多孔混凝土排水基层研究.doc

第四章 研究认为聚合物乳液能够改善混凝土的力学性能及耐久性，从而更好地满足普通道路路面路用性能的要求。在普通水泥砂浆内部，水泥石与集料界面存在许多裂缝、缺陷，而掺加聚合物的改性水泥砂浆内部则很少看到明显的裂缝。水泥砂浆中裂缝缺陷产生的主要是由水泥水化水分的减少而产生的收缩引起的，在普通砂浆中加入聚合物后，聚合物颗粒与水泥相互交联形成空间网络结构，并能够填充因水分散失而产生的孔隙，改善了砂浆的内部结构，在一定程度上改善了砂浆强度等相关性能3,4。主要作用机理有以下几个方面： 形成网络互穿结构 在普通水泥砂浆中，水化生成的水化硅酸钙（C-S-H）之间以棒条型或针状的钙矾石晶体相连，且纤维状的和针状的钙钒石晶体相互交联，形成不连续的网络结构。而聚合物的加入可以促进水泥砂浆中连续网架结构的形成，由于聚合物的掺入成膜，包裹水泥砂浆的水化产物和未水化水泥颗粒，且网状聚合物膜结构逐步形成；随着聚合物掺量的增加及水泥水化的不断进行，聚合物逐渐形成不连续的薄膜，并且在相关物理化学作用下与水泥水化产物相互交联贯穿，形成空间网络结构，不仅改善了水泥砂浆的内部结构，而且还逐渐形成了联结强度5。 改善界面过渡区 普通砂浆在水化产物和集料界面处存在明显的微裂纹络及孔隙缺陷，并且存在许多针状和纤维状的AFT（钙矾石，高硫型水化硫铝酸钙）和AFM（单硫型水化硫铝酸钙）晶体。向水泥砂浆中掺入聚合物后，聚合物开始呈现间断的网状且包裹界面区的针状和纤维状的AFT和AFM晶体，界面区的微裂缝被填充后而逐渐减少。随着聚合物的不断掺加，聚合物膜与水泥水化产物结合形成不连续且较完整的空间网状结构，聚合物浸润、渗透在界面区面并包裹水泥水化颗粒，形成网络交联结构，孔隙减少并以圆孔形式存在，过渡区被C-S-H与聚合物填充，结构致密性改善，强度提高。 第五章 ）计算初步配合比 （1）确定目标空隙率及试配强度 目标空隙率 根据当地降水、温度等气象水文资料，确定合理的目标空隙率。多孔混凝土设计有效空隙率范围一般为2030。 试配强度 根据本文中配合比设计指标研究结果，按表5-2确定多孔混凝土基层7D抗压强度的设计值，据式（5.4）确定试配强度。（5.4） 式中：多孔混凝土7D试配抗压强度，MPA；多孔混凝土7D设计抗压强度，MPA。 在进行路面结构设计时，多孔混凝土基层的设计指标一般为弯拉强度。前期研究发现，多孔混凝土抗压强度与弯拉强度之间具有良好的相关性（详见第四章），可将弯拉强度换算成抗压强度后，再根据式（5.4）确定试配强度。 （2）确定集料用量首先根据现有集料情况，结合空隙率和强度要求，利用与多孔混凝土成型相同的方式，即插捣法法测得该种级配设计中集料的捣实密度。根据式5.2和目标空隙率，反算粗集料用量比，具体见式（5.5）。在此基础上，根据式（5.1）和粗集料用量比，确定多孔混凝土的集料用量，具体见式（5.6）。 （5.5） （3）确定水泥用量 根据多孔混凝土7D试配抗压强度，由前述正交试验已得出多孔混凝土强度与集料级配及水泥用量的相关关系式（5.3），可得配合比设计中单位体积内水泥用量如式（5.7）所示。 （R=0.9534） （5.7） 式中：单位体积内水泥用量，KG/M3； 多孔混凝土7D试配抗压强度，MPA； 混合料中粗集料密度，KG/M3。 （4）确定用水量及合理水灰比 根据第三章中多孔混凝土的工作性评价等级表3-2，按照“优” 的等级标准选取CSFI数值（范围11-17），原则上粗集料捣实密度较大时选高值，密度较小时选低值，把此时的CSFI数值记为。 表3-2 CSFI工作性评价等级表 CSFI4 4CSFI7 7CSFI11 11CSFI17 17CSFI20 20 不满足要求 合格 良好 优 良好 不满足要求 根据数值和第三章中式（3.6），反算用水量，具体见式（5.8）。 （5.8） 式中：单位体积内用水量，KG/M3； 混合料中粗集料密度，KG/M3,； 单位体积内水泥用量，KG/M3。 2）提出基准配合比 前述初步配合比是参照经验公式确定的初步材料用量，同材料的实际情况存在一定差异。因此，需通过试验对配合比进行适当的调整。 试拌 按上初步配合比得到的材料用量，配制不少于15L的多孔混凝土混合料。试配试验用的原材料，要与实际工程所用的材料一致。粗集料的称量以自然风干状态为基准，即含水率小于0.5。如用非干燥粗集料配制，实际用水量应扣除粗集料的含水量，集料值应相应增加。 观察含水量 观察新拌多孔混凝土混合料含水量情况。如果水泥浆能够均匀包裹在粗集料颗粒表面，没有出现浆体下滴的现象，手捏成团不分散，有微少浆体挤出，而且颗粒有类似金属的光泽，成型后试件底部没有浆体堵塞孔隙的现象，说明含水量满足要求。否则，应重新调整用水量，保证水泥充分水化。 目测法观察完毕后，通过第三章所述工作性评价试验，得到CSFI指标的大小，并将该数值记为。 按照第三章中所述工作性评价方法，确定新拌多孔混凝土材料的工作性等级。若满足工作性要求，则将此水灰比定为基准水灰比。 确定最佳水灰比 基准水灰比确定之后，保持粗集料和水泥用量不变，选定几组不同的水灰比（变化幅度0.02）分别拌制多孔水泥混凝土，制备试件，标准养生后分别测其7D抗压度，将最大强度所对应的水灰比作为最佳水灰比。 提出基准配合比 确定最佳水灰比之后，进一步提出基准配合比。 3）确定试验室配合比 制备试件、检验强度和有效空隙率按基准配合比，保持水灰比不变，以初选单位水泥用量为中心，按1015KG/M3增减幅度选定24个水泥用量，配制几组不同配合比的多孔混凝土混合料，制备抗压强度试件，并测定其毛体积密度。标准养生后，进行7D抗压强度和空隙率测试。确定试验室配合比通过调整得到符合强度和空隙率要求的配合比后，还应按多孔混凝土的实测密度校正其计算密度。校正系数为实测密度与计算密度之比值。各项材料用量均乘以校正系数，即可定出试验室配合比，即设计配合比。 4）换算施工配合比试验室配合比是按集料在自然风干状态的集料计算而得。施工现场的粗集料含水量经常变化，因此需根据集料的实际含水量对试验室配合比进行调整。实际用水量应扣除集料中的水分，并根据此扣除的水分补足集料用量，由此得到现场的施工配合比。 第六章 多孔混凝土基层施工工艺与质量控制 6.2.1 施工准备工作 （1）施工准备工作注意事项 根据公路路面基层施工技术规范（JTJ 034）的要求完成下承层施工，检测各项指标应满足规范要求。 加铺防水卷材的下承层应具有足够的强度和稳固性，表面应平整、密实、无浮尘。对下承层进行彻底的清扫，使其无尘土无废渣，同时恢复路线中线，按设计宽度标出两侧边线，保证摊铺宽度。 不同粒径的集料相邻存放时应设置隔离设施，严禁混杂。 施工前，施工现场应严格断交。 （2）施工机械设备配置 主要配备多孔改性水泥混凝土搅拌站、整形石料筛分机、沥青洒布车、摊铺机、运输车辆、防水卷材热熔焊接机等机械。 搅拌站的配置 搅拌设备采用电脑程序自动控制的水泥混凝土搅拌站，产量不小于400T/H，并配置石料水洗筛和水胶溶液配制罐，其中水洗筛采用双层振动筛。 搅拌场设置 搅拌场设置按照相关技术规范、管理处和省厅标准化要求执行。 搅拌站宜设置在摊铺路段的中间位置。搅拌站内部布置应满足原材料储运、混凝土运输、供水、供电等使用要求，并尽量紧凑，减少占地。确因地形条件限制，料场面积不足时，可在搅拌站附近设置石料储备转运场。混凝土搅拌站应解决搅拌、清洗、用水的供应，并保证水质。水源供水量不足时，搅拌站宜设置体积不小于250500M3的蓄水池，所蓄的水量应至少满足半天以上摊铺施工的需要。 在施工前，应储备足够的石料满足施工需要。料场应建在地势较高，排水通畅的位置，其底部应采用胶凝材料处理或水泥混凝土硬化处理，严禁料堆积水和泥土污染。不同规格的石料之间应有隔离设施，严禁混杂。搅拌楼应设相对独立的运料进出口，并有临时停车场。搅拌楼应设置清洗污水排放管沟、积水渗水坑或清洗搅拌楼的废水处理回收设施。 粗集料在进入搅拌锅之前须用清水冲洗干净，进水口设在振动筛的上方。同时设置污水池及沉淀池，循环使用清水。冲洗石料的混水不能立即重复利用，应排入废水处理设施进行处理。 （3）铺设防水卷材 在下承层上利用沥青喷洒车配合人工进行热沥青的洒布，采用普通70号或90号沥青。喷洒沥青前将基层浮尘清扫干净，沥青的喷洒量不宜超过0.5KG/M2。热沥青的洒布要保持均匀，热沥青喷洒后及时进行防水卷材的铺设工作。 防水卷材的铺设采用向前摊铺法，铺设时施工人员应首先将卷材的一头铺设牢固，然后工作人员站在铺设好的防水卷材上向前进行多卷卷材的平行铺设，同时压实人员应紧随铺设人员后面利用胶辊或胶轮压路机对铺设好的防水卷材进行碾压，消除卷材和下承层之间的气泡，使卷材和下承层充分有效地粘接。 防水卷材铺设总宽度应不小于设计值，相邻两幅卷材的搭接宽度为68CM。在第一卷卷材铺设好后，为使卷材搭接宽度相等，用粉笔或粉线在已铺设好的防水卷材上距离卷材边沿规定宽度处划一条线，作为第一卷与第二卷搭接的正确位置。 搭接部位用热熔焊接机焊接牢固，保证搭接部位牢固不透水。路拱在路中心搭接时路拱中间的卷材在上面，靠边的卷材在下面，并依据路拱方向，高处的卷材在上面，低处的卷材在下面。 防水卷材铺设宽度应按图纸施工，以保证路面水有效的沿防水卷材排出后流入级配碎石盲沟并经导流管排出，避免路面积水对路基的破坏，保证路基路面的施工质量。 与构造物连接处，应将卷材紧贴结构物立面竖起1520CM，并用沥青粘接牢固。特殊部位，应用聚合物水泥浆封实。 防水卷材的铺设段不宜太长，根据现场施工情况宜在300M500M左右处应预留运料车的进出口和调头处，尽量避免因运料车的行驶而破坏卷材，所有运料车辆设专人指挥。待快摊铺到预留口的位置时，及时将预留口的防水卷材铺设好，车辆到下一个预留口掉头。 整个施工段防水层施工完毕后，摊铺改性水泥混凝土之前，对铺设卷材作全面质量检查，进行认真清扫，以保证防水层的整体质量。 如有损坏或粘贴不良，应及时作修补处理。如有破损，可用比破损处周边大10CM的卷材刷热沥青粘贴或用聚合物水泥浆封实。如有气泡，将卷材刺破放气，按破损处理方法即可。 