大面積金剛砂水泥混凝土路面施工技術探討

蔣子杰 李東毅 劉戈 廖朝義

摘要：為提高金剛砂耐磨料與路面水泥混凝土的有效濕接，提升路面平整度及抗滑性能，文章結合廣西沙吳高速公路工程案例，提出了兼顧經濟性與抗滑性的金剛砂最佳撒布量確定方法，研究了保證雙層材料濕接強度的施工控制措施，形成了路面平整度提升的關鍵施工步驟?，F場試驗結果表明：采用低坍落度混凝土時，砂漿層厚度宜控制在3～5 mm，金剛砂撒布量為2.5～3.5 kg/m2時既能保證粘結性，又利于平整度提升；根據通車6個月前后抗滑性能衰減情況顯示，金剛砂水泥混凝土路面抵抗抗滑衰減性能較好。

關鍵詞：金剛砂；水泥混凝土路面；施工技術

中圖分類號：U416.216A060194

0引言

金剛砂濕接水泥混凝土路面抗滑耐磨功能層，是指將金剛砂耐磨材料嵌入水泥混凝土路面表面層形成特定耐磨功能層的水泥混凝土路面，其具備兩層功能層，表面層為抗滑耐磨層，下層為水泥混凝土承重層。金剛砂水泥混凝土路面集合了金剛砂硬度大、不易磨損和水泥混凝土強度高、穩定性好的特點，在同等條件下，比一般水泥混凝土路面有著更高的抗磨耗性能［1-3］。金剛砂功能層與水泥混凝土均勻結合成整體共同受力，受其原材料、混凝土性能、施工設備及工藝流程等因素影響很大［4-7］。本文結合南寧沙井至吳圩高速公路沙井收費站廣場金剛砂路面工程案例，研究金剛砂水泥混凝土路面施工技術。

1工程概況

1.1工程設計情況

沙吳路沙井收費站廣場路面長度為188 m、寬度為117.8 m、面積為22 146 m2。路面結構形式為18 cm級配碎石粒料層+20 cm 4%水泥穩定碎石底基層+20 cm 5%水泥穩定級配碎石基層+透層+3 cm AC-10F瀝青混凝土功能層+30 cm C35鋼筋水泥混凝土面層，詳見圖1。由于面積較大，混凝土面層設計分塊施工，路線縱向接縫采用長80 cm、16 mm拉桿連接，路線橫向接縫采用長50 cm、34 mm傳力桿連接。

1.2工程難點

沙井收費站廣場采用金剛砂鋼筋水泥混凝土路面設計，既提高了路面承載能力，又提高了路面抗滑持久性。但是金剛砂鋼筋水泥混凝土路面施工工序較多，現有施工工藝施工周期較長，對混凝土性能和金剛砂嵌入施工要求較高。施工準備期的籌備工作應更加充分，包括各班組人員施工組織、工序有效銜接、設備的使用熟練程度、金剛砂撒布工藝熟練度等。施工控制的重點為金剛砂最佳撒布量、人工撒布的均勻性、濕接嵌入深度、金剛砂路面表面塑性拉毛時機、平整度提升措施等。

2試驗設計

2.1原材料要求

2.1.1金剛砂耐磨材料

金剛砂耐磨料根據粒徑大小可分為粗粒式耐磨料（最大公稱粒徑＞2.36 mm）和細粒式（最大公稱粒徑≤2.36 mm）兩類，其主要成分包括骨料和膠結物兩種。骨料為砂狀，母料建議選用輝綠巖、金剛砂、金剛玉、高密度陶瓷等，約占總重的75%～85%，骨料硬度在莫氏8度以上；膠結物為經過處理的高標號水泥或者硅灰與水泥混合物，其應符合《公路水泥混凝土路面施工技術細則》（JTG/TF30-2014）的規定，約占總重量的15%～25%。項目采用的金剛砂耐磨材料通過市場成品采購，并按《混凝土地面用水泥基耐磨材料》（JC/T906-2002）開展28 d抗折、抗壓強度、表面強度（壓痕直徑）和耐磨度比等關鍵技術指標檢測，結果如下頁表1所示。

2.1.2混凝土原材料

金剛砂水泥混凝土路面原材料與一般水泥混凝土路面相差不大，本項目水泥采用華潤P.O42.5號普通硅酸鹽水泥；粗集料為灰巖碎石，分三檔（16.5～31.5、10～20、5～10）級配；細集料采用天然河砂，細度模數為2.6，中砂；外加劑為復合型外加劑，具有減水、緩凝功能，其中液化劑（發泡劑）增加劑量為25 kg/t。

2.2金剛砂最佳撒布量的確定方法研究

金剛砂耐磨料的最小撒布量應≥1.5 kg/m2，最佳撒布量應不小于最小用撒布量的1.12倍，且不大于最大撒布量，每平方米嵌入的耐磨料撒布量宜按以下方法進行試驗：

（1）粗粒式耐磨料以3.0 kg/m2作為試驗基準用量，[KG（0.3mm]0.3 kg/m2為浮動變量，測試試驗用量范圍為1.5～[KG）]4.5 kg/m2。

