CN111218876B - 具有三维嵌挤接缝的水泥混凝土路面湿法装配工艺 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种具有三维嵌挤接缝的水泥混凝土路面湿法装配工艺，该湿法装配工艺包括以下步骤：在水泥混凝土路面浇筑的过程中，采用特定的机构按照预定的空间运动轨迹，在尚未初凝的混凝土路面植入接缝材料，基于接缝材料将混凝土路面分隔成碎块，其中碎块之间的接缝面是斜面；基于碎块之间构成的联锁，形成具有三维嵌挤接缝的路面。基于本发明，使车辆的垂直荷载通过斜面的接缝面传递到整个铺装路面，可预防单块的沉降，而且，本发明的接缝由柔性材料组成，可使基层刚度降低、增加基层变形适应性。本发明的路面装配工艺能够有效缩短施工工期，延长道路使用寿命，减少施工成本，适用于道路水泥混凝土路面结构大面积施工。

Description

具有三维嵌挤接缝的水泥混凝土路面湿法装配工艺

技术领域

本发明涉及路面工程领域，尤其涉及一种具有三维嵌挤接缝的水泥混凝土路面湿法装配工艺。

背景技术

随着道路交通及路面技术的发展，传统水泥混凝土路面越来越不能适应频繁的重交通量、重荷载、行车舒适性等路面要求，且存在如下问题：

一、通常在水泥混凝土路面施工过程中，需要设置施工接缝、胀缝、缩缝。这些接缝的存在，造成行车震动和噪音，使道路舒适性降低，导致水泥混凝土路面的应用被限制在低等级公路范围。即使经过白改黑改造的路面，也会因严重的基层反射裂缝给道路造成损害。

二、水泥混凝土板裂缝的处理，一般采用在接缝处填充灌缝料封闭，但部分需设置拉杆及传力杆，复杂的工艺增加道路施工工期。

三、传统现浇混凝土路面在使用一段时间之后，板块开始出现断板、脱空、掉角等损害，为继续利用原有结构，通常采用传统机械碎块化工艺处理。但是这种工艺，对原有结构强度破坏严重，碎块化处理后只能作为垫层使用，原有剩余强度损失过多。

另外，装配式路面基层结构通常是使用预制件现场铺装后灌浆形成的道路结构，但预制件生产及铺装与现浇工艺比较，成本高、效率低，不适宜于公路大面积施工。

因此，希望可以提出一种用于解决上述问题的路面装配工艺。

发明内容

本发明的目的之一提供一种能够预防反射裂缝的路面装配工艺，尤其是能够有效缩短施工工期，延长道路使用寿命，减少施工成本，适用于公路水泥混凝土路面结构大面积施工。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有三维嵌挤接缝的水泥混凝土路面湿法装配工艺，该湿法装配工艺包括以下步骤：在水泥混凝土路面浇筑的过程中，采用特定的机构按照预定的空间运动轨迹，在尚未初凝的混凝土路面植入接缝材料，基于接缝材料将混凝土路面分隔成碎块，其中碎块之间的接缝面是斜面；基于碎块之间构成的联锁，形成具有三维嵌挤接缝的路面。

优选地，所述水泥混凝土路面湿法装配工艺还包括：在具有三维嵌挤接缝的路面使用第二材料罩面，以形成具有三维嵌挤接缝的刚柔复合式路面结构。

优选地，将所述混凝土路面分隔成方格网、菱形或波浪形的碎块。

优选地，所述空间运动轨迹包括折线式、曲线波浪式中的一种或多种。

优选地，所述接缝面包括凸面或/和凹面。

优选地，在水泥混凝土路面浇筑的过程中，采用素混凝土进行路面湿法浇筑。

优选地，所述喷胶运动机构包括喷胶装置和振捣装置，其中所述喷胶装置用于在尚未初凝的混凝土路面植入接缝材料，所述振捣装置则用于喷胶装置植入接缝材料的同时对混凝土路面进行振捣。

