水泥混凝土路面技术现状及发展终

1、王起才教授 博导 内容提要 中国水泥路面发展概述1 水泥路面设计和施工重大成果2 水泥路面施工中存在的不足3 水泥混凝土路面研究展望 4 一 中国水泥路面发展概述 1 1 全国高速公路发展概况 2020 3 9 1 1 全国高速公路发展概况 2020 3 9 n我国水泥混凝土路面的大规模建设是在1980年以后 每 年建成数百千米的速度增长 n1985年以后我国水泥路面的建设速度明显加快 以每年 数千千米的速度增长 n1987年 我国已经建成水泥路面5842km n1994年后 我国水泥路面以每年建成10000km的速度增长 n2005年到2007年 由于农村公路的大规模建设 我国水 泥路面以20 30余万千米的速度增长 详见表1 1 2 全国水泥混凝土路面发展概况 由表1的数据计算可知 我国公路混凝土路面从1970年到2007年 38年的年均增长率24 59 从1988年到2007年20年的年增长率 26 93 2000 2008年的年均增长率24 78 它比同期我国经济 发展速度快一倍多 这个发展速度是我国历史上史无前例 是国内 外绝无仅有的 表1 我国公路水泥混凝土路面总里程统计表

2、 1 2 全国水泥混凝土路面发展概况 1 2 全国水泥混凝土路面发展概况 2020 3 9 1978 1985年 第2阶段 1977年以 前第1阶 段 1986 2008年第 3阶段 迅猛发展摸索起步 技术开发 1 3 我国水泥混凝土路面发展的三个阶段 迅猛发展 1 1977年以前第1阶段 摸索起步 n借助原苏联的经验和研究成果 制定了我国1953年版 和1966年版的 水泥混凝土路面设计规范 n1966 1977年 各个领域的技术进步都受到 文革 的严 重影响 水泥混凝土路面技术当然也不例外 n这一阶段的显著标志是发展极其缓慢 总里程在1000 km以内 主要是国家经济发展有限 汽车的保有量很 少 客观需求小 另一方面 我国当时的水泥工业落 后 水泥价格与沥青基本持平 其水泥混凝土路面造 价比当时普遍采用的薄层沥青表处昂贵许多倍 1 3 我国水泥混凝土路面发展的三个阶段 2 1978 1985年第2阶段 技术开发 n在我国1978 1985年的科技规划中 安排了水泥混凝土 路面技术的重大研究项目 n以交通公路规划设计院 同济大学为首 组织了全国大 专院校 公路 市政 民航 空后等部门

3、的设计 施工 科研约50多个单位 200多名研究人员 经过长期系统 研究 终于建立了我国水泥混凝土路面自主设计计算体 系和方法 建立了弹性层状体系设计理论 解决了我国 自主水泥路面设计计算理论 编写了 水泥混凝土路面 设计理论和参数 的研究报告 并于1981年12月通过专 家鉴定 1 3 我国水泥混凝土路面发展的三个阶段 n在此基础上 靠我国自己的研究成果 编制了我国第一部 水泥混凝土路面设计规范 JTJ12 84 n后来 又编制了 水泥混凝土路面施工与验收规范 现 在执行的 城市道路设计规范 中的第十章水泥混凝土路 面设计以及民航和空后机场跑道设计的相关标准 均是在 上述研究成果基础上编写的 这些研究成果 标准和规范 的建立 对发展我国水泥混凝土路面技术起了重大作用 n这一阶段 我国水泥混凝土路面的建设里程已达数千米 但未达到10000km 研究工作的重点偏向于设计理论和设计 参数 在施工技术上仍以手工操作的小型机具为主 配合 小型机具加真空吸水技术 基本上没有专用的配套大型机 械设备 1 3 我国水泥混凝土路面发展的三个阶段 3 1986 2008年第3阶段 迅猛发展 n该阶段发展

4、标志是公路水泥混凝土路面的年建成里程已由数 千千米上升到数万千米乃至数十万千米 例如 2005年我国 建成了水泥路面30 6622 km 2006年发展到了64 64 km 一 年建成水泥混凝土路面里程已达34 km 发展了一倍多 实现 了跨越式增长 n从 六五 七五 计划开始 交通部对水泥混凝土路面 就给予高度重视和大力推广 n20世纪80年代 交通部对建设水泥混凝土路面曾给予20万元 km的补助 取得了非常显著的效果 此后 随着我国水泥混 凝土路面造价的降低 补助逐步取消 n2005 2007年水泥路面的跨越式增长依赖于我国农村公路的 大规模建设 1 3 我国水泥混凝土路面发展的三个阶段 n研究的重点从设计理论转向施工实践 开始从人工 小 型机具和真空吸水施工向大型专用快速机械化施工及路 面混凝土使用外加剂和混合材料转变 水泥混凝土路面 的施工质量 建设规模和建成速度均大幅度提高 n在此期间 完成了国家科委 七五 科技先导性025项目 我国水泥混凝土路面发展对策及修筑技术研究 和国 家计委 八五 85 403项目 高等级公路水泥混凝土路 面施工机械及路用材料的研究 都取得了丰硕的成