（2）細粒式耐磨料以2.5 kg/m2作為試驗基準用量，0.25 kg/m2為浮動變量，測試試驗用量范圍為1.25～ 3.75 kg/m2。

（3）本項目金剛砂采用細粒式耐磨料，耐磨料撒布量為2.25～2.75 kg/m2。

2.3混凝土性能參數研究

本項目路面水泥混凝土在滿足攤鋪和施工周期的前提下，盡量采用低坍落度混凝土，保證混凝土面板密實且預防收縮裂縫；同時還要考慮表面層振動出漿量，便于金剛砂嵌入施工。為此，C35水泥混凝土配合比根據施工工藝和施工需求等進行設計，施工配合比結果如表2所示，拌制的混凝土性能如表3所示，均滿足施工要求。

3施工質量控制研究

3.1施工工藝

本項目金剛砂水泥混凝土路面施工工藝分為混凝土層施工和金剛砂耐磨層施工，按順序進行混凝土層、嵌入層連續施工。施工工藝流程如圖2所示。

3.2施工準備

3.2.1模板制作及安裝

模板采用槽鋼制作，表面光潔，模板邊角順直、平整、潔凈；模板端頭和側門結合縱向傳力桿、橫向傳立桿、脹縫板的位置預留開孔，在孔口位置焊接直徑40 mm的鋼導向管，確保傳力桿安裝方向無偏差。

模板采用三角支持式安裝，檢查牢固，避免出現松動、跑?；蛳鲁恋痊F象。模板拼縫嚴密無漏漿，模內清潔無雜物。每隔40 cm對安裝好的模板進行加密支撐，并保證模板與垂直線保持約2°的外傾角，確保三輥軸走在一條邊上，提高平整度。澆筑混凝土前，用空壓機吹干凈模板內塵土，覆蓋油紙，并提前做好分板標記，拉線后采用紅油漆噴于模板外側瀝青功能層上。

3.2.2鋼筋制作

混凝土面板設計上均設置了鋼筋網，在路面施工開始之前，應加工綁扎好單面板尺寸的鋼筋網，存放備用；橫向傳力桿按設計尺寸測量加工，并制作傳力桿支架縱向拉桿。

3.2.3施工主要機械準備

（1）三輥軸機組。三輥軸應滿足最大鋪筑寬度要求，根據面板寬度為5.7 m、6.2 m，三輥軸為兩套，寬度為6.5 m和7.2 m。

（2）振動排陣為獨立構件，與三輥軸為兩套單獨的設備，排陣的振搗棒數量滿足要求，最大間距滿足≤35 ?cm的最低要求。

（3）自卸車自帶篷布覆蓋，在后斗處采用膠條封邊，做到裝料封閉，運輸時不漏漿。

（4）挖掘機采用兩臺輪式挖掘機進行布料。

（5）行走棧橋、3 m刮尺、鋁金屬條等。

3.3路面混凝土施工

（1）混凝土攪拌：路面混凝土在拌和站集中攪拌制作，每斗料生產攪拌90 s。

（2）混凝土運輸：混凝土通過自卸車運輸到現場采取倒車進入直卸的方式?；炷涟l料采取連續發料的方式，第一車和第二車混凝土作為底下25 cm的混凝土覆蓋層，第三車混凝土作為頂面5 cm的混凝土覆蓋層。

（3）混凝土攤鋪：水泥路面分兩層攤鋪，階梯施工?；炷恋浆F場后，通過人工指揮自卸車卸料和輪式挖機輔助第一層25 cm混凝土攤鋪；第二層5 cm采用挖機裝卸新到的混凝土并攤鋪。在第一層25 cm混凝土完成布料攤鋪后，及時在板縫位置安裝傳力桿，位置要求準確，安裝平整、牢靠，并做好標識，方便后續切縫時準備。

（4）混凝土振搗：混凝土振搗采用排振振搗，方向由起點往終點進行。下層混凝土2～3次振搗密實后，安裝、整平鋼筋網片，調整鋼筋網片與面層距離，保證設計間距要求。上層5 ?cm混凝土攤鋪后，采用排振再次進行振搗，振搗棒插入上面層底10 cm以上，保證上、下層混凝土有效結合，表面產生水泥漿。

（5）混凝土整平：采用三輥軸對振搗后的混凝土表面進行滾壓、甩漿、粗平，人工輔助將多出的漿及混凝土鏟至下一塊面板處。三輥軸反復碾壓3次左右后，使混凝土表面出漿量達到要求。振動滾壓完成后，升起振動輥，用甩漿輥拋漿整平一遍，再用整平軸前后靜滾整平。如混凝土表面未出漿，則人工采用鋁合金條進行搓漿，同時對混凝土進行精平。

3.4金剛砂耐磨功能層施工

3.4.1人工金剛砂撒布量及撒布均勻性控制

混凝土面層搓漿達到要求的＞2 mm時，開始進行金剛砂撒布施工。金剛砂采用人工撒布施工，按2.25～2.75 kg/m2撒布，順序宜先路面四邊，后中間撒布。此外，可配置整體式移動棧橋便于進行板中施工。

