水泥混凝土路面在發(fā)展中存在的問題及對策

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1 前言

水泥混凝土路面具有承載能力大、穩(wěn)定性好、使用壽命長和日常養(yǎng)護費用低等優(yōu)點。因此，省、市農(nóng)村公路建設(shè)管理機構(gòu)要求在農(nóng)村四級公路中采用水泥混凝土作為面層，這種要求符合農(nóng)村實際情況和道路所處的環(huán)境，普遍受到群眾的歡迎。但是，水泥混凝土路面的優(yōu)點都是以工程質(zhì)量達到設(shè)計要求為前提的。工程標(biāo)準(zhǔn)低、存在質(zhì)量隱患，將會減少路面使用壽命，甚至?xí)霈F(xiàn)前修后壞的惡果，不僅造成很大的經(jīng)濟損失，而且會在社會上，尤其是在群眾中帶來不良的社會影響。

農(nóng)村公路建設(shè)面廣量大，點多線長，稍有不慎，設(shè)計、施工和養(yǎng)護等環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)問題。筆者根據(jù)三年來參加農(nóng)村公路建設(shè)工作的實踐和體會，提出搞好水泥混凝土路面建設(shè)應(yīng)注意的幾個問題。

2 充分重視半剛性基層的作用

水泥混凝土是一種剛性路面，采用疲勞應(yīng)力理論，以抗折強度作為控制指標(biāo)。試驗和研究證明，水泥混凝土本身作為主要承重層，提高基層的強度，對于降低混凝土面層的應(yīng)力或者減薄面層的厚度，影響很小。因此，在工程建設(shè)過程中，水泥板下面基層的作用常常被輕視或忽視。以農(nóng)村四級路建設(shè)為例，一些地方針對老路為砂石路、路況較好的實際情況，對路面進行整修后，直接鋪水泥混凝土面層。從眼前來說，可以節(jié)約一些投資，但無形中留下一些質(zhì)量隱患。從長遠使用來看，不做半剛性基層的做法實際上是得不償失。因此，在農(nóng)村水泥路建設(shè)過程中，我們要充分認(rèn)識半剛性基層的重要作用。

2.1 為水泥板提供強度均勻的支承

通過水泥混凝土路面?zhèn)鞯交鶎拥暮奢d應(yīng)力很小。但是，水泥混凝板底面基層強度不均勻，強度弱的地方容易發(fā)生變形，甚至?xí)鲁?，造成面層與基層之間局部脫空，面層應(yīng)力急劇增加，從而導(dǎo)致面板斷裂。即使不會導(dǎo)致面板斷裂，受支承層強度不均勻的影響，水泥板沒有良好的受力狀態(tài)，也會減少使用壽命。農(nóng)村四級路老路多數(shù)為泥灰結(jié)碎石路面，普通存在強度不均勻的現(xiàn)象，不鋪二灰結(jié)石等半剛性基層，直接以老路作為支承層，無法滿足水泥板長期使用受力的要求。

2.2 減輕沖刷唧泥的危害

泥灰結(jié)碎石的耐沖刷能力遠遠低于二灰結(jié)石等半剛性基層。當(dāng)泥灰結(jié)碎石頂面滯留從水泥板滲下來的水時，在行車荷載作用下，滯留水形成有壓水在水泥板底和接縫處高速流動，對基層頂面反復(fù)沖刷，基層材料中的細顆粒被拖曳離開結(jié)構(gòu)體，并從水泥板接縫處帶出，形成唧泥現(xiàn)象，隨著細顆粒不斷帶出，板底形成脫空，接縫兩側(cè)產(chǎn)生錯臺。當(dāng)水泥混凝土路面與基層之間脫空量及范圍較大時，水泥混凝土路面板猶如懸臂板，荷載應(yīng)力大幅度增加，水泥板極易發(fā)生斷裂。

交通繁重程度是影響基層受沖刷的程度以及唧泥、錯臺出現(xiàn)的可能性和程度的主要因素。因此，水泥混凝土設(shè)計規(guī)范要求必須根據(jù)交通等級來選用合適的基層。農(nóng)村四級路絕大多數(shù)為中等或輕交通，應(yīng)選用水泥穩(wěn)定粒料或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料作為基層。

2.3 保證水泥板厚度均勻

在荷載作用下，厚度不等的連接處，水泥板的荷載應(yīng)力容易發(fā)生突變，對水泥板使用具有很大的危害性。農(nóng)村四級公路水泥板厚度不均勻，甚至是相差很大，究其原因，主要是沒做半剛性基層。大多數(shù)砂石路高低不平整，起伏較大，存在偏拱和反拱的現(xiàn)象，即使對老路進行整修，也很難找平，而且會出現(xiàn)與老路結(jié)合不好的問題。受此影響，施工單位鋪設(shè)水泥板路邊厚度達到設(shè)計要求，其余部分厚度出現(xiàn)不同程度的偏差。

