[转帖]国外水泥混凝土路面建设的新技术

白马河畔 · 发表于 2007-3-22 17:34

<CENTER>来源/作者：河北省交通厅原科技处副处长/董舒 发表日期：2006/07/25 阅读次数：915</CENTER>
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水泥混凝土路面在国外早就被誉为“免养护路面”，最近又纷纷被专家作为抗超载的有效武器而再次提到决策人的面前！那么在这方面国外有什么新技术值得我们借鉴呢？下面，笔者试图从六方面加以介绍：
一、美国水泥混凝土路面的典型结构：
这是美国加州交通厅从多年、各种失败的教训中总结出来的宝贵经验，尤其是在防止缩缝唧泥方面，因为他们认为唧泥产生的原因是水不可避免的从缩缝渗入上基层，尤其是半刚性的上基层（如二灰碎石、白灰土）之后，这些上基层会变软，当有车驶过时，缩缝前那块面板先下沉，其下面的、被水泡软的基层材料会被挤压向相邻的、缩缝后的那块面板下的也已被水泡软了的基层材料，这时前一块板下形成脱空，后一块板下形成加密；当又一排车轮压过时，后一块板下的基层材料又会以比刚才被挤密时更快的速度流向脱空的前一块板下，因为那里没有阻力。如此周而复始，最终形成前一块板下出现拥包，后一块板下反而出现脱空！随着时间的推移，范围越来越大。再有车驶过，必然产生断板这一严重的病害！由此他们对症下药，想出的解决办法就是铺设泡不软的上基层――刚性基层――贫水泥混凝土，同时强调：1、其伸缩缝要与面层水泥混凝土的伸缩缝相错开30～50cm； 
2、其上必须洒一层液体石蜡，使其与面层形成“两张皮”而能互相滑动，以免在面层形成反射裂缝。总之，他们认为这是唯一有效的解决方案！具体结构为：
 　　　　0.85` 25.9cm 水泥混凝土
 　　　　0.50` 15.2cm 贫水泥混凝土
 　　　　0.70` 21.3cm 3级级配碎石
 　　　　总计 62.4cm厚设计寿命30年
 近几年他们又将典型结构精简为：
 　　　　25cm 水泥混凝土
 　　　　15cm 贫水泥混凝土
 　　　　15cm 级配碎石 
 在此顺便介绍一下他们的沥青混凝土路面典型结构：
 　　　　0.15` 4.6cm 细粒式沥青混凝土
 　　　　0.35` 10.7cm 粗粒式沥青混凝土
 　　　　0.70` 21.3cm 贫水泥混凝土
 　　　　1.10` 33.5cm 3级级配碎石
 　　　总计 70.1cm厚设计寿命15年
对比他们的刚、柔两种路面典型结构起码可以给我们两点启示：1、从两者的总厚度就可看出沥青混凝土路面的造价肯定比水泥混凝土高，且寿命反而短一倍。这正好说明了为什么加州全部、美国50％以上使用水泥混凝土路面；2、他们的典型结构并不拘泥于柔性基层或半刚性基层，并不是非此即彼的走两个极端！而是实事求是、有机结合、灵活运用，注重实效，以解决实际问题为准则，即有柔性部分――级配碎石，甚至还有刚性部分――贫水泥混凝土，比我们的半刚性“强基”还要强！并没有在任何“一棵树上吊死”。反观我们国内在这方面的争论，是否都有些偏颇呢？
二、低噪音水泥混凝土路面：
 对此，国内刊物早在96年就有报道，不算什么新信息，但没有引起我们足够的重视，在实践中也没有推广、普及。因此我认为有必要在此再介绍一次，同时介绍一下与此配套的
