CN108677643B - 一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面，它由水泥、细集料、粗集料、缓凝减水剂和水搅拌制作而成，各成分的质量百分比为：水泥6％‑10％，细集料58％‑65％，粗集料22.2％‑29％，缓凝减水剂的量为水泥添加量的0.6％‑3％,水灰比为0.6‑0.65。制备方法它包括以下步骤：步骤一，混合料搅拌；步骤二，摊铺及补充洒水；步骤三，碾压；步骤四，养生，本发明的一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面及其制备方法。能够有效克服按照传统工艺施工的碾压混凝土路面普遍存在的干缩裂缝和温度裂缝缺陷，也不需要设置纵向和横向涨缩缝。为提高路面的使用安全性和舒适性，不开裂的碾压式混凝土路面之上还可以采用沥青微表处或薄层沥青混凝土罩面，构成复合式路面。

Description

一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面及 其制备方法

技术领域

本发明涉及公路领域，尤其涉及一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面及其制备方法。

背景技术

碾压混凝土是一种水灰比小，通过振动碾压工艺成型,达到高密度、高强度的零坍落度的水泥混凝土。碾压混凝土路面具有节约水泥，强度高，施工进度快，开放交通早，比普通混凝土路面投资少等技术经济上的优势，已广泛应用于农村乡镇公路，城镇居民小区内部道路及停车场等荷载等级较低道路。

但传统的碾压混凝土路面抗滑性能较差，由于混凝土具有热胀冷缩性质，在使用过程中普遍存在干缩开裂和温度裂缝等问题，为减少和避免路面开裂，延长路面使用寿命，故需在纵向和横向每隔一定距离设置横向和纵向胀缩缝，横向胀缝间距一般为20～40米，横向缩缝间距为5～7米，纵缝间距为3～4米。由于横向胀缝最易引起路面板的破坏和行车颠簸，并增加施工和养护的麻烦，近年来趋向于对较厚的混凝土板，在热天施工时，除在桥头、交叉口和急弯等处必须设置胀缝外，其他路段可少设或不设。纵、横缝在平面上的布置一般是相互垂直，近年来为减轻行车颠簸，也有把横缝做成与纵缝交成70°～80°的斜角，并按 4、4.5、5、5.5和6米的不等间距顺序布置。但是设置胀缩缝不仅造成工程造价增加，而且也降低了车辆行驶的舒适性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面及其制备方法。能够有效克服按照传统工艺施工的碾压混凝土路面普遍存在的干缩裂缝和温度裂缝缺陷，也不需要设置纵向和横向涨缩缝。为提高路面的使用安全性和舒适性，不开裂的碾压式混凝土路面之上还可以采用沥青微表处或薄层沥青混凝土罩面，构成复合式路面。

为达到上述目的，本通过以下技术方案来实现。

一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面，它由水泥、细集料、粗集料、缓凝减水剂和水搅拌制作而成，各成分的质量百分比为：水泥6%-10%，细集料58%-65%，粗集料22.2%-29%，缓凝减水剂的量为水泥添加量的0.6%-3%，水灰比为0.6-0.65；

所述细集料为细度模数为2.5-3.0的砂；

所述粗集料的最大粒径小于30mm。

所述不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一，混合料搅拌，将原料即水泥、细集料、粗集料配制混合料，采用集中厂拌，混合料从水稳料拌合机出料后，出厂运送到现场；

所述混合料在集中厂拌过程中的搅拌添加水量为混合料最佳含水量的70%-80%；

所述混合料在集中厂拌的过程中添加缓凝减水剂；

步骤二，摊铺及补充洒水，以10m为一个摊铺施工段，将步骤一搅拌好的混合料用使用平地机进行摊铺和翻拌，翻拌过程中采用洒水车对混合料进行喷洒补水，采用现场查看和抽样试验检测的方法，确保混合料在碾压前达到最佳含水量，在翻拌过程中同时兼顾对混合料进行整形，使混合料摊铺整形后的路拱和横坡满足设计要求；

