水泥混凝土路面在发展中存在的问题及对策

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1 前言

水泥混凝土路面具有承载能力大、稳定性好、使用寿命长和日常养护费用低等优点。因此，省、市农村公路建设管理机构要求在农村四级公路中采用水泥混凝土作为面层，这种要求符合农村实际情况和道路所处的环境，普遍受到群众的欢迎。但是，水泥混凝土路面的优点都是以工程质量达到设计要求为前提的。工程标准低、存在质量隐患，将会减少路面使用寿命，甚至会出现前修后坏的恶果，不仅造成很大的经济损失，而且会在社会上，尤其是在群众中带来不良的社会影响。

农村公路建设面广量大，点多线长，稍有不慎，设计、施工和养护等环节都有可能出现问题。笔者根据三年来参加农村公路建设工作的实践和体会，提出搞好水泥混凝土路面建设应注意的几个问题。

2 充分重视半刚性基层的作用

水泥混凝土是一种刚性路面，采用疲劳应力理论，以抗折强度作为控制指标。试验和研究证明，水泥混凝土本身作为主要承重层，提高基层的强度，对于降低混凝土面层的应力或者减薄面层的厚度，影响很小。因此，在工程建设过程中，水泥板下面基层的作用常常被轻视或忽视。以农村四级路建设为例，一些地方针对老路为砂石路、路况较好的实际情况，对路面进行整修后，直接铺水泥混凝土面层。从眼前来说，可以节约一些投资，但无形中留下一些质量隐患。从长远使用来看，不做半刚性基层的做法实际上是得不偿失。因此，在农村水泥路建设过程中，我们要充分认识半刚性基层的重要作用。

2.1 为水泥板提供强度均匀的支承

通过水泥混凝土路面传到基层的荷载应力很小。但是，水泥混凝板底面基层强度不均匀，强度弱的地方容易发生变形，甚至会下沉，造成面层与基层之间局部脱空，面层应力急剧增加，从而导致面板断裂。即使不会导致面板断裂，受支承层强度不均匀的影响，水泥板没有良好的受力状态，也会减少使用寿命。农村四级路老路多数为泥灰结碎石路面，普通存在强度不均匀的现象，不铺二灰结石等半刚性基层，直接以老路作为支承层，无法满足水泥板长期使用受力的要求。

2.2 减轻冲刷唧泥的危害

泥灰结碎石的耐冲刷能力远远低于二灰结石等半刚性基层。当泥灰结碎石顶面滞留从水泥板渗下来的水时，在行车荷载作用下，滞留水形成有压水在水泥板底和接缝处高速流动，对基层顶面反复冲刷，基层材料中的细颗粒被拖曳离开结构体，并从水泥板接缝处带出，形成唧泥现象，随着细颗粒不断带出，板底形成脱空，接缝两侧产生错台。当水泥混凝土路面与基层之间脱空量及范围较大时，水泥混凝土路面板犹如悬臂板，荷载应力大幅度增加，水泥板极易发生断裂。

交通繁重程度是影响基层受冲刷的程度以及唧泥、错台出现的可能性和程度的主要因素。因此，水泥混凝土设计规范要求必须根据交通等级来选用合适的基层。农村四级路绝大多数为中等或轻交通，应选用水泥稳定粒料或石灰粉煤灰稳定粒料作为基层。

2.3 保证水泥板厚度均匀

在荷载作用下，厚度不等的连接处，水泥板的荷载应力容易发生突变，对水泥板使用具有很大的危害性。农村四级公路水泥板厚度不均匀，甚至是相差很大，究其原因，主要是没做半刚性基层。大多数砂石路高低不平整，起伏较大，存在偏拱和反拱的现象，即使对老路进行整修，也很难找平，而且会出现与老路结合不好的问题。受此影响，施工单位铺设水泥板路边厚度达到设计要求，其余部分厚度出现不同程度的偏差。

3 严格控制水泥混凝土强度的离散性

强度是衡量水泥混凝土路面质量的主要指标。

水泥混凝土强度Cv值在0.2左右，是水泥混凝土设计规范规定的高变异水平等级的高限值。变异系数可以作为反映工程质量的一个辅助性指标，Cv值大，说明质量不稳定，也说明施工队伍的技术和管理水平低。

农村公路建设以来，一部分建筑类施工企业承担水泥路的施工，甚至少数包工头通过挂靠某个企业取得施工权，因缺乏管理经验和技术力量，施工能力较低，很容易造成水泥混凝土强度离散性大的问题。要解决这个问题，主要抓好以下几个方面：

3.1 材料级配要准确

水泥混凝土路面开工前，试验室根据施工单位提供的各种材料进行配合比设计，施工单位按照试验室提供的配合比进行施工。但是，由于施工单位没有固定的运输车辆，所购材料由不同的厂家生产，致使碎石等材料规格改变，与原先报到试验室的材料有很大的送别，却仍然采用原先的配合比进行施工。混凝土材料级配达不到要求，质量也随之出现差异。根据工地的实际情况，及时调整材料的配合比，无论是人力，还是物力，都无法实现。因此，必须加强对施工单位材料收购工作的管理和检查检测的力度，要求施工单位只准使用指定厂家生产的材料，避免材料混杂使用，保证材料级配准确。

