CN101914885A - 水泥混凝土路面及其宏观细观纹理再造施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥混凝土路面宏观细观纹理再造施工方法，采用密间距的金刚石刀片磨削水泥混凝土路面，将水泥混凝土路面上4-6mm的薄层磨削掉；磨削后水泥混凝土路面表面具有纵向纹理的沟槽。所述沟槽成灯芯状结构排列。所述水泥混凝土路面宏观细观纹理再造施工方法制备的水泥混凝土路面，所述水泥混凝土路面表面具有纵向纹理的沟槽，所述沟槽成灯芯状结构排列。本发明施工后路面形成纵向“灯芯状”纹理，在增加路面宏观构造同时，沟槽之间还形成锯齿状构造。通过形成的纵向纹理提高其抗滑性能、降低轮胎与路面接触噪声。

Description

水泥混凝土路面及其宏观细观纹理再造施工方法

技术领域：

本发明涉及一种水泥混凝土路面及其宏观细观纹理再造施工方法，尤其是涉及一种水泥混凝土路面抗滑降噪磨削施工方法。

背景技术：

水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、使用寿命长、养护费用少等特点，广泛用于我国的公路建设中，但其表面抗滑性能差、平整度差、行车噪声大等表面功能缺陷，限制了其在高速公路中的应用。

由于我国资源和能源的限制和制约，加快水泥混凝土路面的发展和方法进步是我国高速公路建设的客观需求，也是促进我国能源大发展的重要战略措施。且水泥混凝土路面具有其独特的优点：即耐水性、耐腐蚀、耐高温性能强；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污染，是环保型路面类型；刚度大，使用寿命长。

在隧道内车道、爬坡车道、出口匝道下坡路段及收费站重型车停车区等特殊路段，我们都可以看见水泥混凝土路面的使用。所以我们有必要研究改善水泥混凝土表面功能的施工工艺。金刚石磨削方法最早于1965年应用于美国加利福尼亚州南部的一条高速公路上，主要是用来消除和减轻错台。自此以后，该方法逐渐成为水泥混凝土路面主要的修复方法。近年来，金刚石磨削方法逐渐应用于新建水泥混凝土路面的表面功能改善，在抗滑、降噪以及平整度等方面，取得了良好的效果。

发明内容：

经过本施工方法施工后路面形成纵向“灯芯状”纹理，在增加路面宏观构造同时，沟槽之间还形成锯齿状构造。通过形成的纵向纹理提高其抗滑性能、降低轮胎与路面接触噪声。此外，在按本施工方法施工过程中，要将路表面4-6mm薄层磨削掉，从而消除了施工养护过程中，以及旧路面中错台等引起路面平整度差的诸多因素，将路面平整度大大提高，使得车辆在路面上行驶时，行车振动减小，增加了行车舒适性。

本发明的目的在于克服现有方法的缺点，提供水泥混凝土路面宏观细观纹理再造施工方法，采用密间距的金刚石刀片磨削水泥混凝土路面，将水泥混凝土路面上4-6mm的薄层磨削掉；磨削后水泥混凝土路面表面具有纵向纹理的沟槽。

所述沟槽成灯芯状结构排列。所述水泥混凝土路面宏观细观纹理再造施工方法制备的水泥混凝土路面，所述水泥混凝土路面表面具有纵向纹理的沟槽，所述沟槽成灯芯状结构排列。

本施工方法采用密间距的金刚石刀片切割磨削水泥混凝土路面，将4-6mm的薄层磨削掉。磨削后路面形成纵向“灯芯状”纹理，在增加路面宏观构造同时，沟槽之间还形成锯齿状构造，从而在降噪、抗滑以及平整度等方面，取得了良好的效果。虽然在混凝土强度保持不变的情况下，减少5mm板厚，水泥混凝土路面的疲劳寿命将减少30％。但是，水泥混凝土的长期强度(28天强度)要比设计强度大，同时，使用一年后的强度要比28天强度大约20％。如果考虑到水泥混凝土强度随龄期而不断增长，那么减少4-6mm板厚，对于水泥混凝土路面的疲劳寿命影响甚微，可以认为减少4-6mm板厚对路面寿命是没有影响的。

本发明适用于以下范围：新建水泥混凝土路面表面功能改善；旧水泥混凝土路面表面纹理改造；沥青混凝土路面表面功能改善；隧道水泥混凝土路面表面功能改善；

新建水泥混凝土路面要等到路面具有一定强度时，路面养生期最短7天，才可进行磨削。对于旧水泥混凝土路面表面功能修复改善来讲，还要考虑到交通管制问题。一股情况下，金刚石磨削施工时不需进行交通管制，与施工车道邻近的车道可正常通车。