优选地，采用变频技术控制振捣装置的工作频率，促使喷胶装置喷出的胶液在碎块中按照特定的浓度梯度混合与分散。

优选地，所述喷胶运动机构能够进行左、右、上、下、前、后方向中一个或多个方向的移动，所述喷胶装置和振捣装置能够进行旋转运动，使得接缝面按照预设的形状和倾角布设。

优选地，采用前后方向且错位布置的多台喷胶运动机构按照预定的空间运动轨迹作业。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过利用延展性良好的灌缝料在水泥混凝土路面浇筑过程中植入接缝，使灌缝料将混凝土按三维嵌挤结构分隔，形成有可靠传荷能力的湿接缝，以将传统的长距离的干法接缝改进为类似于旧混凝土路面板碎块化的小块分隔的湿法接缝，既能分散温缩应力，又能使路面保持足够的强度，并能有效控制反射裂缝的产生。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请一个实施例提供的具有三维嵌挤接缝的水泥混凝土路面湿法装配工艺的流程示意图；

图2为本申请一个实施例提供的具有多自由度运动功能、设有振捣装置和喷胶装置的喷胶运动机构的示意图；

图3为本申请一个实施例提供的采用前后两排且错位布置的多台喷胶运动机构的施工作业示意图；

图4为本申请一个实施例提供的喷胶运动机构的喷胶装置运动轨迹示意图；

图5为本申请一个实施例提供的喷胶运动机构的左倾喷胶示意图；

图6为本申请一个实施例提供的喷胶运动机构的右倾喷胶示意图；

图7为本申请一个实施例提供的喷胶运动机构的施工作业轨迹示意图；

图8为本申请一个实施例提供的具有三维嵌挤接缝的水泥混凝土基层俯视图；

图9为具有三维嵌挤接缝的刚柔复合式水泥混凝土路面结构示意图；

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、和/或操作的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作和/或其组合。

还应当提到的是，在一些替换实现方式中，所提到的功能/动作可以按照不同于附图中标示的顺序发生。

请参考图1，根据本发明所提供的一种具体实施方式，提供了一种具有三维嵌挤接缝的水泥混凝土路面湿法装配工艺，该湿法装配工艺包括以下步骤：

步骤S101，在水泥混凝土路面浇筑的过程中，采用特定的机构按照预定的空间运动轨迹，在尚未初凝的混凝土路面植入接缝材料，基于接缝材料将混凝土路面分隔成碎块，其中碎块之间的接缝面是斜面。其中，所述接缝材料优选采用柔性湿料，所述柔性湿料可以采用现有技术中类似于胶质的柔性灌浆料。

步骤S102，基于碎块之间构成的联锁，形成具有三维嵌挤接缝的路面。

优选地，所述水泥混凝土路面湿法装配工艺还可以包括：

步骤S103，在具有三维嵌挤接缝的路面使用第二材料（例如沥青混凝土）罩面，以形成具有三维嵌挤接缝的刚柔复合式路面结构。

本发明提供的路面装配工艺通过在传统现浇水泥混凝土路面施工过程中，同时填入柔性材料作为接缝，并使接缝分隔后的混凝土块具有三维嵌挤特性，终凝后构成刚柔复合式沥青混凝土路面结构的施工工艺，应用于道路施工领域，能够有效结合传统水泥混凝土路面结构碎块化处理后具有有效防范基层反射裂缝和刚柔复合式三维嵌挤的装配式路面基层具有行车舒适性好、噪声小亦可预防道路反射裂缝的多重优点。

优选地，在步骤S101中，所述空间运动轨迹包括但不限于直线折叠式、曲线波浪式中的一种或多种。直线折叠式轨迹为一般型运动轨迹，本发明的特定机构沿着折线反复的轨迹运动，其形成的斜面的嵌挤作用好；曲线波浪式运动轨迹为本发明的特定机构沿着波浪形轨迹为顶点为圆弧形状，此方法轨迹流畅，施工简单，效率较高。通常，直线折线式分隔，适合分隔块面积较大的情况，嵌挤作用好；而波浪式由于斜面角度的变化，其嵌挤作用弱于直线及折线式，适合分隔块较小的情况。

本发明的装配工艺能够较灵活地根据水泥混凝土碎块化分隔尺寸及平面图案以插入式喷入灌缝料，优选地，在步骤S101中，按照预定的空间运动轨迹将尚未初凝的混凝土路面分隔成包括但不限于方格网、菱形或波浪形的碎块。

具体地，方格网形状的碎块适用于常规的施工；而菱形碎块为特定的机构按照折线形空间运动轨迹而形成的块，在施工上更加方便；对于波浪形碎块而言，由于碎块的顶部为圆弧，在实际施工操作工作中相对简单，操作效率较高。

