z水泥混凝土路面施工ppt课件.ppt
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1、第一节第一节 水泥混凝土路面的构造和特点水泥混凝土路面的构造和特点 一、水泥混凝土路面的构造及其基本要求一、水泥混凝土路面的构造及其基本要求1路基:路基:水泥混凝土面层板具有很高的刚度和扩散荷载的能力,通过面层板传到路基顶面的荷载压应力值很小,一般不超过0.05MPa。因此,水泥混凝土路面并不要求强度大或承载力高的路基。然而,如果路基的稳定性不足,产生不均匀沉陷,则仍将给混凝土面层带来很不利的影响。由于路基不均匀支承,会使面板在受荷时底部产生过大的弯拉应力,导致混凝土路面破坏。路基支承不均匀的原因主要是由于填料的土质不均匀、湿度不均匀、膨胀土冻胀、湿软地基未达充分固结、排水设施不良、压实不足或
2、不当,以及新老路基交接处、填挖交界处处理不当等多种原因所造成的。为了保证路基支承的均匀性,遇有上述情况时,宜分别采取相应的处理措施:(1)选择填料:)选择填料:宜选用低膨胀性土(塑性指数在10以下)或对冰冻不敏感的土(砂砾等)作填料;将膨胀性高或对冰冻敏感的土放在路堤的下层,而在上层用好填料填筑;对不同来源和性质的填料进行适当地拌和等。(2)控制压实度和压实时的含水量:在在气候为润湿、中湿或过湿的地区压实塑性气候为润湿、中湿或过湿的地区压实塑性土土,压实时的含水量宜略高于最佳含水量压实时的含水量宜略高于最佳含水量。这时的压实土。这时的压实土,渗透性、浸水后的膨胀渗透性、浸水后的膨胀量和冻胀都可
3、减小量和冻胀都可减小,从而可提供体积变化从而可提供体积变化小而支承均匀的路基。小而支承均匀的路基。 (3)加强路基排水设施:)加强路基排水设施:尽可能提高路基设计标高或加深边沟底部深度,以增加路面同地下水位之间的距离。设置路基排水设施,以拦截浅透水层流向路基的渗透水或降低地下水位。(4)对路基上层土进行处理:)对路基上层土进行处理:路基上层土,特别是对于湿软土层,应采用低剂量石灰或水泥等结合料作稳定处理。2.基层和垫层:基层和垫层:水泥混凝土面层下设置基层和垫层,主要有如下几方面的作用:(1)防卿泥:)防卿泥:混凝土面层如直接放在路基上,会由于路基土塑性累计变形量大,细料含量多和抗冲刷能力低而
4、极易产生卿泥现象。铺设基(垫)层后,可减轻以至消除卿泥的产生。(2)防冰冻:)防冰冻:在季节性冰冻地区,用对冰冻不敏感的粒状多孔材料来铺筑基(垫)层,可以减少路基的冰冻深度,从而减轻冰冻的危害作用。3)防水)防水:在湿软土基上,铺筑开级配粒料基(垫)层,可以排除从路表面渗入面层板下的水分,以及隔断地下水毛细上升。(4)减小路基顶面的压应力)减小路基顶面的压应力,并缓和路基不均匀变形对面层的影响。(5)为面层施工)为面层施工(如立侧模、运送混凝如立侧模、运送混凝土混合料等土混合料等)提供方便。提供方便。同时,还能提高路面结构的承载能力,延长路面的使用寿命。3水泥混凝土路面对基层和垫层结构方水泥混
5、凝土路面对基层和垫层结构方面的要求:面的要求:(1)刚度要求)刚度要求:随着交通繁重程度的增加,对水泥混凝土面层下基层和垫层的刚度要求应逐渐提高,以限制板的弯沉量,从而减少卿泥和错台等病害的产生。在公路水泥混凝土路面设计规范中,按交通等级分别提出了基层顶面当量回弹模量Et的最低要求。因而,在选择基层和垫层类型和确定其厚度时,应考虑满足要求。而在原有公路上铺筑混凝土面层时,原有路面顶面的当量回弹模量Et也需满足规定。 (2)防冻胀要求:)防冻胀要求:在季节性冰冻地区,路面结构的总厚度(包括面层、基层和垫层)应占当地最大冰冻深度的一定比例,以防止或减轻路基不均匀冻胀对混凝土路面的不利影响。 (3)
