（道路与铁道工程专业论文）重庆高抗滑露石水泥混凝土路面技术研究.pdf

重庆交通大学学位论文原创性声明 i i i if lli iif ill ii lli ii ii y 19 0 2 2 5 0 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。 学位论文作者签名2 乏佐力 日期：加年年月加日 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。 指导教师签名： 日期：加年勿月凇日 - 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社渊系列数据 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。 学位论文作者签名：享乒二力 日期：洲f 年勿月加e l 指导教师签名： 日期：珈f 年 力b 龙协 名，矿 戳矽 者年 怍 文 沙敝参 位期 学 日 摘要 随着我国公路建设事业的飞速发展，水泥混凝土路面被广泛应用于公路以及 城市道路。然而水泥混凝土路面抗滑性能差、噪声大的缺陷一直困扰着各国道路 工作者。露石水泥混凝土路面具有抗滑性能高、降噪效果明显等显著特点，其应 用前景非常乐观。 本文针对重庆地区水泥混凝土原材料状况及施工技术，通过室内试验、理论 分析、试验路研究，对露石水泥混凝土路面的材料组成、施工技术、抗滑性能进 行了深入的分析研究。提出了露石水泥混凝土在配合比设计、材料选择等方面的 具体要求；给出了露石剂的合适用量，合理的喷洒时间，不同温度下适当的露石 处理时间及施工工艺；分析了露石水泥混凝土路面的抗滑性能，揭示露石水泥混 凝土路面高抗滑的作用机理，得出露石混水泥凝土路面的抗滑性能与表面的构造 深度、单位面积内的粗集料露石点数有抛物线( 开口向下) 的相关关系，对于路 面抗滑性能而言，存在最佳的表面构造深度范围和最佳的露石点数范围，确定了 露石水泥混凝土路面的表面构造深度宜在0 8 m m 1 o m m 范围内：采用数字图像技 术分析计算露石水泥混凝土路面表面构造，并编写了一套程序计算露石水泥混凝 土路面构造深度，并通过实测结果进行验证。通过实体工程试验路的试铺，完善 了露石水泥混凝土路面施工技术。 本文研究成果有重要的理论及实用价值，对露石水泥混凝土的应用和技术发 展有重要的促进作用。 关键词：露石水泥混凝土路面；露石技术及工艺；抗滑性能；构造深度；数字图 像技术 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fh i g h w a yc o n s t r u c t i o n ，c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n ti s w i d e l yu s e di nh i g h w a ya n d u r b a n r o a d s b u tt h e d i s a d v a n t a g e s o fi t s p o o r s k i d - r e s i s t a n c ed u r a b i l i t ya n dh i g h e rn o i s ea l w a y sp u z z l er o a de n g i n e e r sa n dr e s e a r c h e r s i nm a n yc o u n t r i e s t h ee x p o s e 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 th a sv e r yo p t i m i s t i c a p p l i c a t i o na si th a st h ea d v a n t a g e so fh i g hs k i d r e s i s t a n c ed u r a b i l i t ya n dr e d u c i n gt h e n o i s es i g n a l l ya n ds oo n i nv i e wo fr a wm a t e r i a l ss i t u a t i o no fc e m e n tc o n c r e t ea n dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y i nc h o n g q i n g ，t h r o u g hl a b o r a t o r yt e s t s ，t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dr