混凝土路面冬季施工结构方面的优化

董海鹏

(石家庄市西柏坡高速公路管理处)

1 级配碎石作为底基层对混凝土路面结构性能的提高

1.1 国内规范规定以及国内应用情况

《公路水泥混凝土路面设计规范》4.3.7 条规定基层下设置底基层时，底基层优先采用级配粒料，并且规定级配粒料的厚度为150 ～200 mm。在我国南方特别是广西公路建设中，广泛使用级配碎石作为混凝土路面的底基层。特别是在地基情况不好，高填方路段级配碎石基层做到了40 cm厚。张石高速公路复合式路面结构中，底基层也采用了20 cm的级配碎石。

1.2 级配碎石在石家庄市西出市口工程中的应用

级配碎石用于冬季施工的石家庄市西出市口工程中有以下几个理由:一是该层能有效的缓解路基的差异沉降，改善整个路面结构层的受力状态。二是石家庄市西出市口工程原路面结构为15 cm 石灰土+18 cm 二灰碎石+18 cm 水稳碎石+24 cm 水泥面，正处于冬季施工，石灰土层施工完成能马上做上层，以上基层覆盖来进行保温，不影响石灰土强度的形成，可是18 cm 二灰碎石规范规定，必须在14 ～28 d内取芯样以验收其无侧限抗压强度，取样完成后才能做上基层。保温的时间太长，费用花费太大，并且三层连续的半刚性基层作为混凝土路面的基层也不是优化的结构。为此将二灰碎改为级配碎石，对其路面结构进行了优化。级配碎石是柔性基层，不用测定其强度，只要控制其级配和弯沉值即可，所以级配碎石基层非常适合冬季施工。

2 混凝土路面所有缩缝设置传力杆对结构性能的提高

2.1 混凝土路面缩缝设置传力杆的原因

我国绝大部分混凝土路面的横向缩缝均未设传力杆。不设的原因是施工不便，但接缝是混凝土里面的最薄弱处。(1)唧泥和错台病害，除了基层不耐冲刷外，接缝传接能力差也是一个重要原因;(2)在出现唧泥后无传力杆的接缝由于板边挠度大而容易迅速产生板块断裂;(3)接缝无传力杆的旧混凝土面层在考虑设置沥青加铺层时，往往会因接缝传接能力差，易产生反射裂缝而不得不加大加铺层的厚度。

2.2 所有缩缝设置传力杆在石家庄市出市口工程中的应用

在本工程第二合同段内所有缩缝加了传力杆，缩缝设置传力杆的混凝土路面板间的传荷能力高于缩缝不设传力杆的混凝土板。随着通车时间的增加，车辆荷载的反复作用下，这种差别会越来越明显的，混凝土路面的耐久性会出现很大的区别。

混凝土路面的结构优化不仅仅是针对冬季施工来说，对于普遍的混凝土路面的施工，我们也应该进行考虑。

3 水泥混凝土路面的冬季施工措施

3.1 措施一:覆盖保温

混凝土受冻临界抗折强度为1.0 MPa，抗折强度7.0 MPa。在混凝土达到受冻临界强度之前，要防止混凝土受冻。我们在施工中采用了盖泡沫板+黑塑料布+草杉的方法进行保温，用这种方法进行保温的效果非常好。用此方法不仅能起到保温效果，还能很好的阻止水泥混凝土的水化产生的热量散失。

3.2 措施二:掺加防冻剂

选用的防冻剂有两个方面的作用:一方面作用是降低混凝土的冰点，防止混凝土初期养护阶段遭受冻害;另一方面，防冻剂有很低的共溶温度，可直接与水泥水化反应，加速混凝土凝结硬化，有利于混凝土强度的发展。混凝土受冻临界抗折强度为1.0 MPa，抗折强度7.0 MPa。那么，多长时间混凝土能达到抗冻临界强度呢?傅智在《水泥混凝路面滑模施工技术》书中作了试验，表明覆盖达到抗冻临界强度的时间为在不掺防冻剂时，达到抗冻临界抗折强度需要约8 ～9 d;防冻剂掺量在2%时，大致需要5 ～6 d;当防冻剂掺量为5%时，大致在3 ～4 d。因此，为了使混凝土尽快达到临界抗折强度，我们在混凝土的配合比中掺加5%的防冻剂。

3.3 措施三:增加水泥用量

冬季施工增加水泥用量，其理由有以下四点:一是同种同标号的水泥，单位水泥用量较大时，混凝土温升较高，有利于在负温条件下，混凝土抗折强度的增长;同种不同标号的水泥，高标号水泥发热量大，相同强度时，单位水泥用量较小，发热量小，所以应优选用量大，发热量高的低标号水泥。二是在水泥用量较高保持相同混凝土工作性时，水灰比较小，有利于强度提高和抗冻。三是所有防冻剂、减水剂及引气剂用量均以水泥用量为基数，当水泥用量较大时，这些外加剂的总用量也增大，有利于混凝土防冻、蓄热保温。四是采用较高用量的水泥对抗折强度的保证率较高。施工过程中要根据气温的高低通过试验来最终确定混凝土配合比。本试验路采用的混凝土配合比是水泥用量385 kg/m3，水灰比0.44，加入防冻剂3%，引气剂0.8/m3。

3.4 措施四:将水加热

(1)在一般配合比条件下，水泥混凝土路面摊铺后，表面结冰的温度为－3 ℃，低于此温度应采用加防冻剂等抗冰措施。

(2)防冻剂有明显降低新拌混凝土结冰点的作用，并随着剂量增大，降低冰点的作用越显著，防冰剂掺量在5%时，新拌混凝土的结冰温度在－10 ～ －9 ℃，不会造成混凝土路面结冰受害。

(3)防冻剂掺量不同，混凝土达到抗冻临界抗折强度1 MPa的时间也不同，为了保险起见，重规定撤除保温覆盖的抗折强度不小于2 MPa。

(4)通过混凝土配合比优选，推荐水泥用量385 kg/m3，水灰比0.44，砂率33%，掺有引气剂0.8/万，防冻剂3%。采用双层或三层覆盖保湿养护措施。

冬季施工水泥混凝土路面的技术方法肯定不局限于上述研究的一种方法，如加热砂石料方法，路面加热保湿法，红外线蓄热法等等。但由于这些方法往往需要特殊的技术、设备和资金投入，较难在野外施工的水泥混凝土路面工程中采用。

4 实施效果

(1)研究了级配碎石作为底基层的水泥混凝土路面结构性能的提高;(2)研究了混凝土路面所用缩缝设置传力杆对路面结构性能的提高，可经受更长时间的车辆荷载作用;(3)对混凝土冬季施工提供了一整套系统的从选材到保温养生的施工措施和工艺过程。

以上实施效果对今后在石家庄境内的水泥混凝土路面的冬季施工提供了可靠的实践依据，可将公路建设的施工期大大增长。可为我国北方其他地区低温施工中提供有价值的实践参考，通过推广将会极大促进我国公路交通建设，特别是北方地区的公路交通建设，有利于提高我国的水泥混凝土路面在低温条件下的研究发展。

［1］公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40 －2002)［S］.

［2］公路沥青路面设计规范(JTG D540 －2006)［S］.

［3］公路工程水泥及水泥混凝土试验规程(JTG E30 －2005)［S］.

［4］公路水泥混凝土路面施工技术规范(JTG F30 －2003)［S］.

［5］公路路面基层施工技术规范(JTJ 034 －2000)［S］.