3 嚴(yán)格控制水泥混凝土強度的離散性

強度是衡量水泥混凝土路面質(zhì)量的主要指標(biāo)。

水泥混凝土強度Cv值在0.2左右，是水泥混凝土設(shè)計規(guī)范規(guī)定的高變異水平等級的高限值。變異系數(shù)可以作為反映工程質(zhì)量的一個輔助性指標(biāo)，Cv值大，說明質(zhì)量不穩(wěn)定，也說明施工隊伍的技術(shù)和管理水平低。

農(nóng)村公路建設(shè)以來，一部分建筑類施工企業(yè)承擔(dān)水泥路的施工，甚至少數(shù)包工頭通過掛靠某個企業(yè)取得施工權(quán)，因缺乏管理經(jīng)驗和技術(shù)力量，施工能力較低，很容易造成水泥混凝土強度離散性大的問題。要解決這個問題，主要抓好以下幾個方面：

3.1 材料級配要準(zhǔn)確

水泥混凝土路面開工前，試驗室根據(jù)施工單位提供的各種材料進行配合比設(shè)計，施工單位按照試驗室提供的配合比進行施工。但是，由于施工單位沒有固定的運輸車輛，所購材料由不同的廠家生產(chǎn)，致使碎石等材料規(guī)格改變，與原先報到試驗室的材料有很大的送別，卻仍然采用原先的配合比進行施工。混凝土材料級配達不到要求，質(zhì)量也隨之出現(xiàn)差異。根據(jù)工地的實際情況，及時調(diào)整材料的配合比，無論是人力，還是物力，都無法實現(xiàn)。因此，必須加強對施工單位材料收購工作的管理和檢查檢測的力度，要求施工單位只準(zhǔn)使用指定廠家生產(chǎn)的材料，避免材料混雜使用，保證材料級配準(zhǔn)確。

3.2 配料要精確

受條件制約和項目多等因素的影響，農(nóng)村水泥路多數(shù)采用小型機具施工，為減少配料上人為因素的影響，要求使用強制式拌和機。但是，大多數(shù)施工單位使用的強制式拌和機沒有配置計量設(shè)備，仍然使用人工上料，人工加水，所加材料和水的質(zhì)量具有很大的隨意性，用量不精確，誤差較大。尤其是在水泥使用上，少數(shù)單位為了獲取更多的利益，克扣水泥用量，使用水泥品種雜亂，甚至是以次充好、以劣充優(yōu)。為保證配料精確，要求施工單位必須配置自動計量設(shè)備，禁止人工上料。

3.3 防止材料離析和振搗不密實

材料離析和振搗不密實，對強度的影響較大。在施工中，要嚴(yán)格控制運輸距離和車輛的行駛速度，車輛起步和停車應(yīng)平穩(wěn)。車輛裝料前，應(yīng)清凈箱壁，灑水潤壁。裝料時，車輛應(yīng)挪動車位，卸料落差不大于2米。應(yīng)使用熟練振搗操作工，每車道使用2根振搗棒，沿橫斷面連續(xù)振搗密實。振搗棒在每一處持續(xù)時間，以表面不再冒氣泡和泛水泥漿為限，不宜過振，也不宜少于30秒，移動間距不大于50厘米。振搗棒應(yīng)輕插慢提，插如深度離基層3~5厘米。

3.4 嚴(yán)格控制砂的細度模數(shù)

在水泥混凝土混合料坍落度、粗集料最大粒徑、水灰比等其他條件一定的前提下，若使用粗砂，則單位用水量可適當(dāng)減少，砂率則適當(dāng)增加，采用細砂則反之。使用粗砂拌制的混凝土的主要問題是泌水較嚴(yán)重，靜態(tài)平整度不佳；使用細砂拌制混凝土，由于細砂比表面積大，需水量大，水灰比較高，農(nóng)村公路施工又不具備使用高效減水劑、降低水灰比的條件，其強度很難滿足要求，更重要的是，路面的抗滑性能低。因此，砂的細度模數(shù)應(yīng)在2~3.5之間。

4 科學(xué)合理地確定水泥板的厚度

嚴(yán)格地說，水泥板的厚度要根據(jù)路線設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用的次數(shù)，綜合考慮基層和水泥混凝土彎拉強性模量等諸多因素進行計算