新式双层水泥混凝土摊铺机。据国外专家研究，水泥混凝土路面的噪音之所以高，是因为其施工拉毛时使用的是均匀间距的叉形弹簧钢齿，其所形成的沟槽与车轮摩擦产生的噪音是同一频率，车速越高，噪音越大。针对这一分析，他们认为如果能产生不同频率的噪音，不就能使它们互相干扰、抵消，进而降低了总噪音吗？因此，提出两种解决方案：1、使用无规律、不等间距的叉形弹簧钢齿进行拉毛。2、铺一薄层（5cm）单一粒径（8～10mm）的露石面层，当然该层石料要选耐磨指数比较高的。具体方法为该面层摊铺完成后，立即洒一层缓凝剂，然后铺上塑料薄膜养生，12～24小时后刷去表面浮浆，形成露石面层。3、以120km/h车速测试，前者噪音比沥青混凝土路面稍高，但比传统水泥混凝土路面噪音低很多，而后者比沥青混凝土路面噪音还低3～4dB。这一成果在奥地利、芬兰、英国、德国、澳大利亚等许多国家都得到了推广。
德国维特根（Wirtgen）公司还专门设计、生产了与之配套的大型双层水泥混凝土摊铺机，可以分上下两层“湿对湿”同步摊铺两种不同配合比、不同厚度的水泥混凝土路面。前半部分铺25cm厚的常规水泥混凝土，这部分材料由卡车卸在正前方；后半部分在其表面再加铺5cm厚的单一粒径“露石面层”，这部分材料由水泥混凝土搅拌罐车从摊铺机侧前方料斗经传送带供应。
两层同时摊铺施工方式在经济上的优点如下：1、可以很方便地从摊铺机前面提供第一层和第二层所需的混凝土。同时不会妨碍相邻车道的交通；2、与使用两台机器相比，采用双层摊铺所需的运行费用明显要低；3、由于只需一台机器摊铺，因此可以减少设备投资经费及所需操作人员。同时，操作一台机器比协调两台机器更容易。
 但厂家提醒的是，这时面层应比底层铺得宽，其目的是使第二层混凝土能从侧面包住第一层，以形成整体的混凝土路面。
三、快速抢修、七小时通车技术：
传统水泥混凝土路面的缺点之一就是当需要换板养护时不易挖补，且需断交28天进行养生，这极大地防碍了其的大面积应用！而这一难题也已被美国同行解决。他们研制生产的速凝水泥不含任何氯化物，用它代替普通硅酸盐水泥，只需加入砂子和水及调速外掺剂（因其在常温条件下20分钟就会凝固，为便于施工往往需要调慢凝固速度），不需加入碎石，即可在3小时内达到3000PSI的强度，在24小时内产生5000PSI的强度，摊平后2小时就能承受交通车辆，7小时就能开放交通。这一新材料极大地方便了局部挖补：晚上封闭交通，进行施工，天亮时即可开放交通，恢复通车。尽可能地减少社会影响，方便公众。
 至于如何快速挖补，共振碎石机的出现也已将这一问题变得轻而易举，下文将给予详细介绍。

白马河畔 · 发表于 2007-3-22 17:35

四、预防性养护的有力武器――纵向修平刻槽机：
发达国家普遍重视预防性养护，美国更是对此有严格的界定―――面板之间错台小于4mm只需养护，大于4mm必须进行重铺大修。当需要养护时，不仅需要整平，往往还需要对已被磨平的拉毛沟槽重新进行刻槽，为此，纵向修平刻槽机就应运而生了！（图1）
<IMG src="http://www.jtstar.com/UploadFiles/200511229448768.jpg">
图1、纵向修平刻槽机
其工作原理就是在设备底盘中间有一根50英寸宽的横轴，其上布满一大一小两种直径、均匀间隔分布的园锯片，锯齿上镶有工业金刚石（当然，为降低噪音也可以不均匀分布。），由自动找平装置控制平整度，沿行车方向纵向前进，对旧路的错台进行修平，同时对已磨光的路面进行纵向刻槽。其优点是工作速度快、平整度高、施工时只占一个车道、不必断交、摩擦系数与横向刻槽相当、施工后路面粗糙度非常理想；缺点是锯片磨损较快、成本较高、雨后横向排水有残余。我在欧、美都曾乘车在这样处理过的路面上体会过，感觉非常好，根本觉不出来是行驶在水泥混凝土路面上，丝毫没有国内水泥混凝土路面过伸缩缝时“咯噔、咯噔”的感觉。但是，这么好的设备，虽然在欧、美早已是司空见惯，我国却一台也未引进或研制，这正说明我们对预防性养护的重视程度与发达国家的差距有多大！当然，更深层次的原因就要说到我国养路费是否能真正做到专款专用的问题啦，实际上真正用于养路的费用奇缺，大部分用于修新路了！即便如此，还不够用，还需贷款、集资，也就还需再收过路费。对公路使用者又一次重复收费，真正需要养路时反而捉襟见肘，哪儿还有钱引进新技术、新材料、新设备呀！前边新路修的多，后边旧路坏的快，呜呼哀哉！但愿最近的“审计风暴”能帮助我们走出这个怪圈！