所述摊铺厚度为18-20cm；

所述平地机进行摊铺时的松铺系数为1.2；

所述平地机进行摊铺速度为1.5-2m/min；

步骤三，碾压，以摊铺长度30m为一个碾压段，摊铺小于30min，采用压路机碾压，作业时间小于1.5小时；

所述碾压包括初压、复压和终压；所述初压、复压、终压的碾压速度均为1.0-1.5km/h；

所述初压采用振动压路机碾压，碾压次数为2次；

所述复压采用振动压路机碾压，碾压次数为3-6次；所述复压采用振动压路机的碾轮重叠宽度为振动压路机轮宽的1/3-1/2；

所述终压采用轮胎压路机碾压，碾压次数为2次；

步骤四，养生，步骤三碾压结束后在路基上覆盖养生材料，4-6h后每间隔3h洒水一次，养生时间大于7天；

所述养生材料为麻袋、土工布、草席中的一种或多种。

本发明的一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面及其制备方法。能够有效克服按照传统工艺施工的碾压混凝土路面普遍存在的干缩裂缝和温度裂缝缺陷，也不需要设置纵向和横向涨缩缝。为提高路面的使用安全性和舒适性，不开裂的碾压式混凝土路面之上还可以采用沥青微表处或薄层沥青混凝土罩面，构成复合式路面。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。

一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面，它由水泥、细集料、粗集料、缓凝减水剂和水搅拌制作而成，各成分的质量百分比为：水泥6%-10%，细集料58%-65%，粗集料22.2%-29%，缓凝减水剂的量为水泥添加量的0.6%-3%，水灰比为0.6-0.65；

所述细集料为细度模数为2.5-3.0的砂；

所述粗集料的最大粒径小于30mm。

一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一，混合料搅拌，将原料即水泥、细集料、粗集料配制混合料，采用集中厂拌，混合料从水稳料拌合机出料后，出厂运送到现场；

所述混合料在集中厂拌过程中的搅拌添加水量为混合料最佳含水量的70%-80%；

所述混合料在集中厂拌的过程中添加缓凝减水剂；

步骤二，摊铺及补充洒水，以10m为一个摊铺施工段，将步骤一搅拌好的混合料用使用平地机进行摊铺和翻拌，翻拌过程中采用洒水车对混合料进行喷洒补水，采用现场查看和抽样试验检测的方法，确保混合料在碾压前达到最佳含水量，在翻拌过程中同时兼顾对混合料进行整形，使混合料摊铺整形后的路拱和横坡满足设计要求；

