高速公路路面高性能露石混凝土及其施工方法与流程

1.本发明涉及高速公路路面施工技术领域，具体为高速公路路面高性能露石混凝土及其施工方法。


背景技术：

2.高速公路的行车安全性是高速公路设计及施工首要考虑的关键指标，高速公路路面良好的抗滑性能可保证车辆在行驶过程中能够有效的缩短刹车距离，可避免侧滑、侧翻等安全事故的发生。
3.高速公路隧道内路面形式主要为水泥混凝土，对于提高水泥混凝土的抗滑性能，常规做法为采用条纹状的滚轮碾压混凝土，使混凝土表面形成平行的条状凹槽，但此种做法虽然可提高混凝土的抗滑性能，但因碾压成型后的混凝土仍以光滑的水泥面和车辆的轮胎接触，效果不太理想。
4.露石混凝土是在水泥混凝土铺筑完成后，喷洒露石剂，延缓表面3mm～4mm厚水泥砂浆的凝结，但不影响主体混凝土的正常凝结硬化，当主体混凝土达到一定强度后，再刷洗表面进行除浆，露出2mm左右、均匀分布的粗集料表面。
5.故现在急需提供一套完整的适用于高速公路路面防滑性能较好的露石混凝土施工方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种高速公路路面高性能露石混凝土及其施工方法。本发明是采用如下技术方案实现的：高速公路路面高性能露石混凝土，其原料包括126 kg/m
³
的水、370 kg/m
³
的低热硅酸盐水泥、703 kg/m
³
的河砂且其粒径不大于2.36mm、1251 kg/m
³
的非碱活性的碎石且其粒径为9.5mm～13.2mm、9.25 kg/m
³
的缓凝型的高效引气减水剂。
7.采用上述高速公路路面高性能露石混凝土进行施工的施工方法，主要包括如下步骤:1) 露石路面施工机械校验；2）调平层质量检查验收；3）测量放样、架设模板；4）面层砼拌合、运输；5）面层混凝土布料；6）传力杆布设；7）面层混凝土摊铺、捣振、整平；8）拉杆插入；9）人工修整、光面；10）喷洒露石剂、腹膜；11）拆膜清扫；12）钢模板拆除、切缝及冲洗；13）喷洒露石抗剥落剂；14）覆盖土工布、保温保湿养生。本领域技术人员公知，该施工方法中的每个步骤单独来说都是本领域技术人员的常规手段，本施工方法的创造性在于将其步骤方法进行整合，并与露石混凝土的原料配比相适配，从而得到防滑性较好的高速公里路面。
8.进一步地，露石混凝土的构造深度为0.8mm～1.2mm，露石混凝土的露石深度为1.5mm～ 2.6mm。
9.本发明所产生的有益效果如下：采用本发明中的施工方法进行施工，使得露石混凝土路面显著提高了路面的抗滑性能、降噪性能，可广泛应用于事故频发、行车安全性低的
长大纵坡、长大隧道、过水路段等特殊工程部位或多雨的山区路段、复杂环境条件下要求较高抗滑的路段。
附图说明
10.图1为露石混凝土用砂级配区间图；图2为本发明的施工方法流程图。
具体实施方式
11.具体以山西静兴高速公路土建大万山隧道为实施例进行说明。
12.山西静兴高速公路土建大万山隧道，位于山西省吕梁市岚县境内，标段内线路全长30.325km，其中有5288m特长隧道1座，根据设计要求，本工程隧道内路面均采用露石混凝土进行施工。本露石混凝土路面工程的路面承载力要求高、地处高寒区域，极具挑战性。
13.一、确定高速公路路面高性能露石混凝土原料以及施工过程中所使用的原料1.采用低热硅酸盐水泥，具有耐久性好、后期强度高的特点，试验研究表明低热硅酸盐水泥的吸水率小、屈服黏度低，有助于低坍落度混凝土的体积稳定性、耐久性。
14.2.河砂的粒径选择考虑提供微观构造砂浆表面的耐磨性与耐久性，不大于2.36mm。经过大量的试验证明，微观构造的体现主要依靠河砂细小颗粒与轮胎间的摩擦阻力，颗粒细小与抗滑性能在接触增大的同时，抗滑性是同步增加的。河砂宜选用中砂偏细，如图1中的a线条所示。在粒径选择上＞2.36mm的河砂容易脱落，对露石混凝土表层的耐久性造成不利影响。露石混凝土用碎石技术性能要求较普通混凝土路面要高，碎石不得有碱活性或疑似碱活性，碎石粒径范围9.5mm～13.2mm。其他技术指标见表1。
15.表1露石混凝土用碎石要求3. 混凝土专用液化剂技术指标应满足jtg/t f30-2014中引气缓凝高效减水剂要求。
16.4. 露石剂宜采用液剂，露石剂的喷洒量为300
±
15g/m2。