3.4.2濕接嵌入施工控制措施

金剛砂完成撒布待其濕潤后，再次使用三輥軸或單滾軸進行反復碾壓，該過程中如出現濕潤金剛砂粘滾軸，滾軸可以適當灑水濕潤；如金剛砂較干，可采用霧狀的噴霧槍進行灑水輔助濕潤。最后運用3 m刮尺進行反復多次的刮面，也可以采用振動刮平尺進行振搗刮平，通過碾壓和刮動使金剛砂和混凝土融合在一起，在表面層形成一層均勻、平整的金剛砂。

3.4.3拉毛窗口期控制措施

完成混凝土刮平后，對混凝土表面進行檢查，判斷時機（使用手指按壓，混凝土表面有輕微凹陷時）及時采用鋼刷進行拉毛。拉毛使用鋁合金條做水平標尺，并根據混凝土表面干濕程度選擇力度。

3.4.4混凝土養生

完成拉毛施工后，及時覆蓋土工布或薄膜進行灑水養生。在混凝土養生期，嚴禁車輛通行。

3.4.5路面接縫施工

3.4.5.1橫向接縫施工

本項目橫向接縫設計有三類，分別為橫向縮縫、橫向脹縫和橫向施工縫。橫向縮縫按設計位置設置，采用傳力桿假縫形式，頂部鋸切槽口，槽深度80 mm、寬6 mm。橫向脹縫按設計位置設置，采用傳力桿支架，傳力桿一半以上長度的表面涂防粘涂層，端部戴10 cm傳力桿套筒，其縫壁垂直，縫隙寬度一致，縫中完全不連漿，在混凝土未硬化時，剔除縫內混凝土，填嵌縫料，整平表面；脹縫寬20 mm并連續貫通整個路面板寬度。橫向施工縫在施工結束或者臨時原因中斷時設置，一般設置在橫向縮縫和橫向脹縫位置，在縮縫位置時，采用傳力桿平縫形式；在脹縫位置時，與脹縫形式一樣。

3.4.5.2縱向接縫施工

本項目縱向接縫有兩類，分別為縱向縮縫和縱向施工縫?？v向接縫應按設計位置設置，并結合實際施工進行調整，當一次鋪筑寬度＞4.5 m時，應設置縱向縮縫，采用拉桿假縫形式，頂部鋸切槽口，槽深120 mm、寬6 mm；當一次鋪筑寬度小于路面寬度時，應設置縱向施工縫，采用拉桿平縫形式，頂部鋸切槽口，槽深40 mm、寬6 mm。

3.4.5.3接縫槽口施工

接縫頂部的槽口，應采用切縫法施工，切縫方式有全部硬切縫、軟硬結合切縫和全部軟切縫3種。采用何種切縫方式施工，應視施工地區下午1：00-3：00最高溫度與凌晨1：00-3：00最低溫度的溫差決定。切縫作業應符合下列規定：晝夜溫差＜10 ℃時切縫最長時間不得超過24 h，晝夜溫差10 ℃～15 ℃時切縫采用軟硬結合切縫，每隔1～2條提前軟切縫，其余用切縫補切。

4金剛砂水泥混凝土路面實施效果

金剛砂混凝土路面養生到期，按照設計文件要求和《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2017）對路面進行檢測，其抗滑值為86.5，大于設計要求的70；便攜式八輪平整度儀檢測平整度均方差為0.98 mm，小于規范要求的1.32 mm。在項目通車6個月后進行路面抗滑值測試，其抗滑平均值仍保持在80左右。

5結語

結合本文案例施工工藝和工序質量控制要求，金剛砂水泥路面施工應做好以下工作：

（1）金剛砂水泥混凝土路面施工工序較多，施工準備期的籌備工作應更加充分，包括各班組人員施工組織、工序有效銜接、設備的使用熟練程度、金剛砂撒布工藝熟練度等，以縮短施工周期，保證金剛砂嵌入施工時低坍落度混凝土仍具備最優施工性能。

（2）金剛砂嵌入施工質量是金剛砂水泥混凝土路面施工成敗的關鍵，研究金剛砂撒布時機對提升金剛砂嵌入施工質量的影響較大，既要一定厚度的水泥漿懸浮固定金剛砂覆蓋在水泥混凝土表面上形成均勻層，又要避免水泥漿過少或過多，造成金剛砂嵌入不牢或金剛砂經振搗后下沉到水泥漿底部而面上浮漿多。

（3）大面積金剛砂水泥混凝土路面施工應嚴格做好水泥板間傳力桿、連接桿以及切縫施工，避免混凝土熱脹冷縮損壞混凝土板。

（4）金剛砂水泥混凝土路面各方面性能較好，尤其抗滑效果好，抗損耗能力較強，適合啟、停加速路段應用，而且金剛砂耐磨材料市場上成品很多，施工設備普通，工藝較為成熟，環境污染少。金剛砂水泥混凝土路面具有不錯的推廣價值。

參考文獻

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作者簡介：蔣子杰（1985—），工程師，主要從事高速公路建設管理工作。