所述摊铺厚度为18-20cm；

所述平地机进行摊铺时的松铺系数为1.2；

所述平地机进行摊铺速度为1.5-2m/min；

步骤三，碾压，以摊铺长度30m为一个碾压段，摊铺小于30min，采用压路机碾压，作业时间小于1.5小时；

所述碾压包括初压、复压和终压；所述初压、复压、终压的碾压速度均为1.0-1.5km/h；

所述初压采用振动压路机碾压，碾压次数为2次；

所述复压采用振动压路机碾压，碾压次数为3-6次；所述复压采用振动压路机的碾轮重叠宽度为振动压路机轮宽的1/3-1/2；

所述终压采用轮胎压路机碾压，碾压次数为2次；

所述初压、复压、终压的碾压速度均为1.0-1.5km/h；

步骤四，养生，步骤三碾压结束后在路基上覆盖养生材料，4-6h后每间隔3h洒水一次，养生时间大于7天；

所述养生材料为麻袋、土工布、草席中的一种或多种。

本项发明是不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面及其制备方法，简称为CUCP施工技术。

《JTGT F20-2015 公路路面基层施工技术细则》（以下简称《技术细则》）是我国公路路面施工技术的指导性文件，是国内数十年来公路路面基层施工技术研究成果和实践经验的总结，代表了我国目前公路路面施工技术的最高水平。为克服碾压式混凝土路面在使用工程中产生干缩和温度裂纹的缺陷，提高路面的抗滑性和行车的舒适性，本申请人对《技术细则》所推荐采用的施工工艺方法和质量控制标准进行了认真的学习、研究和贯彻，在深入理解《技术细则》各项规定的基础上，结合我们数十年来的工程实践经验和实验研究成果，对其不合理或不完善的部分施工工艺、质量控制方法和技术指标作了改进和优化，并推荐采用复合式路面结构，本项技术主要内容如下：

关于CUCP 基层7d龄期无侧限抗压强度的规定：

《技术细则》对碾压混凝土7d龄期无侧限强度检验标准规定如4.2.5节所示：《技术细则》对碾压混凝土7d龄期无侧限抗压强度设置的强度控制范围为7-10MPa，我们在工程实践中发现，施工中没有必要，也难以实现这样精确的强度控制标准，其原因是影响碾压混凝土强度的因素离散性极大，无论是实验室内小规模、精确的试验研究还是实际施工现场都难以配制出强度范围只有±1.5MPa的碾压混凝土。我们认为，《技术细则》设置±1.5MPa的水稳材料的强度控制范围既不合理，也脱离实际。其初衷是为了减少碾压混凝土在使用中产生的干缩裂缝和温度裂缝，其理论依据是认为碾压混凝土的强度越高，越容易产生干缩裂缝。 本申请人通过试验研究和工程实践得到发现：

适当提高碾压混凝土的强度，能够抑制干缩裂缝和温度裂缝的产生。因此，本申请人在此基础上提出，碾压混凝土7d龄期无侧限抗压强度值只设下限，不设上限，即碾压混凝土的7d龄期无侧限抗压强度值应为≥7MPa。

CUCP 基层原材料和配合比设计：

水泥：水泥的标号直接影响着CUCP 基层的强度，因此一般要求采用425#以上的硅酸盐水泥，且要求其凝结时间稍长，强度增长速度快，干缩性小。CUCP 基层的水泥用量通过试验确定，一般为6%-10%。

细集料：CUCP 基层属于干硬性混凝土，粘聚力小，宜采用细度模数为2.5～3.0的坚硬、洁净的中砂。

粗集料：用石料强度不低于Ⅱ级的机轧碎石或砾石。由于CUCP 基层用水量少，粒径较大的粗集料会引起离析并影响路面平整度，所以粗集料的最大粒径宜控制在30mm以内。

外加剂和水：这是本发明的两个关键控制环节。JTGT-F20-2015 公路路面基层施工技术细则相关条文中明确规定了公路碾压混凝土路面的7d无侧限抗压强度的上限值为10MPa，其隐含的技术条件就是不提倡在碾压混凝土中采用外加剂。本申请人在多年的生产实践中注意到：按照最佳含水量拌制的碾压混凝土混合料用水量小，早期强度发展较快，凝结时间较短，和易性差，为了达到要求的密实度必须延长碾压时间，提高碾压强度，其结果可能导致水泥混合料成型的时间超过水泥混合料的终凝时间，终凝后的水泥混合料在机械碾压过程中可能会丧失部分凝结力，造成碾压混凝土整体强度降低，开裂倾向增加。本发明要求在CUCP混合料中掺加适量的缓凝减水剂，如FDN-5等。在CUCP混合料中添加缓凝减水剂后，CUCP混合料具有如下特性：

与普通的水泥混合料相比，在混合料和易性相同的情况下，CUCP混合料的拌和水用量将减少10%-15%，其胶凝体的强度更高，能有效抑制基层裂纹产生和发育。

由于按照传统方法施工的碾压混凝土早期强度发展较快，凝结时间较短，加上用水量小，和易性差，所以为了延长碾压时间已达到要求的密实度,需掺加缓凝减水剂，如FDN-5等。缓凝减水剂能延长CUCP混合料的凝结时间，提高CUCP混合料的工艺性能，成型后的基层密实度和强度大幅度提高。