6、厚度:)厚度:防止卿泥所需的基层或垫层厚度一般不得小于15cm,作为原有路面上的补强,最小结构厚度一般为810cm。此外,基层和垫层的厚度确定还要满足表基层顶面当量回弹模量的要求。同时,在季节性冰冻地区则要考虑满足抗冻层最小厚度的要求,并按此调节垫层的厚度。(4)宽度:)宽度:基层和垫层的宽度应大于面层宽度,以便有足够的位置供立侧模用,同时,较宽的基层和垫层也有利于改善面层板边缘的受荷条件。 4排水和路肩:排水和路肩:(1)面层一基)面层一基(垫垫)层一路肩排水系统:层一路肩排水系统:为了迅速排除渗入路槽内的水分,可以采用开级配粒料作基层(或垫层),汇集通过面层接(裂)缝和外侧边缘渗下的水分,
7、通过空隙和横坡横向排至基层(或垫层)的外侧,并由纵向集水管汇集后横向排出路基。开级配粒料,可以不用结合料处治,而用水泥或沥青结合料处治。为防止路基土的细粒渗入渗水基层(或垫层),堵塞空隙而使排水作用失效,在透水基层(或垫层)下应设置过滤层。 (2)路肩:)路肩:路肩给路面结构提供侧向支承,供车辆紧急或临时停靠,在车行道进行修补时可作为临时车道使用,因而路肩应具有一定的承受车辆荷载的能力。路肩的层次结构和材料选择,除了考虑承载能力外,还应结合路面排水系统的布置和要求,使渗入路面的水分能由排水通道迅速排离出路面结构,为铺筑出符合质量标准的水泥混凝土路面提供基本保证。 二、水泥混凝土路面的特点:二、
8、水泥混凝土路面的特点:所谓素混凝土路面,是指除接缝区和局部范围(边缘和角隅)外不配置钢筋的混凝土路面。1水泥混凝土路面具有以下优点:水泥混凝土路面具有以下优点:(1)强度高:)强度高:混凝土路面具有较高的抗压强度和抗弯拉强度以及抗磨耗能力。(2)稳定性好:)稳定性好:混凝土路面的水稳性、热稳性均较好,特别是它的强度能随着时间的延长而逐渐提高,不存在沥青路面的那种老化现象。(3)耐久性好:)耐久性好:由于混凝土路面的强度和稳定性好,所以它经久耐用,一般能使用2040年,而且它能通行包括履带式车辆等在内的各种运输工具。(4)养护费用少、经济效益高)养护费用少、经济效益高:与沥青混凝土路面相比,水泥
9、混凝土路面的养护工作量和养护费用均较少。它的建筑投资虽较大,但使用年限长,故所分摊于每年的工程费用较少。(5)有利于夜间行车:)有利于夜间行车:混凝土路面色泽鲜明,能见度好,对夜间行车有利。2水泥混凝土路面的缺点:水泥混凝土路面的缺点:(1)对水泥和水的需要量大:)对水泥和水的需要量大:这对水泥供应不足和缺水地区带来较大困难。(2)有接缝:)有接缝:一般混凝土路面要建造许多接缝,这些接缝不但增加施工和养护的复杂性,而且容易引起行车跳动。 (3)开放交通较迟:)开放交通较迟:一般混凝土路面完工后,要经过1520天的湿治养生,才能开放交通。(4)修复困难:)修复困难:混凝土路面损坏后,开挖很困难,
10、修补工程量大,费用高,且影响交通。由于混凝土路面的强度高,耐久性好,能适应重载、高速而繁密的汽车运输的要求,在我国一些城市道路、工矿道路、停车场和机场跑道上采用较多。由于它的水稳性及能见度好,特别适用于修筑隧道内的路面。但是,修筑混凝土路面,要耗费大量的水泥和一定数量的钢材,因此,在我国公路路面上目前采用得还不很多。随着我国公路运输事业的发展,行车时车载质量和速度日益提高,特别是水泥工业的进一步发展,今后,混凝土路面在我国必然会得到越来越广泛的采用。第二节第二节 水泥混凝土路面技术要求和配合比设计水泥混凝土路面技术要求和配合比设计 一、路用混凝土的技术要求:一、路用混凝土的技术要求:1强度:强