3.2 配料要精确

受条件制约和项目多等因素的影响，农村水泥路多数采用小型机具施工，为减少配料上人为因素的影响，要求使用强制式拌和机。但是，大多数施工单位使用的强制式拌和机没有配置计量设备，仍然使用人工上料，人工加水，所加材料和水的质量具有很大的随意性，用量不精确，误差较大。尤其是在水泥使用上，少数单位为了获取更多的利益，克扣水泥用量，使用水泥品种杂乱，甚至是以次充好、以劣充优。为保证配料精确，要求施工单位必须配置自动计量设备，禁止人工上料。

3.3 防止材料离析和振捣不密实

材料离析和振捣不密实，对强度的影响较大。在施工中，要严格控制运输距离和车辆的行驶速度，车辆起步和停车应平稳。车辆装料前，应清净箱壁，洒水润壁。装料时，车辆应挪动车位，卸料落差不大于2米。应使用熟练振捣操作工，每车道使用2根振捣棒，沿横断面连续振捣密实。振捣棒在每一处持续时间，以表面不再冒气泡和泛水泥浆为限，不宜过振，也不宜少于30秒，移动间距不大于50厘米。振捣棒应轻插慢提，插如深度离基层3~5厘米。

3.4 严格控制砂的细度模数

在水泥混凝土混合料坍落度、粗集料最大粒径、水灰比等其他条件一定的前提下，若使用粗砂，则单位用水量可适当减少，砂率则适当增加，采用细砂则反之。使用粗砂拌制的混凝土的主要问题是泌水较严重，静态平整度不佳；使用细砂拌制混凝土，由于细砂比表面积大，需水量大，水灰比较高，农村公路施工又不具备使用高效减水剂、降低水灰比的条件，其强度很难满足要求，更重要的是，路面的抗滑性能低。因此，砂的细度模数应在2~3.5之间。

4 科学合理地确定水泥板的厚度

严格地说，水泥板的厚度要根据路线设计基准期内标准轴载累计作用的次数，综合考虑基层和水泥混凝土弯拉强性模量等诸多因素进行计算

交通量、路基状况等条件不同，所计算出的水泥板的厚度是不同的。农村公路尤其是镇村四级公路面广量大，按照标准和设计程序计算每条路水泥板的厚度也是不现实的。对水泥板的厚度，《公路水泥混凝土路面设计规范》依据交通等级推荐了范围：在中等交通条件下，三级、四级路为20-24cm；轻交通为 22cm，虽未明确最低厚度，但是要求钢纤维混凝土面层的最小厚度为14cm。按照钢纤维混凝土面层厚度通常是普通混凝土面层厚度的0.65~0.75倍推算，普通水泥混凝土的最小厚度应该为18~21cm。

通过近几年工作实践，结合规范要求，笔者认为，农村公路采用水泥混凝土路面时，应分两种不同情况，确定水泥板的厚度：一是做二灰结石基层。二级、三级公路板厚不宜小于20cm，四级路板厚不小于18cm；二是不做二灰结石基层，主要是指四级公路。原老路为沥青路面或砂石路面的四级公路，当强度满足要求，即路面弯沉值≤130，在对坑塘修补整平后，可直接铺筑20cm水泥混凝土路面。这样，既能满足长远使用要求，又节省投资，对经济欠发达的地区来说，可以减轻配套资金筹集压力，顺利完成农村公路建设任务。需要强调的是，选择水泥板的厚度不能脱离道路所处的环境和交通情况，对承担繁重交通运输的镇村四级路，建议水泥板的厚度不小于22cm。

无损检测：

1 回弹法

回弹法是以在混凝土结构或构件上测得的回弹值和碳化深度来评定混凝土结构或构件强度的一种方法，它不会对结构或构件的力学性质和承载能力产生不利影响，在工程上已得到广泛应用。

2 超声波法

超声波法检测混凝土常用的频率为20～250kHz，它既可用于检测混凝土强度，也可用于检测混凝土缺陷。

3 超声回弹综合法

回弹法只能测得混凝土表层的强度，内部情况却无法得知，当混凝土的强度较低时，其塑性变形较大，此时回弹值与混凝土表层强度之间的变化关系不太明显；超声波在混凝土中的传播速度可以反映混凝土内部的强度变化，但对强度较高的混凝土，波速随强度的变化不太明显。如将以上两种方法结合，互相取长补短，通过实验建立超声波波速—回弹值—混凝土强度之间的相关关系，用双参数来评定混凝土的强度，即为超声回弹综合法。 实践表明该法是一种较为成熟、可靠的混凝土强度检测方法。

