多孔改性水泥混凝土基层在公路工程中的应用

陈永昌

（邢台路桥建设总公司，河北 邢台 054001）

多孔改性水泥混凝土基层在公路工程中的应用

陈永昌

（邢台路桥建设总公司，河北 邢台 054001）

针对传统的公路路面结构在使用中出现的承载力差、安全性低、水损害严重、养护费用高等诸多公路病害，发明了一种新型的公路多孔改性水泥混凝土基层，有效解决了传统基层结构强度低、水损害等常见的公路病害，延长了路面结构的设计使用年限。

【Abstrat】For thecarrying capacityof traditionalroadpavementstructureappearsdifferenceinuse,security is low,seriouswaterdamage, highermaintenancecostsandmanyhighwaydisease,inventedanew typeofroad porousmodified cementconcretebase,aneffectivesolution to the traditional base structure low intensity,water damage and other common diseases of road,extending the design life of the pavement structure.

多孔改性水泥混凝土；排水路面；力学性能；海绵城市

1 引言

传统半刚性基层存在承载力低、抗疲劳性能差、抗冻融能力不足、水损害等缺陷，导致了传统沥青路面结构的建设和养护费用居高不下，已经严重制约了我国经济发展对道路交通的要求，加之国家在“十三五”规划中提出了“海绵城市”的建设目标，要解决传统道路结构不透水的弊病等因素影响，研发出一种高承载力、低建设成本、能抵抗水损害、强抗冻融能力的新型结构层刻不容缓，多孔改性水泥混凝土基层的研发及应用将在根本上解决前述问题。

2 多孔改性水泥混凝土定义

多孔改性水泥混凝土，全称为单一粒径多孔改性水泥混凝土，由水泥、单一粒径集料、掺合料、水和改性剂混合固结而成，有连通孔的材料，孔隙率大于23%，是一种透水性强、承载力高、韧性好、施工简便、经济耐久的新型路面基层材料。

3 多孔改性水泥混凝土的适用范围

多孔改性水泥混凝土可广泛应用于公路市政道路、重载交通、城市广场、停车场、观光廊道等，与排水沥青路面面层结合使用，可组成不同排水形式的路面结构，也可与不同的渗透系数的材料组合，用于修筑生态微渗防护河渠，对于解决城市内涝、缓解城市“热岛效应”，根治黑臭水体等提供了先进科学的技术支撑，为建设“海绵城市”提供了理想的新型结构体系，其不同于《透水混凝土路面技术规程》[1]（CJJ/T 135—2009）中所列出的透水水泥混凝土路面不适用于建设重载道路和严寒地区等约束条件，且其28d抗压强度为15～25MPa，抗折强度可达4M Pa，采用快冻法经过50个冻融循环（饱水状态，-20℃），质量损失0.5%，强度损失1.5%，具有了更高的承载力、抗冻融能力和更宽泛的适用范围，是透水水泥混凝土结构体系的变革，也是长寿命道路建设的一项重要成果。

4 多孔改性水泥混凝土的优越性能

多孔改性水泥混凝土为骨架-空隙结构（见图1），该结构韧性大、抗疲劳性和高低温性能优越，极大的提高结构层承载能力，抗水、抗冻、抗油类浸蚀、有效防止路面水毁引起的早期破坏，同时在其上铺筑排水沥青路面后，可有效缓解路表积水、漫流、水漂、眩光等现场，极大地提高了行车安全性和舒适性，且施工采用摊铺机摊铺，摊铺成型后直接覆膜养护，无需进行碾压（见图2），施工效率高、工序简便，其较为显著的特点是不开展级配设计和引入了水泥改性剂。

图1 多孔改性水泥混凝土模型

图2 多孔改性水泥混凝土无碾压施工

5 多孔改性水泥混凝土的力学性能的研究

国内学者认为“多孔水泥混凝土受力时通过骨料之间的胶结点传递力的作用。由于骨料本身强度较高，水泥胶结层较薄，两者之间的界面过渡区薄弱，受外力作用时胶结点处界面最容易破坏”。但对单粒径多孔改性水泥混凝土混凝土进行的大量试验结果表明，试件破坏大多表现为集料断裂，甚至在采用榔头敲击进行破坏性试验时，破坏面也都出现在集料上，而非胶结点处界面。