o a dt e s t s ，t h ep r o j e c t c o m p r e h e n s i v e l ys t u d i e dt h em a t e r i a l sc o m p o s i t i o n , c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n dr o a d p e r f o r m a n c eo 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 m e n t p r o p o s e dt h es p e c i f i c r e q u i r e m e n t so ft h er e a s o n a b l em i x t u r er a t i oo 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 ea n d t h em a t e r i a ls e l e c t i o n p r o v i d e dt h ea d d i t i v e s a p p r o p r i a t ea m o u n t ，r e a s o n a b l es p r a y i n g t i m ea n da p p r o p r i a t et i m eo fe x p o s e da g g r e g a t ed i s p o s a la td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e a n a l y z e dt h ea n t i - s l i d ep e r f o r m a n c ea n dr e v e a l e dt h eh i g l la n t i s l i d em e c h a n i s mo f e x p o s e d a g g r e g a t e c e m e n tc o n c r e t e o b t a i n e dt h ea n t i - s l i d e p e r f o r m a n c e o f e x p o s e d a g g r e g a t e c e m e n tc o n c r e t e p a v e m e n th a v ep a r a b o l a ( o p e nd o w n ) t h e r e l a t i o n s h i pw i t l lr o a ds u r f a c ec o n s t r u c t i o nd e p t ha n dc o a r s ea g g r e g a t ee x p o s e d p o i n t s o fu n i ta r e a f o rt h er o a da g a i n s ts l i d i n gp e r f o r m a n c e ，i te x i s t e n c eat h eb e s td e p t hs c o p e o fs u r f a c es t r u c t u r ea n do ft h eb e s to p e n - r a n g e ，a n di d e n t i f i e dt h er e a s o n a b l es u r f a c e s t r u c t u r a ld e p t hs h o u l db ei nt h er a n g eo f0 8 m m 1 0 m m t l i sp r o j e c ta n a l y z e dt h e s u r f a c es t r u c l u r a ld e p t ho 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 ew i t hd i g i t a li m a g e t e c h n o l o g ya n dc o m p i l e dap r o g r a mt oc a l c u l a t ee x p o s e da g g r e g a t ec e m e n tc o n c r e t e p a v e m e n t t e x t u r ed e p t h , a n dv e r i f i e db ye x p e r i m e n t a lr e s u l t s i ti m p r o v e dt h ee 