交通量、路基狀況等條件不同，所計算出的水泥板的厚度是不同的。農(nóng)村公路尤其是鎮(zhèn)村四級公路面廣量大，按照標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計程序計算每條路水泥板的厚度也是不現(xiàn)實的。對水泥板的厚度，《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》依據(jù)交通等級推薦了范圍：在中等交通條件下，三級、四級路為20-24cm；輕交通為 22cm，雖未明確最低厚度，但是要求鋼纖維混凝土面層的最小厚度為14cm。按照鋼纖維混凝土面層厚度通常是普通混凝土面層厚度的0.65~0.75倍推算，普通水泥混凝土的最小厚度應(yīng)該為18~21cm。

通過近幾年工作實踐，結(jié)合規(guī)范要求，筆者認(rèn)為，農(nóng)村公路采用水泥混凝土路面時，應(yīng)分兩種不同情況，確定水泥板的厚度：一是做二灰結(jié)石基層。二級、三級公路板厚不宜小于20cm，四級路板厚不小于18cm；二是不做二灰結(jié)石基層，主要是指四級公路。原老路為瀝青路面或砂石路面的四級公路，當(dāng)強度滿足要求，即路面彎沉值≤130，在對坑塘修補整平后，可直接鋪筑20cm水泥混凝土路面。這樣，既能滿足長遠使用要求，又節(jié)省投資，對經(jīng)濟欠發(fā)達的地區(qū)來說，可以減輕配套資金籌集壓力，順利完成農(nóng)村公路建設(shè)任務(wù)。需要強調(diào)的是，選擇水泥板的厚度不能脫離道路所處的環(huán)境和交通情況，對承擔(dān)繁重交通運輸?shù)逆?zhèn)村四級路，建議水泥板的厚度不小于22cm。

無損檢測：

1 回彈法

回彈法是以在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上測得的回彈值和碳化深度來評定混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件強度的一種方法，它不會對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的力學(xué)性質(zhì)和承載能力產(chǎn)生不利影響，在工程上已得到廣泛應(yīng)用。

2 超聲波法

超聲波法檢測混凝土常用的頻率為20～250kHz，它既可用于檢測混凝土強度，也可用于檢測混凝土缺陷。

3 超聲回彈綜合法

回彈法只能測得混凝土表層的強度，內(nèi)部情況卻無法得知，當(dāng)混凝土的強度較低時，其塑性變形較大，此時回彈值與混凝土表層強度之間的變化關(guān)系不太明顯；超聲波在混凝土中的傳播速度可以反映混凝土內(nèi)部的強度變化，但對強度較高的混凝土，波速隨強度的變化不太明顯。如將以上兩種方法結(jié)合，互相取長補短，通過實驗建立超聲波波速—回彈值—混凝土強度之間的相關(guān)關(guān)系，用雙參數(shù)來評定混凝土的強度，即為超聲回彈綜合法。 實踐表明該法是一種較為成熟、可靠的混凝土強度檢測方法。

4 雷達法

鋼筋混凝土雷達多采用1GHz 及以上的電磁波，可探測結(jié)構(gòu)及構(gòu)件混凝土中鋼筋的位置、保護層的厚度以及孔洞、酥松層、裂縫等缺陷。它首先向混凝土發(fā)射電磁波，當(dāng)遇到電磁性質(zhì)不同的缺陷或鋼筋時，將產(chǎn)生反射電磁波，接收此反射電磁波可得到一波形圖，據(jù)此波形圖可得知混凝土內(nèi)部缺陷的狀況及鋼筋的位置等。雷達法主要是根據(jù)混凝土內(nèi)部介質(zhì)之間電磁性質(zhì)的差異來工作的，差異越大，反射波信號越強。 雷達法檢測混凝土其探測深度較淺，一般為20 cm 以內(nèi)，探地雷達使用較低頻率電磁波，探測深度可稍大些。此外，該法受鋼筋低阻屏蔽作用影響較大，且儀器本身價格昂貴，故實際工程上應(yīng)用的并不多。

5 沖擊回波法

沖擊回波法是用一鋼珠沖擊結(jié)構(gòu)混凝土的表面，從而在混凝土內(nèi)產(chǎn)生一應(yīng)力波，當(dāng)該應(yīng)力波在混凝土內(nèi)遇到波阻抗差異界面即混凝土內(nèi)部缺陷或混凝土底面時，將產(chǎn)生反射波，接收這種反射波并進行快速傅里葉變換可得到其頻譜圖，頻譜圖上突出的峰值就是應(yīng)力波在混凝土內(nèi)部缺陷或混凝土底面的反射形成的，根據(jù)其峰值頻率可計算出混凝土缺陷的位置或混凝土的厚度。由于該法采用單面測試，特別適合于只有一個測試面如路面、護坡、底板、跑道等混凝土的檢測。

