CN103276651A - 一种无切缝水泥混凝土路面结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于交通道路施工技术领域的一种无切缝水泥混凝土路面结构及其施工方法。该无切缝水泥混凝土路面结构为在传统混凝土路面的切缝处，预留诱导缝的铝板固定在地基上，在其上方浇以高延性纤维增强水泥基复合材料，从而在两块混凝土路面间形成诱导缝结构，其施工步骤是预留诱导缝的铝板固定在地基上，将锚固钢筋支架，沿接缝中线布设在铝板两边，并将预留槽口的模具固定在边模上；按照传统路面施工工艺先进行普通混凝土的浇筑、拆除模具后，在预留槽中进行高延性纤维增强水泥基复合材料的浇筑、抹面。无切缝路面结构保证了路面的整体性，改善了路面的行车舒适度；有效降低了工程成本，降低了养护维修费用，并减少维修带来的交通拥堵现象。

Description

一种无切缝水泥混凝土路面结构及其施工方法

技术领域

本发明属于交通道路施工技术领域，特别涉及一种无切缝水泥混凝土路面结构及其施工方法。

背景技术

水泥混凝土路面在国内外公路建设中被广泛使用，其具有强度高、刚度大、耐久性良好的特性。混凝土路面的服役寿命受多重因素影响，包括路面设计情况、施工质量、交通状况、环境条件等。这些因素均会影响混凝土路面板中裂缝的形成与发展，而混凝土的收缩和温度变形是导致裂缝形成的主要因素。这是因为与梁、柱等结构构件相比路面板具有更大的暴露面积，使收缩与温度变化引发的开裂更加明显。

工程中为了避免混凝土的开裂，往往将连续的路面板切成4-6m长的短板，以使收缩及温度变化引发的应力低于混凝土的开裂强度。但这些切缝恰恰会成为混凝土路面板的薄弱环节，随着昼夜、季节的变换切缝张口宽度可以达到毫米量级。在服役过程中切缝的张开将导致混凝土剥落，并使水分及有害化学物质渗入路面板。因此切缝是混凝土路面最易破坏的部分，其最终决定混凝土路面的使用寿命。此外，切缝的存在会使相邻的路面板发生错台、积泥等病害，极大地降低混凝土路面的行车舒适度。

为了改善混凝土的脆性开裂特性，目前常用的一种方法是在混凝土拌合过程中加入纤维，硬化混凝土开裂后裂纹间的纤维起到桥接作用，可有效抑制裂纹扩展。1993年第10卷第2期的Journal of JSCE中公开了一篇由Victor C.Li发表的名为“From micromechanics to structural engineering-the designof cementitious composites for civil engineering application”的学术论文，其阐释了一种经过细观力学设计的高延性纤维增强水泥基复合材料。该材料宏观极限抗拉应变可达3%-5%，其机理为在材料受拉过程中形成多条微裂纹（单个裂纹宽度为80μm左右，裂纹间距10mm左右）。宏观抗拉应力-应变关系的特点为随拉应变的增大抗拉应力不降低，即通常讲的应变硬化现象。拉伸过程中多条微细裂纹的形成使材料的宏观拉应变增大百余倍。由于裂纹间纤维的桥接作用，材料整体的传力性能并没有因细微裂纹的形成而被削弱。由于优良的应力-应变性能及裂缝宽度控制功能，该材料未来在土木工程中的应用已引起国内外学者的广泛关注。

发明内容

本发明的目的是提供一种无切缝水泥混凝土路面结构及其施工方法，其特征在于，所述无切缝水泥混凝土路面结构是在传统混凝土路面的接缝处，预留诱导缝的铝板固定在地基上，并沿接缝中线布置；铝板顶端高出地基平面40mm，在其上方浇以高延性纤维增强水泥基复合材料，从而在两块混凝土路面间的高延性纤维增强水泥基复合材料处形成诱导缝结构，以引导细微裂缝在高延性纤维增强水泥基复合材料中形成。

所述混凝土路面和诱导缝结构的高延性纤维增强水泥基复合材料中埋有水平锚固钢筋与竖直锚固钢筋，以增强两种材料间的界面粘结强度，其中水平锚固钢筋主要确保开裂不发生在界面，竖直锚固钢筋用于提高高延性纤维增强水泥基复合材料的抗拔能力，避免路面起皮。