5、果 n在水泥混凝土路面施工技术上 主要有 滑模摊铺水泥 混凝土路面修筑成套技术研究 碾压混凝土路面施 工成套技术研究 快硬早强混凝土技术开发 等重 大成套技术项目 集中反映了我国在这一阶段水泥混凝 土路面技术进步的情况和发展趋势 1 3 我国水泥混凝土路面发展的三个阶段 n2003年6月1日起执行 公路水泥混凝土路面设计规范 2003年3月28日交通部颁布了 公路水泥混凝土路面施 工技术规范 于2003年7月1日起执行 两部新规范拓 宽了水泥混凝土路面的结构形式 编写有全缩缝插传力 杆的水泥混凝土路面 钢筋混凝土路面 连续配筋混凝 土路面 钢纤维混凝土路面等 n不仅如此 施工规范包括了滑模摊铺 轨道摊铺 三辊 轴机组 碾压混凝土 小型机具5大水泥混凝土路面施工 方式 n高速 一级公路水泥混凝土路面的建设规定使用滑模摊 铺技术 我国的高等级公路施工装备和技术已经接近或 赶上发达国家 1 3 我国水泥混凝土路面发展的三个阶段 二 水泥混凝土路面研究和应用重大成果 2 1 水泥混凝土路面的设计理论与计算方法 在水泥路面设计方面 n1953年版和1966年版的 水泥混凝土路面设计规范 一 直沿

6、用前苏联的设计计算方法 n交通部从1978开始 进行了水泥路面设计计算理论的长 期研究 以1984年版的 公路水泥混凝土设计规范 为 标志 我国基本形成了符合中国交通特色的水泥路面自 主设计理论体系 方法和参数 确定了设计参数 n1987年国家科委025课题提出了供国家制定发展我国水泥 混凝土路面的对策和措施 针对我国公路车辆的超重实 际情况 研究了考虑高低应力比的混凝土疲劳特性 提 出了控制挠度的路面结构设计方法 n025课题的设计计算成果集中反映在1994年版的 水泥混 凝土路面设计规范 中 设计 计算理论进一步深化 在许多方面达到或接近国际先进水平 n在混凝土路面板温度疲劳应力的计算等方面 甚至比某 些发达国家先进 突出表现在 公路水泥混凝土路面设 计规范 JTG D40 94 中 2 1 水泥混凝土路面的设计理论与计算方法 n2002版的 公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D20 2002 中引入了水泥混凝土路面结构可靠度的设计方法 n针对我国公路交通重载实际情况 在 更强更厚 指导 思想下 整体加厚的面板的设计厚度为2cm 最薄路面厚 度由18cm加厚到了20cm 高速 一

7、级公路的路面最薄厚 度要求为26cm n同时规定在特重 重交通水泥路面上每条横向缩缝应插 传力杆 而且加大了传力杆与拉杆直径 标志着水泥混 凝土路面结构的改型 2 1 水泥混凝土路面的设计理论与计算方法 2 2 水泥混凝土路面施工技术的发展 n我国水泥路面的施工技术的发展 经历了20世纪70 80年 代的小型机具到20世纪90年代以后的大规模机械化施工 其标志是 公路水泥混凝土路面施工及验收规范 GBJ97 87 这部规范所编写的施工技术仅有小型机具施 工工艺 n 八五 期间 国家计委403科技攻关项目将我国水泥混 凝土路面施工由小型机具发展为大型滑模摊铺机和沥青摊 铺机碾压混凝土路面 n 九五 期间 滑模摊铺得到了大力推广 并编制了 公 路水泥混凝土路面滑模施工技术规程 n有18项技术创新 1 高速公路路基连续沉降观测技术 在湖南 广东等省区的高速公路上率先得到应用 要求 路基连续工后沉降曲线过拐点 在工期较紧的条件下 最大 限度地减少水泥路面下路基工后沉降造成的垂直脱空破坏早 期破损 2 路基稳定技术 要求努力提高刚性路面路床承载层的压实标准 此内容 已经被现行公路工程技术标准所采