经过本施工方法施工后路面形成纵向“灯芯状”纹理，在增加路面宏观构造同时，沟槽之间还形成锯齿状构造。通过形成的纵向纹理提高其抗滑性能、降低轮胎与路面接触噪声。此外，在按本施工方法施工过程中，要将路表面4-6mm薄层磨削掉，从而消除了施工养护过程中，以及旧路面中错台等引起路面平整度差的诸多因素，将路面平整度大大提高，使得车辆在路面上行驶时，行车振动减小，增加了行车舒适性。

本施工方法通过修复路面板施工、养护过程中造成的表面功能不足，达到以下目的：消除接缝或裂缝处的错台；改善施工中的平整度差；增加路面的宏观细观构造，从而改善抗滑性；降低行车噪音；

本施工方法成本低，能够节省大量的费用，能够提供粗糙平整的表面以延长混凝土路面的寿命。它消除了因交通和天气长期作用而引起的路面缺陷。在交通荷载冲击下平整的路面寿命可持续得更长，原因之一是动态或冲击荷载减少。研究还表明用本施工方法得到的路面表面纹理可以增加安全性，减少事故的发生。

如何根据金刚石磨削施工的特点调整现场施工的各项方法要点，既提高生产效率，又保证施工质量，是推广抗滑降噪水泥混凝土路面的关键环节。针对我国目前的国情，研究水泥混凝土路面抗滑降噪磨削施工方法具有十分重要的意义。

附图说明：

图1为本发明的金刚石磨削纹理构造图；

图2为现有的金刚石刻槽纹理构造图；

图3为本发明的水泥混凝土路面宏观细观纹理再造施工方法图；

图4为本发明的磨削机的结构简图。

其中：1为横向悬挂梁；2为机械框架；3为后轮；4为深度控制轮；5为磨削刀头；6-前轮。

具体实施方式：

由图1、图2比较可以看出金刚石磨削后得到的路面纹理结构不但有宏观纹理，而且沟槽之间还形成锯齿状细观纹理构造，从而在降噪、抗滑以及平整度等方面，取得了良好的效果。

包括以下步骤：

1.承包商提出完整施工计划书，内容包括：磨削机具种类，水平控制仪器种类，平整度及抗滑性测试仪器及检测方式，污泥及废水收集设备，磨削方式及施工预定进度，接缝修补及填缝材料种类规格。

2.对于新建公路，面层接缝施工完成、养生七天且质量检验合格后，即可组织磨削施工。同时，磨削时机不宜过晚，否则，混凝土强度较高，磨削时深度不易满足，同时还会加剧锯片损耗。用来修复旧水泥路面时，则需考虑方法要点里的几个要求。

3.作业前要测量欲磨削路面并放样，给出待磨削路段的磨削深度。

4.根据工程量多少合理确定清扫人员，以磨削至路段终点调头时能基本清扫完已磨削段为宜。一股根据磨削速度、磨削深度、待磨削面积、接料车的装载量和距卸料地点的距离等因素确定接料车数量，保证磨削机能连续作业。

5.根据石料类型布置刀头锯片的间距。不同类型的石料对磨削纹理尺寸的要求不同，从而需要针对不同的石料类型来布置刀头锯片的间距。

6.对磨削机进行检查，对传感器、深度控制器和调平系统进行调试、校核。并配备足够的用来冷却刀头的水。

7.用磨削机具按照施工计划进行磨削作业。施工时可以多台机械设备平行施工，一次性完成一整条车道的磨削。通常大型工程使用多台设备一次性施工，提高工作效率；对于小型工程来讲，可采用一台设备多次进行磨削，两次磨削之间的重叠宽度不大于50mm。为提升整体路段的平整度要求，在单一车道(约3.5m～3.75m)上磨削机具分次磨削原则上不得超过三刀次。承包商若因磨削施工不当，致使磨削过深或混凝土板块遭到破坏，应立即停止磨削作业，并以经过核准的计划书书内建议之材料修补完善后，始可继续施工。

8.磨削后对泥屑进行清扫。施工中的泥浆残渣使用真空装置及时清理干净，注意保持邻近车道的清洁；野外施工时可直接将磨削中产生的泥浆残渣等排至路边。

9.测量平整度。在测量平整度上，尽量使用自动化仪器来代替三米直尺法，减少人为误差。为所有的平整度单位要一致化，建议最好用国际平整度指数IRI来代表。水泥混凝土路面的IRI值为IRI≤2.5。以100米为单元记录其平整度，测量位置又分为左、右轮迹线，分别记录后以统计学方式分析其平整度值。完工后平整度检验之每单元IRI值不得大于2.5m/km，全段整数值平均后之平整度IRI值不得大于3.0m/km。超过以上规定值，承包商应再磨削修正至符合规定。