防水卷材铺筑0.5小时后与下承层的粘结基本牢固，可以进行下步工序的施工。在防水卷材和下承层未粘结牢固之前严禁一切无关人员、机械、车辆通行。 （4） 基准线设置 基准线设置形式视施工需要可采用单向坡双线式、单向坡单线式和双向坡双线式三种。单向坡双线式基准线的两根基准线间的横坡应与路面一致。单向坡单线式基准线必须在另一侧具备适宜的基准，基层横向连接摊铺，其横坡应与已铺基层一致。双向坡双线式的两根基准线直线段应平行，且间距相等，并对应基层高程，路拱靠摊铺机调整自动铺成。摊铺机应具备2侧4个水平传感器和1侧2个方向传感器，沿基准线滑行，摊铺出基层所要求的方向、平面、高程、横坡、板厚、弯道等。施工时宜达到规定值，验收时应满足最大允许偏差值的规定。基准线宜在摊铺前一天完成设置。基准线设置好以后，应进行校核复测，并注意防止弯道和渐变段出现差错。基准线设置精度应符合下表的要求。基准线设置好以后，禁止扰动。摊铺时，严禁碰撞和振动，一旦碰撞变位，应立即重新测量设定。基准线接头不得大于L CM，每100 M基准线不得多于2个接头。多风季节施工时，应缩小基准线桩间距，风力达到56级时，应停止施工。 6.2.2 施工摊铺技术 （1）混凝土搅拌 在拌和前，试验室要根据施工时的环境条件，做出混合料的凝结时间，作为水泥混合料从开始拌和到摊铺完毕的限制时间，用以指导施工。超过限制时间的混合料必须废弃。 改性水泥混凝土基层采用专用设备进行拌和，装载机装料，配套容量和配套设备应满足施工要求。水电供应可靠，原材料充足，最少不得少于当天施工用量。 每天开始拌和前，对水泥、水、集料、改性剂的用量准确调试后，输入到自动计量的控制存储器中，经试拌无误，再正式拌和生产。 改性剂应以水胶溶液形式掺加。按照配合比设计确定的比例抽取一定重量的水和改性剂，打入配胶罐，再通过循环泵搅拌均匀后备用。 混凝土搅拌时的水泥控制温度：不宜高于50，且不宜低于10。 搅拌站停机时须清理，应着重清理搅拌锅、储料仓、皮带滚、水泥输送机口等，打扫地面，清除水池中的尘泥。 搅拌楼在投入生产前，必须通过标定并试拌正常。在出现异常时或搅拌楼搬迁安装完毕，均应重新标定，施工中应经常校验搅拌楼计量精度。混凝土应配备和采用有计算机自动称料、配料系统的搅拌楼进行生产，不得使用手动配料，不宜使用体积法计量的简易自落滚筒式搅拌机拌和。搅拌楼配料计量误差不得超过下表的规定。 表6-2 搅拌楼的混凝土拌和计量精度要求 材料名称 水泥 粗集料 水 改性剂 允许偏差(%) 1 2 L 1 注：允许偏差(%)是实际重量与配比重量的差值占配比重量的百分数。 （2）拌和质量检验与控制 施工开始及搅拌过程中都应按规定的频率检验拌合物的初凝时间，按要求预留规定数量的标准小梁断裂力试件和孔隙率试件。施工时间应选择气温在535期间，夜间最低温度不得低于1。 混凝土拌和物应均匀一致，不得有未加水胶溶液的干料、未拌匀的生料和离析等现象，严禁干料、生料和离析料用于基层摊铺。 试配所得用水量须经试拌和铺筑试验段来验证，把验证后的用水量确定为最佳用水量。施工中的实际用水量与最佳用水量的误差应控制在2KG/M3以内。 （3）混凝土运输 一般规定 应根据施工进度、运量、运距及路况配备车型和车辆总数。总运力应比总拌和能力略有富余。运输车辆应加盖苫布或棉被，减少混合料水分散失。 