4 雷达法

钢筋混凝土雷达多采用1GHz 及以上的电磁波，可探测结构及构件混凝土中钢筋的位置、保护层的厚度以及孔洞、酥松层、裂缝等缺陷。它首先向混凝土发射电磁波，当遇到电磁性质不同的缺陷或钢筋时，将产生反射电磁波，接收此反射电磁波可得到一波形图，据此波形图可得知混凝土内部缺陷的状况及钢筋的位置等。雷达法主要是根据混凝土内部介质之间电磁性质的差异来工作的，差异越大，反射波信号越强。 雷达法检测混凝土其探测深度较浅，一般为20 cm 以内，探地雷达使用较低频率电磁波，探测深度可稍大些。此外，该法受钢筋低阻屏蔽作用影响较大，且仪器本身价格昂贵，故实际工程上应用的并不多。

5 冲击回波法

冲击回波法是用一钢珠冲击结构混凝土的表面，从而在混凝土内产生一应力波，当该应力波在混凝土内遇到波阻抗差异界面即混凝土内部缺陷或混凝土底面时，将产生反射波，接收这种反射波并进行快速傅里叶变换可得到其频谱图，频谱图上突出的峰值就是应力波在混凝土内部缺陷或混凝土底面的反射形成的，根据其峰值频率可计算出混凝土缺陷的位置或混凝土的厚度。由于该法采用单面测试，特别适合于只有一个测试面如路面、护坡、底板、跑道等混凝土的检测。

6 红外成像法

自然界中任何高于绝对零度的物体都是红外线的辐射源，它们都向外界不断地辐射出红外线。红外线是介于可见光与微波之间的电磁波， 其波长为0.76~1000 μm， 频率为4×1014~3×1011 Hz。 混凝土红外线无损检测是通过测量混凝土的热量及热流来判断其质量的一种方法。当混凝土内部存在某种缺陷时，将改变混凝土的热传导，使混凝土表面的温度场分布产生异常，用红外成像仪测出表示这种异常的热像图，由热像图中异常的特征可判断出混凝土缺陷的类型及位置特征等。这种方法属非接触无损检测方法，可对检测物进行上下、左右的连续扫测，且白天、黑夜均可进行，可检测的温度为-50~2000℃，分辨率可达0.1~0.02℃，是一种检测精度较高、使用较方便的无损检测方法，并具有快速、直观、适合大面积扫测的特点，可用于检测混凝土遭受冻害或火灾等损伤的程度以及建筑物墙体的剥离、渗漏等。

7 拔出法

拔出法用于检测混凝土的强度，它是将安装在混凝土体内的锚固件拔出，测定其极限抗拔力，然后根据预先建立的混凝土极限拔出力与其抗压强度之间的相关关系来测定混凝土强度的一种半破损检测方法。大量实验表明：极限拔出力与混凝土抗压强度之间确实存在着某种近似线性的对应关系，这就为该方法的应用提供了坚实的基础。 拔出法可分为预埋拔出法及后装拔出法两种，预埋拔出法是指预先将锚固件埋入混凝土内的拔出法，后装拔出法是指在已硬化的混凝土上钻孔，然后在其上安装锚固件的拔出法。前者主要适用于成批、连续生产的混凝土结构

构件的强度检测，后者可用于新、旧混凝土各种构件的强度检测。 拔出法一般不宜直接用于遭受冻害、化学腐蚀、火灾等损伤混凝土的检测。

8 钻芯法

钻芯法是利用专用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头，在结构混凝土上钻取芯样以检测混凝土强度和缺陷的一种检测方法。它可用于检测混凝土的强度，结构混凝土受冻、火灾损伤的深度，混凝土接缝及分层处的质量状况，混凝土裂缝的深度、离析、孔洞等缺陷。 该方法直观、准确、可靠，是其他无损检测方法不可取代的一种有效方法。钻芯法检测混凝土费用较高，费时较长，且对混凝土造成局部损伤，因而大量的钻芯取样往往受到限制，可利用其他无损检测方法如超声法与钻芯法结合使用，以减少钻芯数量，另一方面钻芯法的检测结果又可验证其他无损检测方法如超声法的检测结果，以提高其检测的可靠性。

9 超声波CT 法

超声波具有穿透能力强，检测设备简单，操作方便等优点，特别适合于对混凝土的检测，尤其适合对大体积混凝土如大坝、桥墩、承台及混凝土灌注桩的检测。常规的超声波对测法及斜测法可检测混凝土内部的缺陷，但这需要操作人员具有一定的工作经验，且检测精度也不够高，仅能得到某些测线上而非全断面的混凝土质量信息。 将计算机层析成像技术用于混凝土超声波检测，即为混凝土超声波层析成像检测方法。 该方法首先将待检测混凝土断面剖分为诸多矩形单元，如图1 所示，然后从不同方向对每一单元进行多次超声波射线扫描，即由来自不同方向的多条射线穿过一个单元，用所测超声波走时数据进行计算成像，其成像结果可精确、直观表示出整个测试断面上混凝土的缺陷及质量信息，使检测精度大为提高。