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 o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yb yp a v i n gt h ee n t i t yt e s t r o a dp r o j e c t t h er e s e a r c hr e s u l t sh a v ei m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u ea n dc a n p r o m o t et h ea p p l i c a t i o na n dt e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n to fe x p o s e d - a g g r e g a t ec e m e n t c o n c r e t e k e y w o r d s ：e x p o s e 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 et e c h n o l o g ya n d p r o c e s so fe x p o s e d - a g g r e g a t e ；a n t i s l i d i n gp e r f o r m a n c e ；s t r u c t u r ed e p t h ； d i g i t a li m a g et e c h n i q u e 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 1 1 水泥混凝土路面发展概况一1 1 1 2 水泥混凝土路面的优缺点2 1 2 课题研究的目的和意义j 5 1 3 露石水泥混凝土路面的国内外研究情况6 1 3 1 露石水泥混凝土路面的基本概况6 1 3 2 露石水泥混凝土路面的国内外发展史6 1 4 主要研究内容8 1 4 1 研究目标8 1 4 2 主要研究内容8 1 5 研究方法和技术路线9 第二章原材料试验和配合比设计1 0 2 1 原材料试验1 0 2 1 1 水泥1 0 2 1 2 细集料1 0 2 1 3 粗集料1 1 2 2 配合比设计1 3 第三章露石水泥混凝土露石工艺研究2 0 3 1 露石剂喷洒时间的确定2 0 3 2 露石剂用量的确定2 2 3 3 露石混凝土刷浆处理时间的确定2 4 3 4 露石处理方法2 8 3 5 露石水泥混凝土的养生2 8 3 6 喷洒露石剂对强度的影响2 9 第四章数字图像方法分析露石混凝土表面构造技术研究3 1 4 1 数字图像技术概述3 1 4 2m a t l a b 软件简介3 2 4 3 用数字图像技术计算露石混凝土路面构造深度3 3 4 3 1 研究现状3 3 4 3 2 光学原理3 4 4 3 3 路面构造深度计算3 5 4 4 程序界面介绍3 9 4 5 程序计算结果分析4 2 第五章露石水泥混凝土路面抗滑性能分析研究4 5 5 1 露石混凝土路面与普通混凝土路面抗滑性能对比4 5 5 2 粗集料种类对露石水泥混凝土路面抗滑性能的影响4 6 5 3 粗集料级配对露石水泥混凝土路面抗滑性能的影响4 8 5 4 砂率对露石水泥混凝土路面抗滑性能的影响5 2 5 5 露石水泥混凝土表面特征、表层构造深度与抗滑性能的关系5 2 第六章露石水泥混凝土试验路研究5 6 6 1 露石水泥混凝土试验路概况5 6 6 2 露石水泥混凝土试验路施工准备工作5 8 6 3 露石水泥混凝土试验路路面施工5 9 6 3 1 试验路混凝土摊铺与成型5 9 6 3 2 露石剂喷洒与塑料薄膜养生。6 2 6 3 3 试验路混凝土表面露石处理6 4 6 3 4 试验路混凝土的切缝及养护6 6 6 4 露石水泥混凝土试验路面的检测6 6 第七章结论与展望7 2 7 1 主要结论7 2 7 2 展望及建议7 3 致谢7 4 参考文献7 5 在学期间发表的学术论文与研究成果7 8 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 水泥混凝土路面发展概况 我国水泥混凝土路面已有7 0 余年的发展历史，目前已经成为高等级路面的主 要结构形式之一。水泥混凝土路面凭借其具有强度高、稳定性好、耐久性优良、 日常养护工作量小、施工机械简单、抗水害能力强、材料来源广泛以及便于夜间 行车等优点，在全国各级公路中被广泛采用。在我国高速公路以及城市道路中， 水泥混凝土路面占有相当大的比重。 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【1 1 。 