运输时间 混凝土拌和物从拌合楼出料到运输、摊铺完毕的时间必须满足在拌合物初凝之前完成，具体时间应根据试验室测定的拌合物初凝时间而定。 （4）运输技术要求 运送混凝土的车辆，在装料时应防止混凝土离析，装料过程中应挪动一下车位，卸料落差高度不得大于2M。混凝土一旦在车内停留超过初凝时间，应采取紧急措施处置，防止混凝土硬化在车厢内。 混凝土运输过程中要防止漏浆、漏料和污染路面。运输车辆在每次装混凝土前，均应将车厢清洗干净并洒水湿润。 混凝土运到施工现场后由专人指挥卸料，在指定地点调头，严禁运输车辆在铺设好的防水卷材上急刹车。运输车辆驶上防水层前要设专人检查清理轮胎，不能夹带硬物，防止破坏防水层。 运输车辆配置 应选配车况好、装载量大的自卸车，自卸车后挡板应关闭紧密，运输时不漏浆撒料，车箱板应平整光滑。 （5）混凝土摊铺 多孔改性水泥混凝土摊铺可以采用中大DT1600型摊铺机，熨平板的击振力控制在三档的频率上。 摊铺机工作参数初设 对摊铺机所有机构工作部件应进行正确施工位置的初步设定，并将这些正确的施工参数通过试铺调整固定下来，正式摊铺时宜根据情况变化进行微调。 初始摊铺时的参数校正 在开始摊铺的10M内，必须对所摊铺出的基层标高、边缘厚度、中线、横坡度等技术参数进行复核测量。机手应根据测量结果及时缓慢地调整摊铺机，消除误差。禁止停机剧烈调整高程、中线及横坡等，以免严重影响平整度等质量指标。从摊铺机起步、调整、正常摊铺，应在15M内完成，并应将摊铺机工作参数设置固定保护起来，不允许非操作手更改或撞动。 摊铺 摊铺时应缓慢、匀速、连续不间断地进行。根据拌合物产量、摊铺宽度和运输能力，摊铺速度一般控制在13M/MIN。 全幅摊铺宜用两台及以上摊铺机前后梯队作业，前后间距35米，并在水泥拌合物初凝前完成纵缝施工。防水卷材及履带行走部位均应及时清扫干净，扫除积水。摊铺过程中，摊铺机的熨平板使用振捣功能。 摊铺过程中的注意事项在摊铺过程中摊铺机应匀速行驶，避免停顿，始终保持用混合料覆盖螺旋输料器，以保证混合料不发生离析，均匀不间断的摊铺。在摊铺过程中组织专人进行质量检测和缺陷修复，对不符合要求的地方及时修复处理。在摊铺过程中，首先通过倒料器将前料斗的混凝土均匀地输送到后面的熨平板前，通过熨平板的自由升降来控制混凝土的摊铺厚度，在摊铺机的熨平板上可以直接调出横坡。超过初凝时间的成品料不得使用；成型后的基层不得再扰动、挤压、踩踏。 6.2.3 施工中的注意事项 （1）接缝施工 纵向接缝 纵向施工缝分为干接缝和湿接缝。 当一台摊铺机摊铺宽度小于路面宽度时，采用前后错开的两台及以上摊铺机梯形作业，在拌合物初凝前完成摊铺的纵向接缝为湿接缝，不需要处理。 当采用一台摊铺机分两幅作业，留下纵向施工缝，纵向施工缝位置两幅上口应摊铺成三角形沟槽，下部两幅连接在一起，连接部位厚度为基层厚度的二分之一左右。该施工缝为干接缝，称为开口接缝。 开口接缝应做如下处理： A 接缝处理前应将接缝处松散部位和松散石料清除干净，并用吹风机将接缝处的尘土等杂物吹净。 B 三角形沟槽内宜填充C30细石水泥混凝土（集料最大粒径8 MM或采用机制砂）或沥青混合料。填充物应填满、振捣、振动整平、拉毛。在三角形沟槽外边两侧垂直纵缝方向展填56 CM，填缝高度允许高于成型基层35 MM。施工缝若采用填充细石水泥混凝土应覆盖土工布养生。