所述高延性纤维增强水泥基复合材料的抗拉强度应低于两侧的混凝土抗拉强度，以保证开裂发生在高延性材料而不是混凝土中。

所述高延性纤维增强水泥基复合材料与混凝土两种材料的界面粘结应足够牢固，确保开裂不发生在界面；混凝土与高延性材料间的强度差异可通过调整材料配比或后浇高延性水泥基材料实现。

所述无切缝水泥混凝土路面的施工步骤如下：

1.预留诱导缝的铝板固定在地基上，并沿接缝中线布置，其上方采用支架布置传力杆；

2.将锚固钢筋焊接成一整体支架，沿接缝中线布设在铝板两边，并将预留槽口的模具固定在边模槽钢上；

3.按照传统路面施工工艺进行普通混凝土路面的浇筑，抹面操作，相邻两段混凝土路面之间形成预留槽；

4.拆除模具后，在预留槽中进行高延性纤维增强水泥基复合材料的浇筑、抹面。

本发明所述的无切缝水泥混凝土路面结构与现有技术相比具有以下优点：

1）高延性水泥基复合材料开裂以后仍具有一定的传力效果，可部分取代传力杆；

2）高延性材料开裂以后形成宽度小于80μm的细密裂纹，路面结构耐久性不降低，同时保护两侧普通混凝土不开裂；

3）无切缝路面结构保证了路面的整体性，改善了路面的行车舒适度；

4）无切缝混凝土路面降低了路面的养护维修费用，并直接减少现有技术下路面维修带来的交通拥堵现象，因此从全寿命周期的角度考虑，无切缝混凝土路面有效降低了工程、社会成本。

附图说明

图1是接缝处模具、钢筋装配示意图。

图2是图1所示钢模板侧面图。

图3是混凝土路面浇筑前模具、锚固钢筋装配平面图。

图4是无切缝水泥混凝土路面结构截面图。

具体实施方式

本发明提供一种无切缝水泥混凝土路面结构及其施工方法。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1为接缝处模具、钢筋装配示意图。图中所示无切缝水泥混凝土路面结构是在传统混凝土路面11的接缝处，预留诱导缝的铝板7固定在地基12上，并沿接缝中线布置；铝板7顶端高出地基平面40mm，在其上方浇以高延性纤维增强水泥基复合材料9，从而在两块混凝土路面间的高延性纤维增强水泥基复合材料处形成诱导缝8，以引导细微裂缝10在高延性纤维增强水泥基复合材料9中形成。在混凝土路面11和诱导缝结构的高延性纤维增强水泥基复合材料9中埋有水平锚固钢筋3与竖直锚固钢筋6，以增强两种材料间的界面粘结强度，其中水平锚固钢筋主要确保开裂不发生在界面，竖直锚固钢筋用于提高高延性纤维增强水泥基复合材料的抗拔能力，避免路面起皮。

实施例

本实施例中水泥混凝土路面11的板长4m，宽2.85m，厚0.28m；高延性纤维增强水泥基复合材料9长0.4m（一般取路面板长度的10%即可），厚0.1m，并沿路面宽度方向通长布置。普通混凝土的强度标号为C40，高延性纤维增强水泥基复合材料的强度标号为C30，形成强度差异。两种材料的界面采用水平锚固钢筋3与竖直锚固钢筋6锚固，水平锚固钢筋锚固钢筋公称直径20mm的带肋钢筋，每根长度为24cm，横向间距为15cm；用于预留诱导缝的铝板7固定在地基12上，并沿接缝中线布置。铝板顶端高出地基平面40mm，其上方按照传统设计采用支架布置传力杆（图中未示出）。水平锚固钢筋3与竖直锚固钢筋6焊接在一起，并将竖直锚固钢筋6底端焊接在底部的方形钢筋架上，使所有锚固筋形成一个独立的整体框架（如图4所示）。该钢筋架固定在接缝位置处。调整紧缩器的长度，使钢模板4宽度达到预设的尺寸0.4m，并使每根水平锚固钢筋3穿过钢模板4的锚固钢筋槽口2后的长度12cm（如图2、图3、图4所示），使用螺栓将钢模板4固定在两侧的槽钢边模1上，保证模具的整体刚度。安装完成后，应使钢模板顶面略低于两侧槽钢边模1的顶面，以方便两侧混凝土的压光。两个钢模板4之间通过紧缩器5连接，方便拆模。钢模板应无损伤，有足够的刚度、强度，内侧和顶面应光洁、平整、顺直。