11、度:路面混凝土主要是以混凝土的抗弯拉强度(抗弯折度)为设计标准。设计混凝土路面的厚度应.以行车反复荷载产生的应力不超过混凝土路面设计使用年限未期的疲劳抗弯拉强度为依据。路面混凝土的抗弯拉强度是以15cm15cm55cm的试件,标养28d,以三分点双力点的抗折强度为标准。混凝土路面要求有两个强度指标:抗弯拉强度:抗弯拉强度:根据材料情况、施工条件等因素,通过试配确定。路面混凝土的抗弯拉强度,不得低于规定值。当混凝土路面浇筑后,如不需在28d后开放交通肘,可采用90d龄期强度,其强度一般为28d龄期强度的1.1倍。2和易性和易性(工作性工作性):混凝土在拌和操作中要求混合料有较大的流动性,以易于拌
12、和均匀,而且在运输和浇灌时不会发生砂石与水泥浆分离现象,在捣实时混凝土内部均匀密实,不致发生麻面蜂窝等。混凝土应具备的这些便于施工与保证工程质量的性质,称为混凝土混合料的和易性。目前还没有一种能全面表征混凝土和易性的测定方法,最常用的方法有:坍落度试验、维勃稠度试验和捣实因素试验等。影响和易性的因素主要有:影响和易性的因素主要有:水泥浆的数量、水泥浆的稠度、砂率、水泥品种和集料性质、外加剂等。因此,在拌制混凝土时,必须根据使用材料、施工机械、施工气候等条件,在保证混凝土强度、耐久性和经济性的前提下,选择合理的配合比和适宜的胡落度,或掺加各种外加剂(如减水剂、流化剂等),以提高混凝土的和易性。3
13、耐久性:耐久性:由于路面混凝土直接受到行驶车辆的磨损,寒冷积雪地区又受到防滑链轮胎和带钉轮胎的冲击,同时长年经受风吹日晒、雨水冲刷及冰雪冻融的侵蚀,因此,要求混凝土路面必须具有良好的耐久性。为了提高混凝土耐久性,应注意以下几点要求:(1)混凝土组成材料的质量符合标准要求;(2)合理选择水泥品种(普通水泥);(3)适当控制水灰比及水泥用量;(4)选用较好的砂石集料及改善集料级配;(5)掺加外加剂,如引气剂、减水剂等。4表面特性:表面特性:混凝土路面,应具有良好的表面功能(或表面特性)。即要求路面具有足够的抗滑、耐磨及平整性。一般地,采用坚硬、耐磨、表面粗糙的集料,可提高路面的抗滑能力;选用优质材
14、料(包括填缝料)进行合理组成设计,可提高路面的耐磨性;依靠控制混合料的均匀性、和易性,可提高表面的平整度。二、对材料的要求:二、对材料的要求:水泥混凝土路面是由混凝土面板与基层组成的路面结构,具有刚度大、强度高、稳定性好、使用寿命长等特点,适用于各级公路特别是高速公路和一级公路。水泥混凝土面板必须具有足够的抗折强度,良好的抗磨耗、抗滑、抗冻性能以及尽可能低的线膨胀系数和弹性模量。混凝土拌和物应具有良好的施工和易性,使混凝土路面能承受荷载应力和温度应力的综合疲劳作用,为行驶的汽车提供快速、舒适、安全的服务。1水泥:水泥:水泥是混凝土的胶结材料,混凝土的性能在很大程度上取决于水泥的质量。施工时应采
15、用质量符合我国现行国家标准道路硅酸盐水泥规定技术要求的水泥。通常应选用强度高、干缩性小、抗磨性能及耐久性能好的水泥,施工时根据公路等级、工期要求、浇筑方法、路用性能要求、经济性等因素选用合适的水泥品种及标号。通常使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,若采用其他品种的水泥,必须满足路用性能和经济性要求。2.粗集料:粗集料:为获得密实、高强、耐久性好、耐磨耗的混凝土,粗集料(碎石或砾石)必须质地坚硬、耐久、干净,有良好的级配。粗集料的粒状以接近正方体为佳。长度大于平均粒径2.4倍的称针状颗粒,厚度小于平粒径的0.4倍的称片状颗粒。表面粗糙且多棱角的粗集料,同水泥浆的粘附性好,配制的混土有较好的强度,在相