10.灌缝。

11.完工验收。

方法要点：

1.施工时应按一条车道连续进行磨削施工，尽量延长施工长度，接头时要对齐。

2.施工时磨削方向要与正常的车辆行驶方向相反，前轮先驶过错台等引起的不平处，磨削刀头将其磨削平整，后轮再驶过磨削后的路面。

3.施工过程中要不断用水来冷却磨削刀头。

4.施工中的泥浆残渣使用真空装置及时清理干净，注意保持邻近车道的清洁。

5.在农村地区，被环境保护机构界定为非危害型材料的泥浆可以直接放入邻近的斜坡。

6.桥面原则上不实施磨削，若铺面表面有光滑现象，其磨削深度应先征得工程师同意后方可施工。

7.任何一种磨削机具都是以锯片来达到磨削效果，所以其也有寿命长短，故锯片必须随时检查更换。

8.当金刚石磨削用来修复旧水泥路面时，需要考虑以下问题。

(1)如果有迹象表明路面存在严重的排水或侵蚀问题，通常指的是严重的错台(＞6mm)或排水问题，应该在磨削之前采取措施减轻这些问题。

(2)路面联接处横向裂缝的不断扩张和角偶处的断裂说明路面存在严重的结构缺陷。磨削后板面的断裂和错台会继续发展，而且还降低工程修复的寿命。

(3)当接缝传荷能力达不到原有设计传荷能力的60％时，应先进行传力杆加固，然后再进行磨削。

磨削机具介绍：金刚石磨削使用固定于磨削刀头上的金刚石锯片来磨削水泥混凝土路面，主要施工机械设备为金刚石磨削机，该设备主要由磨削刀头、磨削深度控制装置、冷却系统、泥浆残渣收集清理装置、动力系统等构成。磨削机的结构简图见下图4。磨削机器最主要的三部分是：机器的重量、提供给磨削刀头的动力、磨削刀头。现有的磨削机具有：美国Cushion Cut公司的自走式刨平机和德国Writgen公司的冷刨除机。

在选择锯片时应考虑三个因素：

1)金刚石粒度。金刚石粒度可以遮盖或掩饰其硬度或金刚石尺寸。金刚石含量较高会使磨削刀头更坚硬，使磨削效果更好。

2)金刚石的尺寸。金刚石的尺寸会影响磨削刀头的寿命、磨削速度以及磨削刀头的成本。较大的金刚石颗粒更适用于较软的集料，而较小的金刚石颗粒更适用于较硬的集料。

3)连接强度。连接强度指的是镶嵌有金刚石的金属板体的坚固性。

金刚石磨削表面纹理构造和摩擦性能好坏与磨削刀头上锯片间距有关。适当的间距能够改善摩擦性能，延长路面的使用寿命。一股软质石料路面间距要大些，硬质石料路面间距小些。具体要求见下表1。金刚石磨削纹理尺寸要求：

	要求范围	硬质石料	软质石料
				宽度(mm)	2.0-4.0	2.0-3.5	2.5-4.0
净间距(mm)	1.5-3.5	2	2.5
				深度(mm)	1.5	1.5	1.5
每米范围内槽数	164-194	174-194	164-177

附注：软质石料：石灰石、白云石、珊瑚石、砂砾；

中等：砂砾、礁石、花岗岩；

硬质石料：花岗岩、燧石、黑硅石、石英、砂砾。

使用效果：降低轮胎路面噪声。金刚石磨削后路面形成的纵向“灯芯状”纹理，能增加轮胎与路面之间的空隙，利于轮胎花纹中受压气体排出，减弱轮胎与路面之间的泵吸作用，从而降低轮胎与路面接触噪声。不同纹理构造形式的噪声水平比较见下表2。

表2不同纹理构造形式的噪声水平比较

纹理类型	噪声水平(CPX测试结果dBA)
		金刚石磨削路面	95.5
等间距纵向拉槽	99.1
		等间距横向拉槽	102.5

有效改善路面平整度。金刚石磨削过程中，要将路表面4-6mm薄层磨削掉，从而消除了施工养护过程中，以及旧路面中错台等引起路面平整度差的诸多因素，将路面平整度大大提高，使得车辆在路面上行驶时，行车振动减小，增加了行车舒适性。

改善路面抗滑能力。金刚石磨削通过形成的纵向纹理，增加了路表宏观构造，改善了路面摩擦性能，减少了雨天行车发生侧滑的可能性。除此之外，金刚石磨削纹理表面还形成一定的小锯齿状构造，起到了微观构造的作用，对增加路面的摩擦性能是极为有利的。

以上内容是结合具体的优选实施方法对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方法仅限于此，对于本发明所属方法领域的普通方法人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (3)

1.一种水泥混凝土路面宏观细观纹理再造施工方法，其特征在于：采用密间距的金刚石刀片切割磨削水泥混凝土路面，将水泥混凝土路面上4-6mm的薄层磨削掉；磨削后水泥混凝土路面表面具有纵向纹理的沟槽。

2.如权利要求1所述水泥混凝土路面宏观细观纹理再造施工方法，其特征在于：所述沟槽成灯芯状结构排列。

3.如权利要求1或2所述水泥混凝土路面宏观细观纹理再造施工方法制备的水泥混凝土路面，其特征在于：所述水泥混凝土路面表面具有纵向纹理的沟槽，所述沟槽成灯芯状结构排列。

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