优选地，在步骤S101中，所述被分隔的碎块的接缝面为非垂直面。进一步优选地，所述非垂直面包括凸面或/和凹面。以碎块为立方体为例，对于嵌挤接缝的相邻立方体碎块接缝的面而言，其中一个碎块接缝的面为凸面，则与此接缝的另一个碎块的面则为凹面，以基于凹凸配合提高碎块之间结合部位的强度，限制相对位移。当然，所述凸面或/和凹面并不在此限定为规则的面，只要能够有效实现凹凸配合即可。

根据本申请的一个优选实施例，在步骤S101中，所述喷胶运动机构包括喷胶装置和振捣装置，其中所述喷胶装置用于在尚未初凝的混凝土路面植入接缝材料，所述振捣装置则用于喷胶装置植入接缝材料的同时对混凝土路面进行振捣。

具体地，本发明的装配工艺通过将混凝土摊铺浇筑与喷胶植缝进行巧妙地合并，所述混凝土摊铺浇筑可以采用传统的滑膜摊铺机进行混凝土浇筑施工；所述喷胶植缝可以采用本发明的喷胶运动机构来实施，具体地，喷胶运动机构对尚未初凝的混凝土板按设计的空间运动轨迹将混凝土分隔成为小块并在振捣的同时经行安装在振捣棒上的喷嘴向割缝内喷入液体柔性灌缝料，水泥混凝土路面板凝固后可形成既有可靠传荷能力又有一定柔性的接缝。

优选地，采用变频技术控制振捣装置的工作频率，促使振捣装置上配置的喷胶装置喷出的胶液在碎块中按照特定的浓度梯度混合与分散。

具体地，水泥混凝土的振捣过程，是混凝土中的砂子、石子、水泥、矿粉等骨料发生密实的过程。其中骨料和水泥灰浆中密度大的下沉，密度轻的上浮，在这个对流的过程，一方面轻质的水泥浆、胶液会在上浮的过程中重新分布；另一方面，在横断面胶液随振捣作用逐渐向外产生扩散形成不同浓度梯度，当胶液在水泥浆中的浓度从最高下降到最低控制浓度时振捣停止；在胶液逐渐向外扩散的过程中，会遇到石子等粗骨料的阻挡，而振捣作用使胶液很容易绕过他们，胶液的绕行实现了对粗骨料的包裹。

另外，振捣的过程使骨料之间建立嵌挤关系，含胶的浆液与混凝土中的水泥浆相互渗透，接缝处胶液包裹的骨料形成粗糙的结合面。

优选地，所述喷胶运动机构能够进行左、右、上、下、前、后方向中一个或多个方向的移动，所述喷胶装置和振捣装置能够进行旋转运动，使得接缝面按照预设的形状和倾角布设。也即，所述喷胶运动机构具有灵活的三维空间运动、振捣及喷胶能力。其中，预设的形状包括但不限于特定形状的凸面或/和凹面，预设的倾角可以根据实际情况灵活调整。

根据本申请的一个优选实施例，采用前后方向且错位布置的多台喷胶运动机构按照预定的空间运动轨迹作业。当然，在此并不对喷胶运动机构的现场作业布置进行限定，可以采用一台或一排喷胶运动机构进行作业，也可以采用多排喷胶运动机构进行作业，并且多排喷胶运动机构的布置可以根据实际作业需求进行灵活地调整。

为了更好地对本发明的技术内容进行理解，请参考图2-图9，图2为本申请一个实施例提供的具有多自由度运动功能、设有振捣装置和喷胶装置的喷胶运动机构的示意图；图3为本申请一个实施例提供的采用前后两排且错位布置的多台喷胶运动机构的施工作业示意图；图4为本申请一个实施例提供的喷胶运动机构的喷胶装置运动轨迹示意图；图5为本申请一个实施例提供的喷胶运动机构的左倾喷胶示意图；图6为本申请一个实施例提供的喷胶运动机构的右倾喷胶示意图；图7为本申请一个实施例提供的喷胶运动机构的施工作业轨迹示意图；图8为本申请一个实施例提供的具有三维嵌挤接缝的水泥混凝土基层俯视图；图9为具有三维嵌挤接缝的刚柔复合式水泥混凝土路面结构示意图。

