的影 响进行理论分析，并对碾压混凝土拌合物流变性能与其振动碾压密实的关系进行 分析研究。 2 、对影响基层碾压贫混凝土拌合物工作性的主要因素进行室内试验，对试 验结果进行分析。本文采用改进v c 值法和r a 法进行试验，各影响因素及试验方 案设计如下： ( 1 ) 水泥浆数量：我们用水泥浆富余系数k p 表示水泥浆数量的多少。为分析 k p 对混凝土拌合物工作性的影响，我们固定砂浆富余系数k 。、水灰比w c 、 粉煤灰掺量厂进行试验。 ( 2 ) 砂浆数量和水灰比( 或用水量) ：我们用砂浆富余系数k 。表示砂浆数量 的多少。为了研究k 。和水灰比w c 对拌合物工作性的影响对混凝土拌合物工作 性的影响，我们固定水泥浆富余系数k p 、粉煤灰掺量厂进行试验。 ( 3 ) 砂率s p ：从正交试验中选取6 组有代表性的试验结果进行分析。 ( 4 ) 骨料特性：骨料特性主要包括最大粒径、颗粒形状、表面状态及级配等， 本文主要分析了粗骨料特性和细骨料特性对混凝土拌合物工作性的影响。在粗骨 料特性中选取骨料最大粒径这一因素进行试验研究，在相同配合比条件下，改变 粗骨料的最大粒径，选取3 1 5 m m 和2 6 5 m m 两个最大粒径进行试验。 ( 5 ) 粉煤灰掺量：在固定水胶比的条件下，选取w c ；0 4 5 和c = 0 4 9 两个 水灰比，改变粉煤灰的掺量进行试验。 ( 6 ) 硅灰掺量：在固定水胶比的条件下，改变硅灰掺量进行试验。 7 ( 7 ) 温度及搁置时间：碾压混凝土拌合物在配合比一定的条件下，随着环境 温度的变化，其凝结时间和v c 值有着较大的差异，在拌和过程中应尽量使温度 控制在一定的范围内。拌合物搁置时间对工作性的影响非常大，本文通过试验研 究搁置时间对拌合物工作性的影响。 ( 8 ) 压重：通过改变配重砝码质量进行试验，研究压重对碾压混凝土拌合物 工作性的影响。 ( 9 ) 振动方式：由常规的上压下振改为上压上振，对两种振动方式的出浆时 间及出浆效果进行比较。 1 3 2 施工质量控制研究 由于碾压贫混凝土路面基层施工尚无现行的施工规范可以遵循，实际施工中 常出现许多质量问题，有必要对其进行严格的施工质量控制，对施工过程中常出 现的质量问题进行研究，找出控制、解决方法。 1 、原材料质量控制：原材料的质量控制主要包括水、水泥、粉煤灰、外加 剂以及粗细集料等的物理化学性能检测。 2 、碾压贫混凝土拌合物质量控制：新拌碾压贫混凝土拌合物质量监控的重 点是混凝土稠度、含水量、拌合物均匀性以及强度。为了达到施工要求，应重点 控制好碾压贫混凝土的拌和和运输工序，保证碾压贫混凝土拌合物的质量。 3 、摊铺及摊铺设备：为了保证路面平整度，摊铺设备应满足以下要求：( 1 ) 保证较好的摊铺平整度。为此，要求摊铺机必须具备工作性能良好的均衡供料系 统和自动找平系统；( 2 ) 保证足够的预压密实度。 4 、碾压及碾压设备：碾压是碾压贫混凝土基层施工必不可少的工序，当混 凝土的配合比确定之后，硬化混凝土的强度主要取决于混凝土的密实程度。根据 碾压贫混凝土基层施工的特点，压路机的选型总体原则，一是保证能达到预定的 压实效果，二是对平整度的破坏最小，三是保证路表均匀致密。另外，为了进行 终饰碾压( 终压) ，还要求配备轮胎压路机或水平振荡压路机。 5 、施工技术：( 1 ) 提高路面基层平整度技术；( 2 ) 接缝技术；( 3 ) 其他配套技 术。 6 、碾压贫混凝土基层的质量验收。 7 、碾压贫混凝土基层施工常见质量问题及控制。本文将从基层碾压贫混凝 土原材料选择及关键工序方面开展相关控制研究，探寻基层碾压贫混凝土以下施 工常见质量问题及控制方法： ( 1 ) 平整度：平整度问题是碾压混凝土的首要问题，良好的基层平整度对路 面面层的平整度起着关键作用。本文将重点对碾压贫混凝土基层平整度进行分析 研究，找出影响基层平整度的影响因素，并提出控制基层平整度的方法。 8 ( 2 ) 边部压实：边部压实主要是由于施工机械难以到达边部，出现边部难以 压实的问题。 ( 3 ) 局部离析：局部离析严重影响路表质量，本文通过产生局部离析的原因， 找出控制局部离析出现的方法，并对以出现的局部离析提出解决方法。 ( 4 ) 混合料碾轮：压路机在碾压过程中，混合料碾轮会严重影响压实后的路 表质量，消除混合料碾轮问题是非常必要的。 ( 5 ) 裂纹：碾压贫混凝土基层施工过程中出现裂纹的原因与施工方法不当、 施工控制不严、配合比、养生、切缝、气候等因素有关。本文结合在建工程的实 际情况，找出预防碾压贫混凝土基层裂缝产生的方法。 ( 6 ) 局部弹簧：局部弹簧是由于混凝土内部水份长久滞留在混凝土中，水只 能通过毛细管孔隙慢慢散发，使得内部混凝土呈松散状，造成混凝土凝结时间严 重延长，也就相应造成了混凝土的弹簧现象。 1 3 3 配合比设计及试验路铺筑 本文采用采用由日本建设部关东技术事务所与水泥协会共同研究提出的填 充包裹法进行基层碾压贫混凝土配合比设计，按照正交法安排试验。