拌和水为洁净的饮用水。

配合比设计：参照《技术细则》相关条款设计CUCP 基层的材料用量。

CUCP 基层含水量的控制方法:

水稳混合料的含水量控制是预防水稳层收缩开裂的关键环节，《技术细则》推荐的含水量控制方法条文（第27页，4.7.3条），《技术细则》上述关于水泥混合料含水量控制方法在理论上没有问题，但在实际施工过程中却容易发生较大的偏差，例如，在采用集中厂拌法配制混合料时，所采用的混合料拌和设备通常是连续式水稳料拌合机，水泥及混合料的计量靠调节螺旋输送机和皮带输送机的运转速度来间接控制，给水量则依靠水阀开闭的大小间接控制，有许多因素，例如砂石材料粒径、级配和天然含水量的变化、给水系统水压的波动等，都会造成混合料的含水量波动，其变化幅度远远超过《技术细则》有关条文规定的“1-2个百分点。”需要强调指出的是，水泥混合料的含水量一旦超过控制范围后，受水泥初凝和终凝时间的限制，很难再采用适当的方法将含水量再降下来。

本申请人提出的碾压混凝土含水量的控制措施是：

外加剂和水：CUCP 基层需要掺加缓凝减水剂并推荐采用FDN-5缓凝减水剂，添加量为水泥重量的1%，拌水为洁净的饮用水。FDN-5是干粉状添加剂，使用前需要先稀释为10%的悬浮液，然后再按比例加入拌合水中。由于添加了缓凝减水剂，在其它原材料相同的情况下，水泥混合料的最佳含水量比未添加缓凝减水剂大约低5-10%，有利于提高CUCP 基层的强度，抑制基层产生干缩裂缝。

CUCP 基层拌和用水不是一次加入，而是分为几次加入：在采用集中厂拌法时，先按照试验确定的最佳含水量70%-80%添加拌和用水，待混合料运送到路面基层摊铺现场后，采用平地机对混合料进行翻拌，翻拌过程中再采用洒水车进行补充喷洒拌合水，喷洒补水的加水量根据人工观察混合料的干湿程度和现场测定结果，由现场试验人员严格控制。

CUCP 基层混合料在碾压成型前的含水量应准确控制在最佳含水量±1%以内。

CUCP 基层的密实度控制：

CUCP 基层因其用水量少,混合料的拌和时间较普通水泥混合料要长。普通水泥混合料在采用厂拌时，混合料从水稳料拌合机出料后，一般不再进行拌和；CUCP 基层混合料出厂运送到现场后，还必须采用平地机多次进行翻拌，并在翻拌的过程中采用洒水车喷洒补水至最

佳含水量。

摊铺：铺是CUCP 基层施工的关键工序,必须在CUCP 基层拌和物含水量大量损失之前，按照规定的宽度和厚度将拌合物以一定的预计密实度均匀地摊铺到基层上。CUCP 基层分层厚度为15～16cm，考虑松铺系数后摊铺厚度将达到18～20cm，施工中宜使用平地机进行摊铺。

现场控制以10m为一个摊铺施工段，卸料后先用平地机大面积推平，翻拌并补充喷洒拌合水，再调整好刀片的横向坡度和切入深度，循序渐进地进行刮平，直至达到要求的松铺厚度为止。施工中应精心组织,严格控制摊铺质量。

松铺系数是摊铺厚度与压实厚度的比值,它是控制施工质量的重要参数,正式施工前应通过试铺确定。推荐使用平地机进行摊铺时的松铺系数为1.2。

碾压：碾压是使拌合物充分密实,形成CUCP 基层路面的主要工序。

碾压段长度：从保证路面强度考虑,希望缩短碾压工作段长度,使得摊铺层的路面尽快得到压实。但碾压过短,必然造成压路机频繁换向,增加碾压接头,从而影响压实的均匀性和路面平整度。根据搅拌场250t/h的产量，1.5～2m/min的摊铺速度，以及每延米须摊铺7t拌和料的实际情况，宜将每次摊铺长度30m为一个碾压段，摊铺时间