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 2 1 。 1 9 2 8 年，浙江奉化溪口镇铺筑了我国第一条波特兰水泥混凝土路面，当时的 路面材料采用了由日本进口的水泥。后来，天津、沈阳等地也修筑了一些水泥混 凝土路面，板厚大约2 0 c m 3 1 。新中国成立后，原交通部对水泥混凝土路面给予了 高度重视，水泥路面在城市道路中得到了大规模应用，但在公路上使用并不多。 到2 0 世纪9 0 年代，我国迎来了高速交通体系的大发展，开始在公路上大规模使 用水泥混凝土路面【4 】。 进入2 l 世纪，我国延续了加大基础设施投资的战略决策，国家对公路交通设 施的投资逐年递增，公路建设呈现出一片欣欣向荣的景象。事实证明，大力发展 交通基础设施的战略决策极大的拉动了内需，为我国经济的持续、健康、快速发 展做出了不可磨灭的贡献。经过“九五 、“十五”两个的时期的建设，全国公路 2 第一章绪论 总里程、全国高速公路总里程均实现了较大幅度的跨越。截止2 0 0 7 年年底，我国 公路总里程已达3 5 8 3 7 万公里，其中高速公路总里程达到5 3 9 万公里。在全国有 铺装路面中，水泥混凝土路面总里程达到8 4 8 8 万公里，在我国现有路面结构中 继续占据主导地位。从1 9 9 0 年到2 0 0 7 年的1 7 年间，我国水泥混凝土路面共增长 8 3 74 2 7 k m ，年平均增长率达3 0 4 8 ，实现了建国以来最辉煌的飞跃1 5 j 。 1 1 2 水泥混凝土路面的优缺点 沥青路面相比水泥混凝土路面具有一些比较优良的性能。沥青路面具有一定 的弹性和塑性、与轮胎的附着力好、有利于行车安全、有良好的减震性和较低的 噪声、可再生利用等，然而水泥混凝土路面也有其不可忽略的发展优势，具体如 下： 水泥混凝土路面的发展优势 1 ) 从修筑成本来说，随着国际油价的持续攀高，原油价格一直在高位振荡， 现在已突破1 0 0 美元桶，2 0 0 8 年曾一度飙升到1 4 0 美元桶。沥青作为原油的直 接产品，上涨的幅度也与原油同步。普通重交通沥青由2 0 0 5 年初的30 0 0 元t 上 涨至2 0 1 0 年46 0 0 多元t ，改性沥青价格现已接近60 0 0 多元t 。国内水泥价格一 直持续稳定在3 5 0 元t 左右。普通沥青与改性沥青的平均价格为53 0 0 元t ， 是水泥单价的1 5 倍。根据有关学者的测算，沥青与水泥单价比为6 时，沥青路面 投资等于水泥路面投资，由此可以知道，2 0 1 0 年我国建造的高速公路沥青路面， 每平方米面层造价在2 3 0 元左右，比水泥混凝土路面价格高出约5 0 。沥青价格 的不断攀升对我国主要依托进口沥青进行高速公路路面建设带来了极为不利的影 响，一是工程造价大幅上涨，二是供应紧张，影响工期。 2 ) 从沥青路面自身发展的制约来说，沥青混凝土路面也有其无法克服的缺陷， 比如受温度影响较大，在气温较高的夏季，容易出现车辙、推拥等永久变形，影 响行车安全和舒适度；而在气温低的时候容易出现开裂及由半刚性基层开裂造成 的反射性裂缝；另外沥青混凝土路面在重载交通的情况下很容易由于自身力学强 度不够产生破坏。 3 ) 就水泥混凝土路面自身的特点来说，水泥混凝土路面强度高，受温度和水 的影响小，可以完全克服沥青混凝土路面的缺陷。 水泥混凝土路面具有以下特点：一、强度高，具有很高的抗压强度和较高的 抗弯拉强度以及抗磨耗能力；二、稳定性好，其路面的水稳性、热稳性均较好， 特别是它的强度能随着时间的延长而逐渐提高，不存在沥青路面的那种“老化 现象，并且对油类、酸碱等化学物质的耐腐蚀性要优于沥青路面；三、耐久性好， 在保证建设质量的情况下，由于路面的强度和稳定性好，所以它经久耐用，一般 第一章绪论 3 能使用2 0 , - 4 0 年，而且它能通行包括履带式车辆在内的各种运输工具。 4 ) 从公路运输经济学角度来看，在相同的平整度水平下，沥青路面比水泥混 凝土路面要舒适，但舒适是以高油价位代价的。国外研究检测表明，水泥混凝土 路面运营的经济性要优于沥青路面，这种经济性与车速有关，当车速为4 0 k m h 时，水泥路面的油耗比沥青路面节省8 ；当车速为6 0 k m h 时，水泥路面的油耗 比沥青路面节省约1 5 【6 】。 5 ) 就我国资源形势而论，水泥混凝土路面在我国具有得天独厚的发展潜力， 我国的水泥产量一直居世界第一位，水泥生产供大于求，发展水泥混凝土路面不 仅有助于促进地方经济的发展，而且可以从宏观上拉动国民经济的发展。此外， 水泥混凝土是无机硅酸盐材料，与沥青混合料相比更加环保，沥青路面会对公路 周围的土地、地下水等造成一定污染，沥青材料的自然分解与降解需要几十年， 因此国际上的绿色环保组织反对大量建造沥青路面。 