如图2所示，所述喷胶运动机构1包括喷胶管2和用于振捣混凝土的振捣棒3，所述喷胶运动机构1能够在左右、上下、前后方向进行三维空间运动，而喷胶管2和振捣棒3能够沿着喷胶运动机构1在道路上纵向移动的方向或/和垂直于水平面的垂向进行旋转运动。

如图3所示，为了提高作业效率，采用前后方向且错位布置的多台喷胶运动机构1按照预定的空间运动轨迹将尚未初凝的混凝土路面分隔成碎块，例如在前排布置编号分别为A、B、C、D的喷胶运动机构1，在后排错位布置编号分别为A₁、B₁、C₁、D₁的喷胶运动机构1，在摊铺后的基层混凝土4初凝前，喷胶运动机构1沿着特定的折线轨迹移动，在移动的过程中进行混凝土的振捣和柔性接缝6的植入，而所述混凝土基层在振捣的过程中被分隔成若干碎块5，基于柔性接缝6的植入，形成具有三维嵌挤能力的混凝土碎块5。

为了更清楚地了解本申请的成型的三维嵌挤接缝，请继续参考图4-图6。所述喷胶运动机构1所形成的三维嵌挤接缝由外凸的柔性接缝斜面61和内凹的柔性接缝斜面62组成，其中外凸的柔性接缝斜面61可以基于喷胶管2沿垂向左倾转动喷胶而成，内凹的柔性接缝斜面62则基于喷胶管2沿垂向右倾转动喷胶而成。

在实际作业中，可以先基于喷胶管2左倾

角喷胶形成外凸的柔性接缝斜面61，再基于喷胶管2右倾

角喷胶形成内凹的柔性接缝斜面62，如此能够保持外凸的柔性接缝斜面61和内凹的柔性接缝斜面62的交错布置，从而基于多条交错布置的柔性接缝斜面将水泥混凝土基层分隔成具有三维嵌挤能力的混凝土碎块5。其中，所述外凸和内凹是针对分隔后的碎块5的整体而言。

请继续参考图3和图7，针对图3所布置的多台喷胶运动机构1而言，其包括前排布置编号分别为A、B、C、D的喷胶运动机构和后排错位布置编号分别为A₁、B₁、C₁、D₁的喷胶运动机构，假定前排喷胶运动机构的运动轨迹或位置用Q1~Qn来表示，而后排喷胶运动机构的运动轨迹或位置用q1~qn来表示，则在一个例子中，前排喷胶运动机构和后排喷胶运动机构的运动过程及轨迹描述如下：

第一操作，前排喷胶运动机构按照Q1的轨迹（见图7所示Q1处所示方向的实线轨迹）进行喷胶作业，而此时后排喷胶运动机构在位置q1处等候。

第二操作，前排喷胶运动机构完成Q1的轨迹作业后，调整喷胶角度按照Q2的轨迹（见图7所示Q2处所示方向的实线轨迹）继续作业，同时，后排喷胶运动机构按照q2的轨迹（见图7所示q2处所示方向的虚线轨迹）作业。其中可以明显看到Q1轨迹和q2轨迹相交于一轨迹折点。

第三操作，前排喷胶运动机构在完成Q2的轨迹作业后，调整喷胶角度按照Q3的轨迹（见图7所示Q3处所示方向的实线轨迹）继续作业，同时，后排喷胶运动机构在完成q2的轨迹作业后，调整喷胶角度按照q3的轨迹（见图7所示q3处所示方向的虚线轨迹）作业。

第四操作，前排喷胶运动机构在完成Q3的轨迹作业后，调整喷胶角度按照Q4的轨迹（见图7所示Q4处所示方向的实线轨迹）继续作业，同时，后排喷胶运动机构在完成q3的轨迹作业后，调整喷胶角度按照q4的轨迹（见图7所示q4处所示方向的虚线轨迹）作业。

同理，根据上述操作的原理，多台喷胶运动机构1进行后续的作业。

其中，从图7中可以看到，基于第一操作至第四操作，Q2→Q3与q3→q4的轨迹围成了混凝土碎块51的轮廓。

在完成喷胶作业后，经行混凝土养生，如图8所示，在基层混凝土4上形成具有柔性接缝6和混凝土碎块5紧密结合的三维嵌挤接缝的水泥混凝土路面湿法装配基层结构。进一步地，请参考图9，在基层结构上可以使用沥青混凝土9进行罩面，进而形成三维嵌挤混凝土刚柔复合式结构8。