控制在30min，碾压作业时间控制在1.5个小时之内。

碾压次序：碾压要求达到全厚密实和表面成形，应采用振动压路机进行。碾压工序一般有初压（静压），复压和终压等几个子工序。初压主要是提高表面密实度，为振动压实提供基础，可采用复压用的振动压路机不开振进行，碾压2遍。复压是使路面全厚度密实,达到规定密实度，需开振进行，碾轮重叠宜为轮宽的1/3-1/2，以利消除压痕,提高平整度。复压遍数与压路机性能、CUCP 基层配合比、路面厚度及碾压重叠量有关，一般为5遍，为先低频，后高频。终压宜采用轮胎压路机，可消除钢轮压痕和细小裂缝,一般碾压2遍。施工初压、复压采用CA25压路机进行，终压采用大吨位轮胎压路机进行。复压遍数按检测达到规定压实度进行控制(一般为3-6遍)，初压、复压和终压的碾压速度均为1.0～1.5km/h。

注意事项：振动压路机应逆摊铺方向从低处向高处进行碾压，各部位碾压次数应相同，不得漏压，路幅两边应适当增加碾压遍数。碾压时必须匀速直行，不得变速或停车，遇特殊情况必须停车、倒车时，须先停振。在施工段端头4～5m范围，压路机应沿路面横坡由低向高适当横向碾压，以防结合处出现滑移裂缝或松散现象。

养生：CUCP 基层碾压结束后应及时覆盖养生材料（润湿的麻袋、土工布、草席等），4～6h后间隔一定时间洒水养生，养生7d后方可开放交通。

质量控制:强度、平整度、抗裂性能、耐久性是评价CUCP 基层质量四大指标，其中强度是评价CUCP 基层质量的一个主要指标。灰水比、压实度和含水量是影响CUCP 基层强度的主要因素。强度随压实度的降低而急剧降低，灰水比越大，压实度对强度的影响越大。在同等压实度下，灰水比越大，强度越高。含水量是影响CUCP 基层压实性能和平整度的关键性指标，含水量过高，不易压实，致使强度降低；含水量过低，碾压时则易出现波浪，影响路面基层平整度。因此，在施工过程应着重通过控制灰水比、含水量、拌和时间及碾压强度来控制密实度。

CUCP 面层结构：

采用上述工艺方法生产的CUCP基层能够克服普通碾压混凝土容易产生干缩开裂和温度裂缝的缺陷，也不需要再设置纵向和横向涨缩缝；与普通的半刚性路面基层相比，CUCP基层具有较高的强度，能够提供较高的路面承载能力，有利于荷载的分布，与薄层沥青混凝土构成寿命长，成本低廉的复合式路面。CUCP基层还存在表面平整度差，抗滑性差的缺点，在实际应用中受到限制，本项发明推荐在CUCP基层上再设置一层沥青微表处或薄层AC-20、AC-13、SMA-13等沥青混合料，如1-1表：

表1-1 普通半刚性沥青混凝土路面与CUCP面层推荐结构比较表

序号	设计交通荷载等级	普通半刚性沥青混凝土路面结构	推荐的CUCP面层结构	应用范围
					1	特重	8cmAC20+6cmAC16+4cmAC13	7cmAC20+3cmSMA	高速及一级以上公路
2	重	8cmAC20+4cmAC13	5cmAC20+3cmAC13	二级及其以上公路
					3	中等	7cmAC16+4cmAC13	3cmSMA	三级及其以上公路
4	轻	5cmAC16+3cmAC13	沥青微表处	乡村公路及城镇小区内部道路

本项发明的应用效果:

与普通的半刚性基层相比，CUCP 基层施工技术既能够克服普通的碾压混凝土干缩开裂和温度应力引起的开裂缺陷，也能够提供较高的路面承载能力，有利于荷载的分布，进一步降低了路基土的垂直压应力和其上沥青层层底的弯曲应力。CUCP基层采用薄层沥青混凝土或沥青微表处罩面，形成刚柔相济的复合式路面，其行车的安全性和舒适性比单一的碾压式混凝土路面好得多。采用CUCP 技术修建的沥青路面成本低，寿命长，使用效果好。

由于目前我国广泛应用的半刚性沥青混凝土路面在使用期间普遍产生较多的干缩裂缝和温度裂缝，其使用寿命大多在5-7年左右，远不能达到设计使用年限，CUCP复合式路面能够克服普通的碾压混凝土干缩开裂和温度应力引起的开裂缺陷，预期的使用寿命完全能够达到或超过现行设计规范确定的使用年限。

采用CUCP技术修建的路面综合成本大约比普通的半刚性沥青路面低30%，具有良好的推广应用前景。

CUCP技术不能解决路面沉降变形和沉降裂缝问题，路基施工质量必须满足中国现行的公路设计和施工规范，才能确保CUCP 技术的使用效果。

本发明的一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面及其制备方法。能够有效克服按照传统工艺施工的碾压混凝土路面普遍存在的干缩裂缝和温度裂缝缺陷，也不需要设置纵向和横向涨缩缝。为提高路面的使用安全性和舒适性，不开裂的碾压式混凝土路面之上还可以采用沥青微表处或薄层沥青混凝土罩面，构成复合式路面。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (1)

1.一种不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面，其特征在于：它由水泥、细集料、粗集料、缓凝减水剂和水搅拌制作而成，各成分的质量百分比为：水泥6%-10%，细集料58%-65%，粗集料22.2%-29%，缓凝减水剂的量为水泥添加量的0.6%-3%，水灰比为0.6-0.65；

所述细集料为细度模数为2.5-3.0的砂；

所述粗集料的最大粒径小于30mm；

所述不产生裂纹、不需设置胀缩缝的碾压混凝土复合路面的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一，混合料搅拌，将原料即水泥、细集料、粗集料配制混合料，采用集中厂拌，混合料从水稳料拌合机出料后，出厂运送到现场；

所述混合料在集中厂拌过程中的搅拌添加水量为混合料最佳含水量的70%-80%；

所述混合料在集中厂拌的过程中添加缓凝减水剂；

步骤二，摊铺及补充洒水，以10m为一个摊铺施工段，将步骤一搅拌好的混合料用使用平地机进行摊铺和翻拌，翻拌过程中采用洒水车对混合料进行喷洒补水，采用现场查看和抽样试验检测的方法，确保混合料在碾压前达到最佳含水量，在翻拌过程中同时兼顾对混合料进行整形，使混合料摊铺整形后的路拱和横坡满足设计要求；

所述摊铺厚度为18-20cm；

所述平地机进行摊铺时的松铺系数为1.2；

所述平地机进行摊铺速度为1.5-2m/min；

步骤三，碾压，以摊铺长度30m为一个碾压段，摊铺小于30min，采用压路机碾压，作业时间小于1.5小时；

所述碾压包括初压、复压和终压；所述初压、复压、终压的碾压速度均为1.0-1.5km/h；

所述初压采用振动压路机碾压，碾压次数为2次；

所述复压采用振动压路机碾压，碾压次数为3-6次；所述复压采用振动压路机的碾轮重叠宽度为振动压路机轮宽的1/3-1/2；

所述终压采用轮胎压路机碾压，碾压次数为2次；

步骤四，养生，步骤三碾压结束后在路基上覆盖养生材料，4-6h后每间隔3h洒水一次，养生时间大于7天；

所述养生材料为麻袋、土工布、草席中的一种或多种。