纵观世界各国的高速公路发展历史中黑白路面的比例，无一例外都是由本国 资源条件所决定，由于世界性的石油能源危机，使很多以前主要使用沥青建造高 速公路的国家，如美国、法国、原联邦德国等都意识必须尽量减少高速公路建设 对石油沥青的依赖性，节约沥青资源和能源，他们从国家战略利益考虑，增加了 对水泥混凝土路面的科技投入和建设规模。各国都充分认识到，基础建设的大宗 原材料应该更多地依靠国内资源，我国的客观资源状况，决定了在公路建设上不 允许也不可能忽视水泥混凝土路面而只注重沥青路面。 水泥混凝土路面发展的劣势 水泥混凝土路面由于其自身一些无法避免的缺陷与不足，发展一直受到影响， 主要有以下几方面的原因： 1 ) 有接缝，接缝不但会增加施工和养护复杂性，而且很容易在行车时造成跳 动，影响行车的舒适性，同时接缝处是水泥路面的薄弱点，极易破坏造成病害； 2 ) 刚度大，水泥路面是一种刚性路面，缺乏柔性路面像沥青路面这种减振缓 冲效果。因为在相同平整度情况下，刚性路面几乎是完全弹性体，它引起的车辆 颠簸和振动会有所放大； 3 ) 抗滑能力低，水泥混凝土路面不易实现平整、粗糙的理想状态； 4 ) 眩目，水泥混凝土路面比沥青路面更加容易产生镜面反射，容易产生眩光 而影响行车安全； 5 ) 修复困难，水泥混凝土路面损毁后，开挖很困难，修补工作量也大，且影 响交通； 6 ) 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，才可以开放交通，如需提早开放交通，则要采用特殊措施。 4 第一章绪论 因此，研究高性能的水泥混凝土路面结构形式，以期如何改善水泥混凝土路 面的性能，克服其缺陷与不足，是公路事业发展要求的必然趋势。针对水泥混凝 土路面的新技术发展主要有以下几种： 滑模摊铺水泥混凝土路面，欧美很多国家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； 连续配筋水泥混凝土路面，不设或少设缩缝，大大地解决了由于接缝而产 生的病害，而且增强了公路混凝土路面的承载能力，同时也使行车的舒适性和安 全性得到提高； 水泥混凝土路面快速养护，在欧美发达国家，路网基本建成，目前最大的 工作是道路养护工作，美国甚至建立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与养护技术，我国也引进了不少这样的技术； 水泥混凝土路面抗滑技术也一直是人们关心与研究较多的问题，随着经济 建设的发展，公路等级的不断提高，交通量增大，车速加快，水泥混凝土路面的 抗滑问题日益突出，尤其在雨季，路面比较潮湿，抗滑性能大大降低，车辆因此 产生打滑失控，造成人员伤亡、财产损失等重大事故，对此国内外的很多道路工 作者研究出很多抗滑技术，目前常用的主要有：制毛、压纹、刻槽等，但经过长 期使用表明，路面拉毛的使用寿命很短，而且制毛时容易疏松和破坏表层，使表 层i 2 m m 范围内密实度受到影响，不利于耐磨性，路面压纹、刻槽对抗滑性的 提高并不明显，且嵌入槽内的小石子易使路表面产生破损。所以以上这些技术并 不能从根本上解决水泥路面的抗滑问题，因此如何提高水泥混凝土路面的抗滑性 仍然具有非常重要的理论与现实意义。本文中的露石水泥混凝土路面正是弥补了 水泥混凝土路面大部分缺点的一种新型的优质路面； 高等级公路的快速发展、车速提高和流量增加，使得交通噪声的影响日趋 突出，在环境影响评价中，交通噪声已成为噪声危害的四大源头之一。据国外资 料统计，城市环境噪声的7 0 来自交通噪声，为保护环 的生活空间，世界上许多国家都在努力控制噪声。随着 断提高，降低公路噪声的要求也随之提高，特别是降低 求将水泥混凝土路面的噪音水平降低2 3 分贝，达到与 是降低人口密集区、临近城市的快速干线的公路噪声。 因此，结合我国公路发展的需求，国内资源的情况， 我们应该大力发展水泥混凝土路面，推广新型技术，克 在的抗滑性能不佳、噪声大、眩目等缺点，使其能适应 第一章绪论 5 1 2 课题研究的目的和意义 随着公路建设事业的发展，水泥混凝土路面受到普遍的重视，被广泛的应用 于公路和城市道路上。但在使用过程中，水泥混凝土路面抗滑性较差，特别是普 通水泥混凝土路面抗滑耐久性差，导致交通事故率较高；与此同时，人们对环保 意识的不断增强，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；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，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，以及保证施工质量，将会使路面噪声降低，从而提高车辆行驶的舒 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。 