五、旧水泥混凝土路面大修的设备：
这方面国外厂家做到了紧跟生产实践的需要，配合混凝土路面大修的新理论，不断推出更新换代的新产品：为了配合断裂、稳固理论，他们开发了断路机――用2米宽的大钢板举升起来自由落下，将旧路面切断成60cm长的短板，以消除因温度或错台而引起的反射裂缝（图2），然后用50吨重的轮胎式压路机进行稳压，以加固板底脱空或基层强度不足。但其缺点是施工速度太慢！不适应高速公路大修尽快恢复交通的需要。这时，冲击式压实机应运而生（图3），但其缺点是对原基层板体及路两旁建筑物及路上构造物有可能造成破坏。这时，多锤式破碎机又粉墨登场（图4），其不足之处仍是会对原基层板体造成破坏（山东省公路局已引进一台，施工报价为15元/平方米）。目前，共振式碎石机最新登陆中国（图5），其采用共振原理，用一个压头产生42～46赫兹频率的震动波，并由计算机确认该使用前述区间中的哪一个固定值，旧水泥混凝土路面的固有频率被确认和模仿后，就引起其共振，结果是路面“土崩瓦解”！被震成了碎石。其对基层和路边建筑物都不会产生影响，甚至对构造物上的路面，只要路面下有基层，没有与桥面连成一体，也可以进行破碎。然后用震动压实机进行碾压，即可铺设新路面。其效率为800平方米/小时。优点为比较灵活机动，即可大面积施工，又可对需要挖补的一块面板进行破碎。厂家Rmi公司称今年9月将有两台设备进入中国，施工报价预计为35元/平方米。其对自己的产品非常自信，认为其他厂家都仿制不成，所以也没有必要在中国申请专利，甚至发出挑战――欢迎仿制！言外之意――量你们也仿不成！就看国内那个厂家敢接招啦！
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图2 断路器
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图3 四边形冲击式压实机
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图4 多锤式破碎机
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图5 共振式破碎机
目前国内施工单位有许多还在使用简易的小型落锤式破碎机或液压锤（他们称其为“啄木鸟”），无论效率还是质量都无法与国外先进设备相比拟，唯一优势就是价格便宜。迫切需要国内厂家奋起直追，瞄准国外先进水平，实现国产化！
六、国外适合我们国情的新水泥混凝土路面施工设备：
前文所介绍的滑模摊铺机虽然先进，但造价也很昂贵！对于我们目前如需大面积普及水泥混凝土路面的施工还不实际，而美国三滚轴式水泥混凝土摊铺机是即经济又实惠的施工设备。其工作原理是一根震捣轴在前，即震动又逆向旋转，起到削平卸在前方的水泥混凝土材料，并给予震实的目的；后两根为动力轴，负责前进或倒退。其行进在事先支好的模板上，只要模板支的平，用它摊出的路面就是高质量的，我省秦皇岛交通局在其市区与北戴河之间的沿海路上使用这种设备与滑模摊铺机进行过比较，结果是三滚轴比滑模的平整度还略高一筹。而引进的价格约为20万人民币，是引进滑模摊铺机的1/25!（图6）

白马河畔 · 发表于 2007-3-22 17:37

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（图6）三滚轴水泥混凝土摊铺机