纵向施工缝如下图： 横向接缝 摊铺结束或摊铺中因故中断，且中断时间超过混合料初凝时间时，应设置横向施工缝。横向施工缝应与路中心线垂直，具体处理方法分为两种，一种是按纵向施工缝规定执行。 第二种方法如下： A 接缝处理前应将接缝处松散部位和松散石料清除干净，并用吹风机将接缝处的尘土等杂物吹净。 B 在立面部位刷一层用水胶溶液和水泥按一定比例配置的浆体后，直接摊铺新作业面，摊铺后沿接缝部位再浇筑一次此浆体。 （2）养生 一般规定 基层摊铺施工中，应同步采用白色透明塑料薄膜覆盖养生，不宜采用直接覆盖砂、草袋、草帘、稻草等养生方法。 塑料薄膜养生 薄膜宽度应大于覆盖面60CM100CM，两幅塑料薄膜的搭接宽度应不小于10CM，薄膜与基层表面应紧贴在一起。 成型基层侧面应用薄膜覆盖严密，并用细砂等（不得用带有尖角的石块）将基层表面和侧面的薄膜压牢，防止被风吹开或风吹进薄膜内。 养生时间 养生时间应根据混凝土强度增长情况而定，当大于等于设计标准小梁断裂力的80%时，可停止养生，一般养生天数宜为7D。 养生期保护 养生期间应保持薄膜完整，薄膜破裂时应立即补水并进行修补。 基层初凝前不得扰动、挤压或踩踏。养生期间，严禁人、畜及洒水车在内的一切车辆通行，养生期结束后，先将薄膜上的细砂去除，再撤除塑料薄膜。 （3）特殊气候条件下施工 摊铺多孔改性水泥混凝土基层时，如遇有降雨、大风和降雪等不良天气条件不得施工，特殊气候条件的施工应符合下述规定： 雨季施工 摊铺过程中遭遇降雨，影响基层表面质量时应停止施工。雨季施工时应准备足够的防雨篷。防雨篷支架宜采用焊接钢结构，材料宜使用帆布或编织布，以便在突发阵雨时，遮盖摊铺机送料器至塑料薄膜卷之间的部位，防止雨水进入混合料以及成型的基层。应在卸料车翻斗与摊铺机料斗上方搭设雨蓬，防止雨水将水泥浆体冲掉。 高温天施工 当现场气温高于35时，宜避开中午施工，可选择在早晨、傍晚或夜间施工。若不能避开，应采取对水泥罐体、胶体储罐及石料堆搭设遮阳篷、抽用地下冷水冲洗石料及拌和、为自卸车加遮盖等技术措施降温施工。夏季高温季节施工时，应随时加测气温和水泥、拌和用水、拌合物温度。 低温天施工 当最低气温低于1时严禁施工，当气温低于5时不宜施工。搅拌站的出料温度不得低于10，摊铺混凝土温度不得低于5。在养生期间，应始终保持成型基层温度在5以上，低温施工时应覆盖保温，养生的天数不得少于14D。 6.3 施工质量检查与验收 6.3.1 质量管理 （1）质量管理内容 改性水泥混凝土基层施工应根据全面质量管理的要求，建立健全有效的质量保证体系，实行严格的质量、工期和投资控制、工序管理与岗位责任制度，对施工各阶段的质量应进行检查、控制、评定，达到所规定的质量标准，确保施工质量及其稳定性。 多孔改性水泥混凝土基层质量控制的关键点包括：原材料质量、配合比、拌合物初凝时间、拌和运输摊铺总时间、拌和设备、拌和质量和养生质量等。 （2） 原材料批量检验 原材料进场以及施工过程中发生材料来源或规格变化时，应将相同料源、规格、品种的原材料作为一批，分批量分别检验并储存。 大规模基层施工如需要2个以上的水泥厂供应水泥，不同厂家的水泥，即使品种标号等完全相同，也应分别存放，不得混装在1个水泥罐仓内，在水泥罐换装水泥时，必须清仓再灌。 6.3.2 铺筑试验路段 多孔改性水泥混凝土基层正式摊铺前，必须铺筑试验路段。通过合格的混合料组成设计，拟