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。目前我国对水泥混凝土路面的抗滑措施主要 是拉毛和刻槽，这些措施在某种程度上对路面抗滑性能有所改善，在路面使用初 期能满足抗滑性能的要求，但相对于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，这对水 泥混凝土路面来说，显然更为不利。 随着我国水泥混凝土路面数量增加，对路面使用品质的要求也在不断提高， 研究高品质的低噪音高抗滑露石水泥混凝土路面结构形式，以适应公路交通事业 发展的要求是必然趋势。因此，对噪音低、抗滑性能好的露石水泥混凝土路面进 行研究具有重要的现实意义和深远的发展意义。 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 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。 6 第一章绪论 1 3 露石水泥混凝土路面的国内外研究情况 1 3 1 露石水泥混凝土路面的基本概况 露石水泥混凝土路面( e x p o s e d a g g r e g a t ec e m e mc o n c r e t ep a v e m e m ，简称 e a c c p ) ，是在面层水泥混凝土混合料铺筑完成后，喷洒露石剂并覆盖塑料膜养生， 期间通过露石剂作用对水泥混凝土表面层进行化学处理，延缓表面一定厚度水泥 砂浆的凝结，但不影响主体混凝土的正常凝结硬化，当主体混凝土达到一定强度 后，刷洗其表面进行表面除浆，露出均匀分布的粗集料，这样所形成的水泥路面 就是露石水泥混凝土路面( e a c c p ) 【1 7 1 。 1 3 2 露石水泥混凝土路面的国内外发展史 国外研究状况 在欧洲环保一直是一个重要议题。早在上世纪7 0 年代，许多欧洲国家就已经 开始研究减小道路噪音的方法。1 9 8 0 年比利时的道路承包商r o b u c o 申请了露 石混凝土路面处理技术的专利，并开始运用于道路的建设，取得明显的降噪、抗 滑效果。随后该项技术的研究应用在欧洲、美国、澳大利亚等国家展开，目前该 项技术已经在比利时、奥地利、德国、荷兰等欧洲国家得到广泛的应用。 比利时是最早开发和应用具有降噪性和抗滑性的露石混凝土路面的。早在上 世纪7 0 年代，比利时就开始了露石混凝土路面的研究和应用【8 】。1 9 8 0 年他们在 靠近b i e r b e e k 的e 4 0 高速公路项目中采用了露石混凝土技术，路面使用单层的高 质量硬质集料。经测试，这种路面产生的轮胎路面噪声比原来降低了4 d b ( a ) 。 1 9 9 6 年，比利时通过对低噪声路面配合比的实地研究促使该技术的研究取得重大 进展。他们在n 2 5 5e d i n g e n n i n o v e 高速公路上试铺了6 段不同表面的路面项 层分别是沥青、透水沥青、透水混凝土以及细露石混凝土，并在建成后分别进行 了噪音测试，通过与3 年后的测试结果比较，他们发现：最初透水路面噪音就较 小，3 年后，露石混凝土路面的噪音等级更低，充分显示了露石混凝土路面降噪、 抗滑性能的稳定性和持久性。2 0 0 3 年，比利时又在一项双层混凝土路面项目中建 造了4 个试验段，以便对不同底层厚度、顶层厚度以及顶层最大集料粒径情况下 的降噪性能进行比较。其结论显示，顶层最大集料粒径越小其噪声等级就越d x 9 。 通过大量的研究和改进露石混凝土路面在比利时得到广泛的应用，上世纪9 0 年代初期至今修建的水泥混凝土公路和高速公路中有9 5 的是露石混凝土路面。 1 9 8 9 年，奥地利引进比利时的专利技术在a 1 高速公路上建造了第一条露石 混凝土路面。1 9 9 1 年该国随即又在其他4 个地段修建了露石混凝土路面通过对修 第一章绪论 7 建路面的研究和测试发现，这种路面表现出极好的降噪性能。与原有传统混凝土 路面相比最大降噪达到7 d b ( a ) 。两年后，由美国联邦公路总署等部门组成的欧洲 调研团对其中部分道路进行了考察，仍完好如初【1 0 1 。 目前奥地利所有新建混凝土路面均采用双层结构的露石混凝土路面，同时每 年有5 00 0 0 , - - 7 00 0 0 m 2 的道路采用露石混凝土结构进行更新。其路面使用新料或 再生混凝土集料作底层最大集料粒径3 2 m m ，耐磨集料做上层最大集料粒径 8 1l m m ，路面养护方式采用喷洒缓凝剂后加盖塑料膜的方式。 1 9 9 3 年，德国利用r o b u c o 专利技术建造了第一条露石混凝土路面，并与 使用其他路面纹理处理方法的路面进行比较。从2 0 0 6 年5 月开始，双层结构的露 石混凝土技术成为德国高速公路标准的混凝土道路罩面方法，顶层4 c m 厚最大集 料直径8 m m 。