在碾压贫混 凝土初步配合比设计的基础上，进行试验路的铺筑，对试验路进行观测，钻芯取 样，数据采集，验证基准配合比。 1 4 结语 碾压贫混凝土基层在国内应用很少，相关的研究报道也非常少。本文结合清 连高速化改造项目，对基层碾压贫混凝土的工作性进行了较深入的试验分析研 究。在此基础上，结合工程实际，提出碾压贫混凝土基层施工质量控制要点，对 常见的施工质量问题提出控制及解决方法。 9 第二章原材料性能及试验方法 2 1 原材料性能 2 1 1 水泥 本文所采用的水泥为湖南郴州金磊牌3 2 5 撑普通硅酸盐水泥和广州市粤秀牌 3 2 5 誊普通硅酸盐水泥。其相关技术指标见表2 1 、2 2 。 表2 1 金磊牌水泥性能指标 物理性能 项目细度凝结时间( h ：m i n )安定性标准稠度 ( ) 初凝终凝( 试饼法) ( ) 实验数据 3 24 - 3 76 ：0 1 合格 2 6 5 表2 1 粤秀牌水泥性能指标 物理性能 项目 细度 凝结时间( h ：m i n )安定性 标准稠度 ( ) 初凝终凝 ( 试饼法)( ) 实验数据3 2 2 ：3 0 3 ：3 0合格 2 4 4 水泥胶砂强度：指水泥胶凝材料胶结能力的大小。它是水泥技术性能的一个 重要指标，也是划分水泥标号的主要依据。试验按j t ge 3 0 2 0 0 5 公路工程水 及水泥混凝土试验规程中t 0 5 0 6 2 0 0 5 水泥胶砂强度检验方法( i s o 法) 进行。 将水泥和标准砂按照1 ：3 0 的比例混合，加入规定数量的水( 水灰比o 5 ) 。按规 定的方法制成标准尺寸( 4 0 m m 4 0 m m 1 6 0 m m ) 的棱形试件。在标准条件下养护后 进行抗压强度、抗折强度试验。根据3 天，2 8 天龄期的强度值确定水泥的标号。 试验结果见表2 3 、2 4 。 表2 3 金磊牌水泥胶砂抗压、抗折强度 项目 抗折强度抗压强度 龄期3 天2 8 天3 天2 8 天 胶砂强度( m p a )4 87 81 9 93 8 2 表2 4 粤秀牌水泥胶砂抗压、抗折强度 项目 抗折强度抗压强度 龄期3 天2 8 天3 天2 8 天 胶砂强度( m p a )5 48 22 0 3 4 1 9 1 0 2 1 2 粉煤灰 本文所采用粉煤灰为广东省韶关发电厂i i 级粉煤灰和广州恒达资源综合利 用有限公司i i 级粉煤灰： 1 、广东省韶关发电厂i i 级粉煤灰，4 5 t m 方孔筛筛余量为1 5 8 ( 规范 2 0 ) ，烧失量3 4 3 ( 规范8 ) ，需水量比1 0 3 ( 规范1 0 5 ) ，含水量o ，三 氧化硫含量o 4 6 ，表观密度2 2 9 c m 3 。 2 、广州恒达资源综合利用有限公司i i 级粉煤灰，4 5 肛m 方孔筛筛余量为 1 9 6 ( 规范2 0 ) ，烧失量5 1 ( 规范8 ) ，需水量比9 9 ( 规范1 0 5 ) ，含 水量o 2 ，三氧化硫含量1 2 ，表观密度2 2 9 c m 3 。 2 1 3 细集料 本文所采用细集料有： 1 、广东省清远曹家砂场河砂，细度模数2 7 7 ，细集料的主要技术性能指标 和筛分结果见表2 5 、2 6 。 表2 5 细集料主要技术性能指标 含泥量表观密度堆集密度空隙率吸水率 细度模数 ( )( k g m 3 )( k g m 3 )( )( ) 2 9 00 92 6 4 11 6 5 84 4 6 1 9 表2 6 细集料筛分结果 通过各筛孔的质量百分率( ) 类别 0 0 7 50 1 5o 30 61 1 82 3 64 7 59 5 0 砂0 32 71 7 33 7 9 4 9 1 6 5 39 8 31 0 0 2 、广东省清远横塘砂场河砂，细度模数3 2 ，细集料的主要技术性能指标和 筛分结果见表2 7 、2 8 。 表2 7 细集料主要技术性能指标 含泥量表观密度堆集密度空隙率吸水率 细度模数 ( )( k g m 3 )( k g m 3 )( )( ) 3 2 0 o 82 7 2 01 5 1 6 4 4 92 1 表2 8 细集料筛分结果 通过各筛孔的质量百分率( ) 类别 0 0 7 50 1 50 30 61 1 82 3 64 7 59 5 0 砂0 4 3 o1 2 8 2 8 04 1 17 2 19 5 49 9 6 2 1 4 粗集料 本文所采用粗集料有： 1 、4 7 5 3 1 5 m m 级配碎石，产于广东省清远清江长家石场，表观密度2 7 4 1 g c m 3 ，堆积密度1 7 3 0 k m 3 ，压碎值1 0 6 ，含泥量0 8 ，针片状含量1 3 7 。 粗集料筛分结果见表2 9 。 表2 9 粗集料筛分结果 类 通过各筛孔的质量百分率( ) 别 0 0 7 50 62 3 64 7