混凝土浇筑按照传统施工方法进行，浇筑过程中应尽量避免浆体落入模具内部。及时检查模具下方混凝土的浇筑密实情况，如有必要应伸入振捣棒进行二次振捣，之后抹平。混凝土浇筑24h后可拆除模具。拆除步骤如下：1）解除钢模板4与槽钢边模1的螺栓连接；2）旋转紧缩器5使模板与混凝土脱离，即拆除模具。普通混凝土路面养护7d后可进行高延性纤维增强水泥基复合材料9的浇筑。浇筑之前须在高延性材料-普通混凝土的水平界面设置滑移带，以保证高延性材料工作时能够自由变形。滑移带应铺设在接缝截面中间5cm宽度范围内。滑移层之外的界面应进行泼水润湿，以增强高延性纤维增强水泥基复合材料与普通混凝土的界面粘结。

将高延性水泥基复合材料浇入预留槽，然后按照普通混凝土的抹面、养护工艺即可实现高延性纤维增强水泥基复合材料的成型。最终形成图4所示的无切缝水泥混凝土路面结构。

混凝土路面的收缩和温度变形可由高延性纤维增强水泥基复合材料9中形成的多条细微裂缝10补偿。单条裂纹宽度小于80μm，并不会对结构耐久性产生不利影响。同时，延性段的加入也提高了路面结构的整体性，从而保证路面的行车舒适度。

为实现本发明所述的无切缝水泥混凝土路面结构体系，混凝土材料和高延性水泥基复合材料的抗拉性能以及两种材料的界面特性必须经由合理的匹配设计。首先，高延性纤维增强水泥基复合材料的抗拉强度应低于两侧的混凝土抗拉强度，以保证开裂发生在高延性材料而不是混凝土中；其次，两种材料的界面粘结应足够牢固，确保开裂不发生在界面。混凝土与高延性材料间的强度差异可通过调整材料配比或后浇高延性水泥基材料实现，同时可在高延性材料截面处设置诱导缝，削弱截面以引导裂缝在高延性材料中形成。两种材料间的界面粘结可通过设置水平和竖直锚固钢筋来增强，其中水平锚固钢筋主要确保开裂不发生在界面，竖直锚固钢筋用于提高高延性材料的抗拔能力，避免路面起皮。

Claims (5)

1.一种无切缝水泥混凝土路面结构，其特征在于，所述无切缝水泥混凝土路面结构是在传统混凝土路面的接缝处，预留诱导缝的铝板固定在地基上，并沿接缝中线布置；铝板顶端高出地基平面40mm，在其上方浇以高延性纤维增强水泥基复合材料，从而在两块混凝土路面间的高延性纤维增强水泥基复合材料处形成诱导缝结构，以引导细微裂缝在高延性纤维增强水泥基复合材料中形成。

2.根据权利要求1所述一种无切缝水泥混凝土路面结构，其特征在于，所述混凝土路面和诱导缝结构的高延性纤维增强水泥基复合材料中埋有水平锚固钢筋与竖直锚固钢筋，以增强两种材料间的界面粘结强度，其中水平锚固钢筋主要确保开裂不发生在界面，竖直锚固钢筋用于提高高延性纤维增强水泥基复合材料的抗拔能力，避免路面起皮。

3.根据权利要求1所述一种无切缝水泥混凝土路面结构，其特征在于，所述高延性纤维增强水泥基复合材料的抗拉强度应低于两侧的混凝土抗拉强度，以保证开裂发生在高延性材料而不是混凝土中。

4.根据权利要求1所述一种无切缝水泥混凝土路面结构，其特征在于，所述高延性纤维增强水泥基复合材料与混凝土两种材料的界面粘结应足够牢固，确保开裂不发生在界面；混凝土与高延性材料间的强度差异可通过调整材料配比或后浇高延性水泥基材料实现。

5.一种无切缝水泥混凝土路面的施工方法，其特征在于，所述无切缝水泥混凝土路面的施工步骤如下：

1）预留诱导缝的铝板固定在地基上，并沿接缝中线布置，其上方采用支架布置传力杆；

2）将锚固钢筋焊接成一整体支架，沿接缝中线布设在铝板两边，并将预留槽口的模具固定在边模槽钢上；

3）按照传统路面施工工艺进行普通混凝土路面的浇筑，抹面操作，相邻两段混凝土路面之间形成预留槽；

4）拆除模具后在预留槽中进行高延性纤维增强水泥基复合材料的浇筑、抹面。

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