混合物的水泥含量至少为4 2 0 k g m 3 ，水灰比约0 4 0 ，断级配集料混 合物中含3 0 沙和7 0 碎石。路面的保养有两种方式：一种是喷洒缓凝剂与液体 养护剂相结合；另一种是喷洒缓凝剂后加盖塑料膜。 1 9 7 6 年丹麦在m 2 0 高速公路上分别修筑各4 公里长的e a c c p 和刻槽p c c p 。， 经过5 年的系统测试，得出结论：e a c c p 比刻槽路面的抗滑性能好且维持时间长， e a c c p 比刻槽路面摩擦系数损失少，仅为刻槽路面的1 4 - - - 1 1 3 t l l 】。 9 0 年代中期荷兰在一些地区开始在混凝土道路上使用露石混凝土表面以代 替透水沥青表面。在这些道路中，露石混凝土路面显示出了其噪声等级完全可以 与透水沥青路面相匹敌的特性。目前露石混凝土路面在荷兰a 1 、a 7 3 高速公路的 一些路段上得到运用，同时城市公交专用道路也使用了露石混凝土路面。 t 、 1 9 9 1 年英国在a s 高速公路上进行了露石混凝土路面的实验以后市场对这种 在英国被称为“悄声混凝土路面“的技术非常看好。1 9 9 3 年1 2 月英国在m 1 8 公 路上的露石混凝土试验段开通，1 9 9 5 年位于d e r b y s h i r e a 5 0 的第二条露石混凝土 路面开通，英国交通研究实验室t r l 对上述两条道路的噪声和抗滑性实施了全面 的研究。其结果显示这种路面具有良好的防滑性在噪声方面该路面是所有混凝土 路面中最安静的甚至比常规热压沥青( h o tr o l l e da s p h a l t ) 的噪声等级还低约 2 2 d b ( a ) 。英国南威尔士a 4 4 9 c o d r a - u s k 道路大修项目是第三条露石混凝土路面 在对旧水泥路面实施连续配筋混凝土加铺层时采用了该项技术预期比传统的拉毛 混凝土路面降低噪声3 d b ( a ) 。英国计划在2 0 1 0 年前对6 0 的主干道实施“安静 表面 路面处理，对日交通量大于7 50 0 0 辆的道路只允许采用露石混凝土路面。 1 9 8 7 年日本在九州高速公路金刚山隧道，采用普通的刻槽法进行路面的抗滑 处理。而在与其相毗邻的福智山隧道应用了e a c c p 。经刻槽法与露石法对比，显 示出e a c c p 的明显优越性。e a c c p 的抗滑性和耐磨耗性均优于刻槽混凝土路面， 而且e a c c p 在隧道内产生的粉尘d , 、e g l 。 8 第一章绪论 国内研究状况 上世纪末，国内个别水泥路面施工中对e a c c p 作了尝试性试验，如在黑龙 江哈绥线尚志至亚布历段【1 2 1 。2 0 0 0 年开始，长安大学与铜川公路管理局合作进行 e a c c p 的研究，当年铺筑了一百多米试验路【1 3 1 ，2 0 0 1 年又实际应用铺筑了1 6 k m 长e a c c p ，2 0 0 4 年在我国铺筑了第一条抗滑低噪声水泥混凝土隧道路面，其降 噪幅度在车辆时速为8 0 k m h 时达4 d b ( a ) 0 4 】。2 0 0 4 年年底到2 0 0 5 年年初由长 安大学技术支持，分别在西藏铺筑了2 5 k m 长隧道e a c c p 1 5 】，在厦门大陡坡路 段( 局部路段纵坡大于1 0 ) 铺筑了3 k m 长抗滑e a g c p 。2 0 0 6 年重庆交通大学 与唐山市交通局合作，在河北省遵宝线铺筑1 4 0 米露石水泥混凝土路面【1 6 1 ，并提 出用数字图像技术分析计算露石水泥混凝土路面的表面构造深度【1 7 j 。这些试验路 或实际应用路段的使用均获得了满意效果。 1 4 主要研究内容 1 4 1 研究目标 针对重庆原材料情况，研究露石混凝土配合比、并通过室内试验、铺筑试验 路及理论分析等，确定适合于重庆地区自然环境、材料来源及道路交通运输条件 的高抗滑露石水泥混凝土路面结构、材料组成、施工工艺及施工控制技术。完善 施工工艺，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 安全性能。取得巨大的社会经济效益。 1 4 2 主要研究内容 重庆水泥混凝土路面材料料源调查及材料性能分析； 露石水泥混凝土路面材料配合比研究； 露石水泥混凝土露石工艺研究； 数字图像方法分析露石混凝土表面构造技术研究； 露石水泥混凝土路面抗滑性能分析研究； 露石水泥混凝土路面施工工艺研究； 重庆露石水泥混凝土路面试验路分析研究； 第一章绪论 9 1 5 研究方法和技术路线 采用室内试验、理论分析和试验路研究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高抗滑露石水泥混凝土路面设计、施工技术。技术路线流 程图见下图( 图1 1 ) 。 