16、同水泥浆用量条件下,砾石配制的混凝土具有较好的和易性。集料的磨耗率,用双筒式磨耗机测定时应不大于4%。用于寒冷地区的混凝土,集料的坚固性要求在硫酸纳溶液中浸湿和烘干5次循环后的质量损失小于5%(寒冷地区)或3%(严寒地区)。粗集料的最大粒径应不大于40mm。其级配可采用连续级配或间断级配。连续级配的优点是所配制的混凝土较密实,具有优良的和易性,不易产生离析现象。间断级配同它相比,配制相同强度混凝土所需的水泥用量可少些,但容易产生离析现象,并需采用强力振捣。3.细集料细集料细集料的粒径范围为0.155mm。细集料分为天然砂(如河砂、海砂或山矿等)和人工轧制石料得到的人工砂(如石屑等)两种。人工砂
17、具有较多棱角,其和易性不及天然砂。路面混凝土用砂应具有高的密度和小的比表面积,以保证新拌混凝土有适宜的和易性,硬化后应有足够的强度和耐久性,同时又达到节约水泥的目的。因此,要求细集料应质地坚硬、耐久、洁净,并具有良好级配。 4.水水;清洗集料、拌和混凝土及养生所用的水,不应含有影响混凝土质量的油、酸、碱、盐类有机物等。饮用水一般均适用于混凝土。非饮用水经化验满足以下条件时可以使用:硫酸盐含量(按SO4-2计)小于2.7mg/cm3,含盐量不超过5 mg/cm3,pH值大于4。5.外加剂:外加剂: 为改善水泥混凝土的技术性能,往往在混凝土拌制过程中加入适宜的外加剂,外加剂现已被列为混凝土混合料的
18、必备成分。其用量一般不超过水泥用量的5%,常用的外加剂有流变剂、调凝剂及引气剂三大类。(1)流变剂:)流变剂: 流变剂是改善新拌混凝土流变性能的外加剂,如塑化剂、减水剂和流化剂,而减水剂是这类外加剂最典型代表。减水剂减水剂又称分散剂。由于使用时单位体积混凝土混合料中的用水量减少,故名减水剂。混凝土加入适量的减水剂,可在保持新拌混凝土工作性相同的情况下,显著地降低水灰比;或在水灰比不变的条件下,可大大改善新拌混凝土的工作性,从而提高混凝土的强度和改善了混凝土的抗冻、抗磨、收缩等一系列物理一力学性能。目前常用的有木质素系减水剂(简称M剂)、茶系减水剂(NF、MF等)、水溶性树脂类减水剂(SM)等。
19、(2)调凝剂:)调凝剂:调凝剂是调节水泥凝结时间的外加剂,是促凝剂、速凝剂和缓凝剂的总称。促凝剂促凝剂是缩短混凝土中水泥浆从塑性状态转化到固体状态所需时间的外加剂。促凝剂与水泥矿物作用能生成稳定和难溶化合物,加速水泥浆凝聚结构的生成。常用促凝剂有水玻璃、铝酸钠、碳酸钠、氟化钠、氯化钙和三乙醇胺等。其中氯化钙、三乙醇胺等还兼有早强剂的作用。早强剂早强剂早强剂是加速水泥混凝土早期强度发展的外加剂。早强剂对水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙等矿物的水化有催化作用,能加速水泥的水化和硬化,具有早强的作用。通常采用的有氯化钙(CaCl2)早强剂,三乙醇复合早强剂等。速凝剂速凝剂是使水泥混凝土迅速凝结和硬化的外加
20、剂,可用于冬季施工。速凝剂与水泥在加水拌和时立即反应,使水泥中的石膏失去缓凝作用,促成铝酸三钙迅速水化。并在溶液中析出其水化物,导致水泥迅速凝结。(3)改变混凝土含气量的外加剂:)改变混凝土含气量的外加剂:引气剂能在混凝土中形成细小的、均匀分布的,并在硬化后仍能保持的空气微泡。引气剂为憎水性表面活性物质,由于它能降低水泥一水一空气的界面能,同时由于它的定向排列,形成单分子吸附膜,提高泡膜的强度,并使气泡排开水分而吸着于固相粒子表面,因而能使搅拌过程混进的空气形成微小(孔径0.012mn)而稳定的气泡,均匀分布于混凝土中。6接缝材料:接缝材料:接缝所用材料质量的好坏,对保证水泥混凝土路面的正常使