6 紅外成像法

自然界中任何高于絕對零度的物體都是紅外線的輻射源，它們都向外界不斷地輻射出紅外線。紅外線是介于可見光與微波之間的電磁波， 其波長為0.76~1000 μm， 頻率為4×1014~3×1011 Hz。 混凝土紅外線無損檢測是通過測量混凝土的熱量及熱流來判斷其質(zhì)量的一種方法。當(dāng)混凝土內(nèi)部存在某種缺陷時，將改變混凝土的熱傳導(dǎo)，使混凝土表面的溫度場分布產(chǎn)生異常，用紅外成像儀測出表示這種異常的熱像圖，由熱像圖中異常的特征可判斷出混凝土缺陷的類型及位置特征等。這種方法屬非接觸無損檢測方法，可對檢測物進行上下、左右的連續(xù)掃測，且白天、黑夜均可進行，可檢測的溫度為-50~2000℃，分辨率可達0.1~0.02℃，是一種檢測精度較高、使用較方便的無損檢測方法，并具有快速、直觀、適合大面積掃測的特點，可用于檢測混凝土遭受凍害或火災(zāi)等損傷的程度以及建筑物墻體的剝離、滲漏等。

7 拔出法

拔出法用于檢測混凝土的強度，它是將安裝在混凝土體內(nèi)的錨固件拔出，測定其極限抗拔力，然后根據(jù)預(yù)先建立的混凝土極限拔出力與其抗壓強度之間的相關(guān)關(guān)系來測定混凝土強度的一種半破損檢測方法。大量實驗表明：極限拔出力與混凝土抗壓強度之間確實存在著某種近似線性的對應(yīng)關(guān)系，這就為該方法的應(yīng)用提供了堅實的基礎(chǔ)。 拔出法可分為預(yù)埋拔出法及后裝拔出法兩種，預(yù)埋拔出法是指預(yù)先將錨固件埋入混凝土內(nèi)的拔出法，后裝拔出法是指在已硬化的混凝土上鉆孔，然后在其上安裝錨固件的拔出法。前者主要適用于成批、連續(xù)生產(chǎn)的混凝土結(jié)構(gòu)

構(gòu)件的強度檢測，后者可用于新、舊混凝土各種構(gòu)件的強度檢測。 拔出法一般不宜直接用于遭受凍害、化學(xué)腐蝕、火災(zāi)等損傷混凝土的檢測。

8 鉆芯法

鉆芯法是利用專用鉆機和人造金剛石空心薄壁鉆頭，在結(jié)構(gòu)混凝土上鉆取芯樣以檢測混凝土強度和缺陷的一種檢測方法。它可用于檢測混凝土的強度，結(jié)構(gòu)混凝土受凍、火災(zāi)損傷的深度，混凝土接縫及分層處的質(zhì)量狀況，混凝土裂縫的深度、離析、孔洞等缺陷。 該方法直觀、準(zhǔn)確、可靠，是其他無損檢測方法不可取代的一種有效方法。鉆芯法檢測混凝土費用較高，費時較長，且對混凝土造成局部損傷，因而大量的鉆芯取樣往往受到限制，可利用其他無損檢測方法如超聲法與鉆芯法結(jié)合使用，以減少鉆芯數(shù)量，另一方面鉆芯法的檢測結(jié)果又可驗證其他無損檢測方法如超聲法的檢測結(jié)果，以提高其檢測的可靠性。

9 超聲波CT 法

超聲波具有穿透能力強，檢測設(shè)備簡單，操作方便等優(yōu)點，特別適合于對混凝土的檢測，尤其適合對大體積混凝土如大壩、橋墩、承臺及混凝土灌注樁的檢測。常規(guī)的超聲波對測法及斜測法可檢測混凝土內(nèi)部的缺陷，但這需要操作人員具有一定的工作經(jīng)驗，且檢測精度也不夠高，僅能得到某些測線上而非全斷面的混凝土質(zhì)量信息。 將計算機層析成像技術(shù)用于混凝土超聲波檢測，即為混凝土超聲波層析成像檢測方法。 該方法首先將待檢測混凝土斷面剖分為諸多矩形單元，如圖1 所示，然后從不同方向?qū)γ恳粏卧M行多次超聲波射線掃描，即由來自不同方向的多條射線穿過一個單元，用所測超聲波走時數(shù)據(jù)進行計算成像，其成像結(jié)果可精確、直觀表示出整個測試斷面上混凝土的缺陷及質(zhì)量信息，使檢測精度大為提高。