17.5、根据原料特性和工艺要求，露石混凝土的原料配比通过采用正交试验的设计方法，设计出符合各项性能要求的露石混凝土配合比。
18.1）具体配比如下：高速公路路面高性能露石混凝土，其原料包括126 kg/m
³
的水、370 kg/m
³
的低热硅酸盐水泥、703 kg/m
³
的河砂且其粒径不大于2.36mm、1251 kg/m
³
的非碱活性的碎石且其粒径为9.5mm～13.2mm、9.25 kg/m
³
的缓凝型的高效引气减水剂，其中，所述减水剂包括250-270份（如采用250份、255份、260份、263份、265份、268份、270份）的聚羧酸母液、100-120份（如采用100份、110份、113份、115份、120份）的保坍、18-22份（如采用18份、19份、20份、21份、22份）的葡萄糖酸钠、14-16份（如采用14份、15份、16份）的糊精、0.4份的三萜皂苷引气剂、0.4份的科莱恩引气剂和580-600份（如采用580份、585份、590份、593份、598份、600份）的水。
19.2）工作性能：露石混凝土的工作性能应与施工工艺相匹配，混凝土振动黏度系数100～400ns/cm2（振动黏度系数评定参见jtg/t f30-2014附录a）。采用低频排阵（频率＜100hz）的三辊轴整平机混凝土坍落度宜为40mm～80mm，出机混凝土坍落度不大于100 mm；采用高频排阵的三辊轴整平机混凝土坍落度宜为30～50 mm，出机坍落度混凝土不大于70 mm，具体为混凝土一般铺两层，下层混凝土坍落度大，用低频排振的三辊轴整平机，上层混凝土坍落度小，用高频排阵的三滚轴振动整平机。
20.3）力学性能：为避免混凝土路面断板等重大病害的发生，满足路用性能，路面混凝土必须保证其抗折强度满足设计要求，通常以7d、28d抗折强度作为验收指标。
21.4）路用性能控制指标：隧道露石混凝土路面抗滑性能一直是行车安全的重要保障参数，近些年公路水泥混凝土路面的抗滑性能衰减是行车安全的重大隐患，提出控制路面抗滑耐磨性能的控制指标是非常必要的。抗滑性能的保证主要为两个控制指标耐磨性能和粗糙度指标。面层混凝土的构造深度宜为0.8mm～1.2mm，露石深度宜为1.5mm～2.6mm，露石处理前的表面砂浆层厚度宜超过2mm。路面集料的外露减小了滚动噪声，比传统混凝土路面降低噪声 3db (a)左右，明显降低交通噪声水平。
22.5）耐久性能：路面混凝土的耐久性能是决定路面使用寿命的关键因素，作为隧道内混凝土路面，抗冻性能为关键指标，因此混凝土的抗冻性能必须作为配合比选定的关键参数，同时在施工过程中应同步进行抗冻试件的制作，确保混凝土的耐久性能满足设计要求。
23.二、确定施工方法的具体步骤及操作要点1、具体步骤如图2所示，高速公路路面高性能露石混凝土施工方法，主要包括如下步骤:1) 露石路面施工机械校验；2）调平层质量检查验收；3）测量放样、架设模板；4）面层砼拌合、运输；5）面层混凝土布料；6）传力杆布设；7）面层混凝土摊铺、捣振、整平；8）拉杆插入；9）人工修整、光面；10）喷洒露石剂、腹膜；11）拆膜清扫；12）钢模板拆除、切缝及冲洗；13）喷洒露石抗剥落剂；14）覆盖土工布、保温保湿养生。
24.2、操作要点1）测量放样：首先须根据设计图纸放出中心线及边线，设置胀缝、缩缝、曲线起迄点等桩位，同时根据放好的中心线及边线，在现场核对施工图纸的混凝土分块线。
25.2）调平层清扫：调平层的清扫、润湿是保证调平层与面层的有效结合；润湿是防止调平层吸附面层混凝土拌合物中的水分，起到了有效隔离、保证了面层水泥混凝土的质量。
26.3）架设模板：安装模板前对模板涂刷脱模剂。采用25号槽钢作为模板，根据设计要
求预埋传力杆或拉杆，模板高度须与面层混凝土厚度一致。同时，安装模板前须对基层进行检测，模板的平面位置与高程须符合设计要求，平面位置偏差不大于5mm，纵向高程偏差不大于3mm，模板须安装稳固，能承受摊铺、振捣、整平时的冲击和振动作用。模板间的连接须紧密平顺，不得有错缝、错位和不平顺现象，模板接头处填塞紧密以防止漏浆，模板内侧须涂脱模剂。
27.4）拌合站自动计量拌合：混凝土拌合前，须先在搅拌机内用适量的混凝土拌合物或同配合比砂浆试拌并排出，向搅拌机投料的顺序宜有利于混凝土拌合均匀，通常为粗集料（碎石）