李晓军采用工业CT对等粒径多孔改性水泥混凝土试件进行了内部结构扫描，做出如下分析结论：同等质量集料在最大粒径相同的情况下，等粒径颗粒比表面积最小，如采用同等质量的水泥浆裹覆，等粒径颗粒下水泥凝胶层最厚。水泥凝胶层厚度的增加，水泥凝胶体与粗骨料界面之间的胶结面积增大，同时，等粒径颗粒最大限度地减小了应力集中，从而导致破坏特征表现为集料断裂[2]。

采用等粒径骨料主要基于以下几个方面的考虑：（1）等粒径集料可以近似实现各集料颗粒之间的水泥浆膜厚度一致，从而减小应力集中于较小颗粒集料上的问题，使集料接近于均匀受力；(2)等粒径集料可以实现同等集灰比下，获得更大的水泥凝胶层厚度和胶结面积，从而增大水泥浆膜的黏结力，使应力集中问题转向骨料内部，从而改变多孔改性水泥混凝土的受力状态；(3)等粒径骨料可以通过在自重作用、水泥浆膜以及摊铺机熨平板振捣作用等因素影响下堆积致密，省去了常规基层施工中的压实工序；(4)等粒径骨料可以获得更大的孔隙率，从而具有较为稳定的温缩变形，同时也利于通风、排水等；(5)等粒径骨料应除去易引起应力集中的薄弱边角、长条扁平颗粒，且保持骨料干净无污。

6 多孔改性水泥混凝土在工程中的应用特点

多孔改性水泥混凝土基层在河北省公路建设领域应用已十余年，取得了显著效果。

6.1 某高速公路路面结构设计方案对比(见表1)

表1 某高速公路路面结构设计方案对比

采用多孔改性水泥混凝土基层沥青路面在整个结构层次中厚度减薄了8cm，去掉了传统的沥青路面结构的下面层，减薄了路面结构层，沥青路面的减薄使结构层的抗车辙能力增强，采用了多孔改性水泥混凝土使结构层的基层承载力提高，解决了路面结构的水损害问题，工程总造价较传统结构降低了10%，而在后期运营维护中的经济指标更为突出[2]。

6.2 某等级公路路面结构设计方案对比（见表2）

在一级公路的项目实践中，采用多孔改性水泥混凝土基层配合排水式沥青面层，引入了防水抗裂层组成了新型的组合路面结构，基层具有较强的水稳定性，面层具有极好的雨季行车安全性，且沥青路面的减薄避免了车辙的出现，采用防水抗裂层有效吸收了因基层开裂反射到面层的裂缝，结构层较传统结构减薄了15cm，也降低了工程总造价的10%以上，排水路面所带来的社会效益则更加突出。

表2 某等级公路路面结构设计方案对比

7 结语

多孔改性水泥混凝土是一种不用开展级配设计、无需碾压自然摊铺成型的新型基层材料，在大量工程实践中体现出了施工便利、高承载力、抗水抗冻、低建设成本和运营维护成本等特点，目前针对该项技术的研究还在进一步深入和扩展。通过多孔改性水泥混凝土与不同结构形式的组合，在道路建设领域可建设全透水道路结构、基层排水道路结构、面层排水道路结构和表层排水道路结构，而与不同渗水系数的材料组合，在水利建设领域可以建设生态微渗河渠防护，在园林景观建设中，可直接铺筑透水便道、广场和停车场等。

鉴于国内“海绵城市”建设的迫切性，应研究多孔改性水泥混凝土与排水沥青面层组合后在市政道路中的广泛应用，如何预防孔隙堵塞问题或建成自清洁系统有效保证渗水率，将成为今后的重点攻关难题。

【1】CJJ/T 135－2009透水水泥混凝土路面技术规程[S].

【2】李晓军,李来宾,霍玉娴,高磊,梁路路.等粒径多孔水泥混凝土内部结构与破坏机理[J].公路交通科技,2014(11)：32-40.

【3】李来宾,李晓军.多孔改性水泥混凝土基层复合沥青路面修筑技术研究[M].西安：西北工业大学出版社,2013.

Application of Porous Modified Cement ConcreteBase in HighwayEngineering

CHENYong-chang
（XingtaiRoad&BridgeConstructionCorporation,Xingtai 054001,China）

porousmodified cementconcrete;drainagepavement;mechanicalproperty;spongecity

U416.216

B

1007-9467（2016）08-0105-02

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.025

2016-03-15

陈永昌（1983～），男，河北邢台人，工程师，从事公路施工项目管理研究，（电子信箱）304075983@qq.com。