8、纳 2 2 水泥混凝土路面施工技术的发展 3 贫混凝土基层滑模摊铺技术 贫混凝土基层滑模摊铺率先在河北 广西 山西等省区 实现 解决了重载水泥混凝土路面大幅度提高结构承载能力 与强度问题 使水泥路面在特重 重交通条件下能够切实延 长其使用年限 这项内容已经被编入了现行施工规范中 4 沥青滑动封闭技术 此项技术是为了解决水泥稳定半刚性上基层表面的冲刷脱 空破坏专门设置的封层 同时也能够有效降低板底摩阻力与 摩擦系数 从而防止水泥混凝土路面温差及荷载作用下发生 的断板 这项内容已经被编入了现行规范中 2 2 水泥混凝土路面施工技术的发展 沥青功能层 5 高弯拉强度混凝土路面技术 n 我国滑模摊铺水泥混凝土路面的混凝土材料配制的指导 思想是使用外加剂与掺合料 双掺技术 的高性能路面混凝 土 目前我国在滑模摊铺水泥混凝土路面所达到的实测平 均弯拉强度指标 6 5 7 5Mpa 是全世界最高的 n这是迄今为止 我们在国际上各种文献中未见的高弯拉强 度混凝土路面的摊铺 实现了规范编制中提出的 更强更 厚 中更强的目标 这样就能够在特重 重交通公路水泥 混凝土路面最大限度提高其抗超载安全储备 增强了

9、面板 对断裂的抵抗能力 并有效延长水泥混凝土路面的使用寿 命 这项内容已经被编入现行施工规范中 2 2 水泥混凝土路面施工技术的发展 2020 3 9 6 高平整度滑模摊铺技术 由于推广了滑模摊铺技术 我国高速公路水泥混凝 土路面的平整度由 1 5 低于沥青路面 发展到 与沥青路面平整度规定相同 1 2 实际工程做到了 0 7 1 0 最好的平整度为 0 45 高平整度的水泥路面主要依靠合格的原材料 精 确的混凝土配合比 良好的机械配套生产能力与连续 不间断的流畅滑模摊铺来实现 这项内容已经被编入 了现行施工规范中 2 2 水泥混凝土路面施工技术的发展 滑模摊铺水泥混凝土路面 2020 3 9 7 水泥路面裂缝控制技术 n滑模摊铺水泥混凝土路面是一遍完成的路面 不能像其 他施工方式那样反复抹面 由此 滑模摊铺水泥路面更 容易产生塑性收缩开裂 如果照搬美国 德国的滑模混 凝土配合比 那将产生相当严重的开裂现象 n分析表明 表面很浅的塑性收缩裂缝在行车条件下 半 年左右将会断裂到底 产生碎板破坏 按我国国情研发 了抗裂配合比 所采用的水泥用量 或胶材总量 与砂率 在满足弯拉强度的基础上尽量

10、少 n另外 加强路面早期养生 防止大量失水干缩开裂 这 项内容已经被编入了现行施工规范中 2 2 水泥混凝土路面施工技术的发展 2020 3 9 8 细砂 机制砂及淡化海砂滑模摊铺技术 n我国以前的水泥路面仅规定使用石英河砂 国内部分高等 级公路水泥路面上使用了机制砂 细砂与淡化海砂 大大拓 宽了水泥路面砂的来源 降低了工程造价 这项内容已经被 编进了现行施工规范中 9 水泥路面抗冰冻与抗盐冻技术 n主要依靠混凝土引气剂技术 我国现行施工规范不仅规定 寒冷与高寒地区的水泥混凝土路面使用引气剂 而且规定了 全国各地的水泥路面均需使用引气剂 不仅满足水泥路面抗 冻性与抗盐冻的要求 而且满足路面混凝土耐候性与控制收 缩变形的要求 这项内容已经被编入了现行规范中 2 2 水泥混凝土路面施工技术的发展 10 纤维混凝土路面滑模施工技术 n路面混凝土使用的纤维种类有 钢纤维 耐碱玻璃纤维 玄武岩纤维 聚丙烯纤维等 路面混凝土补强应使用钢纤维 与无机纤维 抗裂可使用有机纤维 现行施工规范仅规定了 钢纤维的条款 其他纤维混凝土欠成熟 尚未编入规范 11 缩缝传力杆支架及DBI施工技术 n现行施工规范规

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