在此有必要同时指出，保障三滚轴水泥混凝土摊铺机的施工质量的前提条件之一主要是模板的支护质量，而为此美国还有配套的两项专利：钢模板的榫接和模板高度调节及锁紧方法。
其模板的第一个专利一改我们习惯沿用的平面对接方式，改为榫式插接，目的就是消灭两块模板平面对接时可能出现的错台现象，保证了模板连接时的连续性和平整度；其模板的第二个专利主要是为方便模板的支护和拆除，其工作原理为：从箭头所指处垂直打入一根长钢钉，然后用撬杠配合水平仪将模板高度调整到要求的位置，马上用两块楔形钢板从钢钉中部两侧预留的缝中相对打入，以锁紧、固定模板高度，拆模板时从反方向敲击楔形钢板即可卸开。其优点是简单方便、支护牢固、拆除快捷、省时省力。这两项专利对水泥混凝土路面施工的质量起到很好的保证作用，而且既效果明显，又很简单、便宜，值得尽快大力推广！
 即便不使用三滚轴式摊铺机而使用其他震捣梁式等传统的施工设备，也可以利用这两项专利来提高施工质量。
另外，国外技术先进的水泥混凝土拌和楼都配备有砂含水量检测装置，虽然有电阻、电容、超声波等多种方式，但目的都是为了保证每盘混凝土的加水量准确，从而保证混凝土的摊落度一致，也就是保证每盘混凝土的质量，因为露天放置的砂石料在下过雨后，肯定含有大量的水分，而水分的1％变化都会引起摊落度15％的变化，因此准确地检测出每盘砂石料中的含水量变化，从而通过计算机调整加水量的多少，非常必要。对此我们在引进水泥混凝土拌和楼时必须加以重视，不得遗漏。
下面，我再介绍一种水泥混凝土路面软切缝机，(图7)英文商品名字为soff－cut，其可以将水泥混凝土摊铺10小时后才能进行的硬切缝提前到摊铺后2小时以内、人踩上去留不下脚印而并未完全初凝时就可以进行切缝，从而避免传统切缝前因混凝土温度收缩而引起的不规则裂缝。其所以能不可思议的进行软切缝，诀窍就是使用了一块与切割锯片之间有微小间隙槽缝的压板，这个压板保证了锯片高速旋切工作时不会将还未硬化的混凝土路面打烂。当然，锯片的安装也必须非常精确，不能产生旷量而引起锯片与压板之间的擦碰。（图8）。
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图7 软切缝机
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图8 锯片与压板放大图
 另外，国外在加工好的伸缝或缩缝也都有成熟的填缝材料。主要有灌缝料和压缝料两大类：美国最新型的灌缝料为DSB 800TM硅酮密封剂（图9）。在用T型锯片扩好的缝上先压入一根泡沫塑料条以防止材料渗入下层造成浪费（软切缝机也可以直接使用T型锯片），然后灌入硅酮密封剂，最后用园头金属棒刮出一个U型凹槽，预防混凝土板膨胀时将材料挤的凸出来而被车轮磨损。
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图9 DSB800TM硅酮密封剂
所谓压缝料主要是指横截面为鱼刺状的细氯丁橡胶条（图10），先将缝两壁涂上粘结剂（凝固前也是润滑剂），然后用专用工具将橡胶条夹扁并依次压入缝中即可。其使用寿命据说可以长达15年，只因其生产时成品率比较低，废品比较多，所以成本大、价格较高，约合人民币40元一米，影响了其在中国的推广。若能尽快实现国产化，并价格便宜，还是大有前途的。
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图10 鱼刺状氯丁橡胶密封条
最后，提醒一个值得注意的问题：关于滑模式水泥混凝土摊铺机的传力杆插入装置。目前各国生产滑模式水泥混凝土摊铺机的知名厂家都能生产带传力杆插入功能的配套装置，但是这部分选配的装置价格昂贵，甚至和主机的价格相差无几! 