21、用和质量是至关重要的。接缝处出现的主要问题如下:(1)接缝渗水:)接缝渗水:由于接缝材料不能与混凝土板很好粘结,特别是气温较低时,混凝土板收缩后缝隙增大,从而使路面表面水渗入混凝土板下的基层,造成地基承载力降低和卿泥,混凝土板出现断裂和错台。(2)填缝料外溢:)填缝料外溢:气温较高时混凝土板膨胀,如填缝料本身压缩性能及热稳性差,就容易从缝中溢出,流淌到缝的两侧板的表面,影响路面平整度和路容。(3)杂物嵌入:)杂物嵌入:如接缝材料性能差,则杂物极易嵌入缝中,使接缝失去胀缩作用,板产生拱胀及断裂。尤其是小粒径石子嵌入时,使接缝处板端压力集中,以致接缝(特别是胀缝)附近的混凝土板挤碎。接缝材料按使用
22、性能分为接缝板和填缝料两类。接缝板应选用能适应混凝土面板膨胀收缩、施工时不变形、耐久性良好的材料,如杉木板、纤维板、泡沫橡胶板、泡沫树脂板等。填缝料应选用与混凝土面板缝壁粘结力强、回弹性好、能适应混凝土面板收缩、不溶于水和不渗水、高温时不溢出、低温时不脆裂和耐久性好的材料,如沥青橡胶类、聚氯乙烯胶泥类、沥青码蹄脂类等加热施工式填缝料和聚氨脂焦油类、氯丁橡胶类、乳化沥青橡胶类等常温施工式填缝料。 三、配合比设计:三、配合比设计:路面混凝土配合比设计是根据设计弯拉强度、耐久性、耐磨性、工作性等要求和经济合理的原则,通过试验确定混凝土混合料各成分的配合比例。配合比设计的主要任务是选择好水灰比、用水量
23、和砂率这3个参数。 其一般步骤为:根据已有的配合比试验参数或以往的经验,得出初拟设计配合比;按初拟设计配合比进行试拌,考察混合料的工作性,按符合要求的情况作必要的调整;然后进行强度和耐久性试验,按符合要求的情况再做必要的调整,得到设计配合比;根据混凝土的现场实际浇筑条件,如集料供应情况(级配、含水量等)、摊铺机具和气候条件等,进行适当调整,得出施工配合比。 配合比设计可采用经验公式法配合比设计可采用经验公式法,其设其设计步骤为:计步骤为:1确定混凝土的配合比强度确定混凝土的配合比强度fc:fc=Rifcm式中:fcm一设计弯拉强度;Ri一提高系数,其值为1.101.15,可根据施工技术水平和工
24、程的重要性选用,等级高的公路采用较大的提高系数;施工技术水平高、混凝土板的强度变异性小的,提高系数可取低值,否则取高值。2计算水灰比计算水灰比/c:碎石混凝土:碎石混凝土: /c=1.5684/(fc+1.0079-0.3485fsc)砾石混凝土:砾石混凝土:/c=1.2618/(fc+1.5492-0.4565fsc)式中:fsc一水泥胶砂标准试件弯拉强度,Mpa。路面混凝土的最大水灰比/c,应符合规定:公路、城市道路和厂矿道路,不应大于0.50;机场道面和高速公路,不应大于0.46;冰冻地区冬季施工,不应大于0.45。3计算用水量计算用水量:每立方米混凝土的用水量以(kg/m3)可按下述经
25、验公式确定:碎石混凝土:碎石混凝土:=104.97+3.09hs+11.27(c/)+0.61sr砾石混凝土:砾石混凝土:=86.89+3.70hs+11.24(c/)+1.00 sr式中: sr一一砂率,%;即细集料(砂)占粗细集料之和的百分率;hs一坍落度,cm;一般取13cm。按理论计算法计算砂率时按理论计算法计算砂率时,采用下式:采用下式:Sr =k sVg/(sVs+g)式中:s一细集料(砂)的松装密度,kg/cm3;g一粗集料(石子)的松装密度, kg/cm3;Vs一1立方米混凝土中细集料(砂)的松装体积,m3;Vg一1立方米混凝土中粗集料(石子)的松装体积,m3;K 一拨开系数,
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