图1 1 技术路线流程图 f i g1 1t h ef l o wc h a r to f t e c h n i c a ll i n e 1 0 第二章原材料试验和配合比设计 第二章原材料试验和配合比设计 2 1 原材料试验 2 1 1 水泥 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 于普通水泥混凝土路面中的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥等都 适用于露石混凝土路面。 对于露石水泥混凝土路面来讲，由于集料要露出混凝土表面，且露出的集料 要受到交通荷载的强烈力学作用，因此，水泥强度等级成为决定水泥砂浆与集料 在有限接触面上的粘结力大小的重要条件，在经济条件允许的情况下应尽量选用 强度等级较高的水泥。 本课题在试验研究中采用重庆拉法基水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥 ( e 0 4 2 5 r ) ，按照公路工程水泥及水泥混凝土试验规程( j t ge 3 0 - - 2 0 0 5 ) 进 行相关技术参数的检测，结果如下： 表2 1 水泥的主要技术参数 t a b l e2 1m a i nt e c h n i c a lp r o p e r t i e so fc e m e n t 水泥细度表观标准稠度 凝结时间( r a i n ) 强度( m p a ) 筛余百分密度用水量 3 d2 8 d 率( ) g e r a 3 ) ( ) 初凝终凝抗压抗折抗压抗折 3 2 3 1 02 7 01 4 52 0 03 1 55 65 2 87 8 水泥的各项技术参数及强度符合规范中对水泥的要求。 2 1 2 细集料 重庆周边河流中河砂普遍较细( 细度模数0 7 左右，含泥量5 左右) ，而且 自三峡截流后，由于河水流速降低，采集的河砂细度模数已经降低到目前的0 3 o 6 ，且含泥量较高。重庆的天然中砂缺乏，机制砂的生产工艺日益成熟，生产成 本降低，机制砂与河砂形成的混合砂在重庆混凝土中的应用较多。 本课题考虑到经济性以及重庆当地天然河砂的特点，采用重庆天然河砂和机 制砂按一定比例混合而成的混合砂。按照公路工程集料试验规程( j t ge 4 2 2 0 0 5 ) 的要求对细集料进行相关技术指标的检测。细集料的技术指标测试结果见 表2 2 。 第二章原材料试验和配合比设计 表2 2 细集料的主要技术指标 t a b l e2 2m a i nt e c h n i c a lp r o p e r t i e so ff i n ea g g r e g a t e 砂种类 表观密度( g c m 3 ) 堆积密度( g c m 3 )空隙率( )含泥量( ) 细度模数 天然砂2 6 71 3 05 l 4 20 5 7 机制砂2 6 81 6 63 8o 1 3 4 混合砂为天然砂和机制砂按比例4 0 ：6 0 配制。配制后的技术指标见表2 3 。 表2 3 混合砂的主要技术指标 t a b l e2 3m a i nt e c h n i c a lp r o p e r t i e so fm i x e ds a n d 砂种类 表观密度( g c m 3 )堆积密度( g c m 3 )空隙率( )含泥量( ) 细度模数 混合砂2 6 71 7 33 l1 9 2 5 3 混合砂的各项技术参数符合规范中对细集料的要求。 2 1 3 粗集料 粗集料在露石水泥混凝土路面使用性能中发挥了重要的作用，因此粗集料的 选择是露石混凝土材料选择中至关重要的环节之一。我们要针对露石混凝土对粗 集料的某些力学性能、粒径大小与级配、颗粒表面特性、几何特性等多方面提出 的特殊要求，对粗集料进行选择。 所谓露石水泥混凝土路面，就是粗集料外露在大气当中，直接承受行车荷载 的冲击、剪切、磨耗、磨光等综合力学作用，直接承受各种环境条件的变化作用。 鉴于这种直接的影响作用，露石混凝土所用粗集料的综合力学性能应优于普通混 凝土所用的粗集料。 粗集料的粒径大小对露石水泥混凝土的路用性能有着很大的影响。粒径过大 的集料，露出要求的高度时与水泥石的粘结力强而不易剥落，但它会增加行车的 噪声，同时也会增加行车的不舒适性，并导致路面表层的匀质性下降，加速轮胎 的磨损；粒径过小的集料容易剥落会影响到混凝土路面的耐久性。 良好级配所配制的混凝土较为密实，具有优良的工作性，不易产生离析，而 且对混凝土的强度有利，但级配碎石颗粒的粒径大小不一，远不如单一粒径碎石 所铺筑的露石混凝土看起来整齐、规则和美观。 不同集料的粒径和不同集料的级配类型各有利弊。粒径大小的选择与很多因 素有关。例如对于城市道路和居民小区道路来说，出于环保和美观的考虑，单一 小粒径碎石是最佳