因此我们选购时一定要慎重，因为该装置虽然使用起来比较方便，但也有致命的缺点――凡是插入传力杆的位置上方的混凝土都因大骨料在传力杆插入过程中被压到下部，而后面再无高频震捣棒，必然形成一道一道仅为砂浆的薄弱部位，虽经后面的抹光板抹平，从表面看不出什么问题，而实际上存在质量隐患，通车后这些地方肯定先出现问题。对此，个别诚实的代理商反而不建议用户购买。
根据以上六方面不尽全面的介绍，已经可以总结出以下几点：1、水泥混凝土路面应用在高速公路上比沥青混凝土路面寿命长、造价低、免维护、抗重车。2、国外发达国家已经积累了一整套设计、施工、养护、大修的成熟、成功经验，直接可以采用拿来主义为我所用。3、国外发达国家已开发、生产了一大批配套的机械设备和材料。而且有适合我国大面积推广的质优价廉产品。4、水泥混凝土路面的噪音可以控制的比沥青混凝土路面还低。
根据与以上观点基本相同的理由，在由国务院、科技部出面主持的第二届中美工程技术研讨会上，美方交通组组长乔治亚理工学院教授、美籍华人赖森荣先生除了向中国同行推荐SMA路面结构以外（河北省首先采纳了他的建议，开始了SMA路面在中国真正意义上的技术推广），还以书面资料向我们介绍了他在台北第二高速公路推荐和设计刚性路面的经验，并特别强调水泥混凝土搅拌时添加输气剂的重要性和具体方法，他也主张优先发展水泥混凝土路面。美国加州交通厅的高级工程师、美籍华人郑毅先生在多次回国技术交流时都苦口婆心地建议我们借鉴美国加州的经验多修水泥混凝土路面，并特意选择了适和我们目前经济条件的三滚轴式摊铺机推荐给我们。这些海外赤子的良苦用心都是希望我们少走弯路，尽快提高路面质量，尽量延长使用寿命。我们有什么理由无动于衷呢！
国内唯一作出积极反应的只有山西省，98年其省委政策研究室和交通厅成立了联合课题组，撰写了“山西省发展水泥混凝土路面研究”一文。把修建水泥混凝土路面提高到一个省的发展战略的高度来考虑。明确提出：“修筑水泥路是符合我省经济和资源特点，能尽快改变公路路面落后状况，提高路面等级和铺装率的最有效途径。要通过广泛宣传、工程示范来统一人们的思想，提高各级领导和有关部门领导对水泥混凝土路面的认识，从而加快发展水泥混凝土路面。大的思路要由过去的以发展沥青路面为主，转变为发展沥青路面与水泥混凝土路面并举，在主干线和重交通线路优先发展水泥混凝土路面”。
因此，我个人认为我们大有必要对水泥混凝土路面重新评价、另眼相看！尤其是从拉动国民经济的角度看问题，多建设水泥混凝土路面可以拉动我国的水泥、煤炭、石料生产企业提高产量、增加税收和就业，（我省许多这样的企业曾处于停产、半停产状态），凯恩斯的经济理论就能真正的在中国落实。如其不然，一味片面强调发展沥青混凝土路面，或唱一些“因地制宜”的模棱两可的高调和空话，只能拉动国外的沥青生产国的经济，拉动壳牌公司、科氏公司、甚至韩国公司的经济，而消耗我国大批、宝贵的外汇。针对这样严酷的现实，我国决策机关应该负起责任来，鼓足勇气、明确表态，尽快拿出相应的对策―――尽快制订优先发展水泥混凝土路面的技术政策！这是利国利民的大好事！是真正落实三个代表的具体表现！但愿在我的有生之年能看到我国迎来一个水泥混凝土路面大发展的欣欣向荣的新局面！

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