→
胶凝材料（低热硅酸盐水泥）
→
细集料（河砂）
→
水，投入减水剂时需和水一起投入，须在尽可能短的时间内将混凝土拌合均匀。每台班或拌合200 m3混凝土拌合物，需制作两组抗折强度试验的试件，必要时可增制抗压强度试件。
28.5）水泥混凝土的运输：运输采用混凝土自卸运输车，装运混凝土的运输车内壁须平整、光洁、不漏浆，使用前后须冲洗干净。在运输中混凝土明显离析时，摊铺时须重新拌合均匀。
29.6）面层混凝土布料、传力杆：混凝土拌合物摊铺前，须对模板和基层进行全面检查，以保证混凝土面板的几何尺寸符合设计要求。混凝土摊铺时，料铲须反扣，严禁抛掷和搂耙，防止拌合物离析。传力杆的布设采用前置支架法，料车卸料后布设，布设时应根据标记线准确布设，并同时应避免扰动传力杆布设位置。
30.7）面层混凝土振捣：振捣时采用插入式振捣器与平板式振捣器配合使用，先用插入式振捣器振捣，插入式振捣器的移动距离不宜大于作用半径的1.5倍，振捣器至模板边缘的距离须不大于其作用半径0.5倍。振捣时须避免碰撞模板、钢筋、传力杆。平板振捣器纵横振捣时须重叠10cm~20cm。振捣器在每一位置停留时间须足够长，平板振捣器不宜小于15s，插入式振捣器不宜小于20s，以便将混凝土拌合物振捣密实。当拌合物停止下沉、不再冒泡并泛水泥浆时，混凝土即被振捣密实。
31.8）面层混凝土提浆整平：混凝土经刮平后，应立即用三辊轴混凝土摊铺机进行提浆和整平。三辊轴混凝土摊铺机滚压整平时，应有专人处理轴前的试样，试样过高时应辅以人工铲除，轴下有间隙时，应使用混凝土填补。三辊轴混凝土摊铺机整平后，表面宜采用搓平梁反复搓平1-2遍，最后采用横向通长的铝合金刮尺往返2～3遍进行精确刮平。同时应进行清边整缝，清除粘浆，修补缺边、掉角。混凝土用直尺刮平后，待其表面泌水完毕后及时进行精平，以保证路面表面平整度。
32.9）露石剂喷洒及覆膜：路面混凝土光面后，混凝土表面无明显泌水时应立即进行露石剂的喷洒，露石剂喷洒应均匀、着色明显。喷涂露石剂后应及时覆盖塑料薄膜，防止混凝土表面失水过快。
33.10）拆薄膜及清扫：拆薄膜时间应根据当时环境温度及混凝土水化的成熟度控制，一般控制在混凝土终凝后4-8h内完成。宜采用先清扫再水洗的方式，以保证清扫的劲度和效率。清扫时应排除机械对混凝土结构破坏和过度扰动。
34.11）切缝：切缝应在混凝土表面清洗过后立即进行，切缝以混凝土不崩边为最佳切缝时机（一般达到混凝土强度的25%时，即可切缝）。
35.12）模板拆除：模板拆除时间要根据气温和混凝土强度的增长而确定，依据jtg/t f30-2014，当缺乏强度实测数据时，边侧模板的最早允许拆模时间应符合下表2规定，并且
面层混凝土的抗压强度不应小于8.0mpa。
36.表2露石混凝土面层的最早允许拆模时间（h）13）喷洒抗剥落剂及混凝土路面养生：模板拆除后应立即进行混凝土抗剥落剂的喷洒，喷洒抗剥落剂后即可覆盖养生，因隧道施工环境较为潮湿，覆盖土工布或草帘进行保温保湿养生。养护期间严禁车辆碾压。
37.露石混凝土与普通混凝土、沥青混凝土相比，具有路面强度高、使用寿命长、施工费用低、养护费用低等特点。山西静兴高速公路土建大万山隧道全长5288m，隧道内路面全部采用露石混凝土施工，与普通沥青混凝土相比，节约成本384307 元，经济效益显著。同时露石混凝土路面也是目前隧道路面形式发展的趋势，具有较高的推广价值。
38.通过本研究，保证了静兴高速大万山隧道隧道内露石混凝土路面施工各工序的生产质量，总结出一套合理、先进的施工工艺，同时对露石混凝土的应用，更加深入的掌握了其性能以及施工要点，按照设备定置管理、材料定量提取、节约工作时间的原则，优化配备人员使用数量，避免不必要的材料浪费，大幅提高设备使用效率，保证了更高的工作效率。露石混凝土与普通混凝土、沥青混凝土相比，除了上述诸多路用性能优势外，同时具有路面强度高、使用寿命长、施工费用低、养护费用低等特点，露石混凝土与普通沥青混合料面层相比，以静兴高速大万山隧道路面工程为例，造价可节约 38万余元。该工程隧道内露石混凝土路面是目前隧道路面形式发展的趋势，具有较高的推广价值，该工法的成功研发，创造了巨大的经济及社会效益，有效保证了隧道内路面的施工质量，保证了隧道的行车安全、降低了噪音污染，得到了业界的一致好评。