当然，图1到图9所示的结构仅是本发明的优选实施例，对于所属技术领域的技术人员可以合理预测说明书给出的实施方式的所有等同替代方式或明显变型方式，都能实现本发明的目的的，也都包含在本发明的保护范围内。

与现有技术相比，本发明的水泥混凝土路面湿法装配工艺具有以下优点：

一、合理分隔的混凝土块板底拉应力小，使道路结构充分发挥混凝土材料抗压能力强的特点；

二、被分隔的混凝土块的接缝面为非垂直面，（湿法接缝与混凝土的结合面）碎块的每个接缝面都是卯榫斜面，即凸面和凹面的结合面，锐角与钝角交替设置，基层各个碎块之间相互联锁，构建三维稳定结构，使接缝具有可靠的传荷能力和板体稳定性，因此可以预防反射裂缝；

三、合理设计的混凝土分块尺寸及形状配合具有良好韧性和塑性变形能力的胶膜接缝，使道路能够吸收并分散干缩与温缩应力，因此可以代替缩缝、假缝、施工缝，在一定温差条件下，可有效约束反射裂缝，达到隐形接缝的效果。避免干法接缝的产生的震动与噪音。

四、湿法接缝是在水泥混凝土浇筑过程中完成的作业，路面平整度好；

五、该工艺的技术特点是同时在滑膜摊铺水泥混凝土路面和道路装配式基层两个方面实现关键性技术突破：一方面，在混凝土路面湿法浇筑过程中，完全采用素混凝土结构，利用一定倾角结构的接缝替代传统结构配置的拉杆、传力杆，即节省钢材又使水泥混凝土滑膜施工的流程得到简化，有利于提高作业效率，降低工程造价；另一方面，提出的现浇水泥混凝土路面湿法碎块化的制作工艺可取消传统湿法成型混凝土预制件必须大量使用的成型模具或干法生产工艺所依托的大型成套设备，又省略预制件运输与铺装的环节，使工艺流程缩短，环节减少，同时还能全部继承现有水泥混凝土滑膜施工工艺。该工艺的面世对公路水泥混凝土路面的发展特别是对刚柔复合式路面的推广应用具有现实意义，实现保证质量、提高效率、降低造价的目标。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种具有三维嵌挤接缝的水泥混凝土路面湿法装配工艺，该湿法装配工艺包括以下步骤：

在水泥混凝土路面浇筑的过程中，采用特定的机构按照预定的空间运动轨迹，在尚未初凝的混凝土路面植入接缝材料，基于接缝材料将混凝土路面分隔成碎块，其中碎块之间的接缝面是斜面；

基于碎块之间构成的联锁，形成具有三维嵌挤接缝的路面；

所述特定的机构采用喷胶运动机构，所述喷胶运动机构包括喷胶装置和振捣装置，其中所述喷胶装置用于在尚未初凝的混凝土路面植入接缝材料，所述振捣装置则用于喷胶装置植入接缝材料的同时对混凝土路面进行振捣。

2.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面湿法装配工艺，其特征在于，还包括：在具有三维嵌挤接缝的路面使用第二材料罩面，以形成具有三维嵌挤接缝的刚柔复合式路面结构。

3.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面湿法装配工艺，其特征在于，将所述混凝土路面分隔成方格网、菱形或波浪形的碎块。

4.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面湿法装配工艺，其特征在于，所述空间运动轨迹包括折线式、曲线波浪式中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面湿法装配工艺，其特征在于，所述接缝面包括凸面或/和凹面。

6.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面湿法装配工艺，其特征在于，在水泥混凝土路面浇筑的过程中，采用素混凝土进行路面湿法浇筑。

7.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面湿法装配工艺，其特征在于，采用变频技术控制振捣装置的工作频率，促使喷胶装置喷出的胶液在碎块中按照特定的浓度梯度混合与分散。

8.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面湿法装配工艺，其特征在于，所述喷胶运动机构能够进行左、右、上、下、前、后方向中一个或多个方向的移动，所述喷胶装置和振捣装置能够进行旋转运动，使得接缝面按照预设的形状和倾角布设。

9.根据权利要求1所述的水泥混凝土路面湿法装配工艺，其特征在于，采用前后方向且错位布置的多台喷胶运动机构按照预定的空间运动轨迹作业。

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