水泥混凝土路面

水泥混凝土路面素混凝土

在公路、城市道路及机场道面中，我国采用得最广泛的是现场浇筑的普通混凝土路面，这类混凝土路面除接缝区和局部范围（边缘或角隅）外，不配置钢筋，亦称素混凝土路面。

用素混凝土或仅在路面板边缘和角隅少量配筋的混凝土,就地灌筑成的路面结构，施工方便，造价低廉。素混凝土路面应沿纵向每隔5～6米设一缩缝，满足冬季缩裂要求；每隔20～40米设一胀缝，防止夏季热胀，板屈曲压裂或缝边混凝土挤碎；沿横向每隔3～4.5米设一纵缝（图1）。由于横胀缝易引起路面板的破坏，增加施工和养护的麻烦，20世纪60年代中期以来，对夏季施工的混凝土路面，除在桥头、隧道口、道路交叉口小半径曲线或纵坡变换处,必须设置胀缝外,其他路段可少设或不设。纵横缝一般做成垂直相交，但也有把横缝做成与纵缝交成70°～80°斜角，并按4、4.5、5、5.5和6米的不等间距顺序布置。

胀缝间隙宽1.8～2.5厘米，为防止渗水，上部5～6厘米深度内应灌以填缝料，下部则设置用沥青浸制的软木嵌条。为传递荷载，混凝土板厚中央处设钢传力杆，杆径20～32毫米，长40～60厘米，间距30厘米。杆的半段涂沥青并套以套筒，筒底部填以木屑等材料（图2a）。如不设传力杆，可在混凝土板下设置垫枕（图2b）。

缩缝一般做成裂口深4～6厘米的假缝形式（图3a），上部亦灌以填缝料，可不设传力杆。但在路基软弱或交通繁忙路段以及邻近长间距胀缝的二三个缩缝上，也应设置传力杆（图3b）。纵缝可做成假缝、平头缝或企口缝形式（图4），上部也灌以填缝料。为防止板块向两侧滑移，板厚中央可设置钢拉杆，杆径14～20毫米，长40～60厘米，间距80～100厘米。

素混凝土路面板大多做成等厚断面，厚约20～25厘米。由于板的边缘和角隅最易遭到破坏，可设置边缘钢筋和角隅钢筋（图1）予以加固，或做成厚边式断面,从靠路肩1米处开始厚度逐渐增加，至板边缘厚度较中间大25%。在高速公路和一级公路上，可做成由内侧向外侧边缘逐渐加厚的梯形断面。路面板大多做成单层式；当板较厚时也可做成双层式，上层厚度不小于6～7厘米。下层使用品质稍差的材料做成低强度混凝土；为使上下层结合牢固，下层表面应清洁、粗糙并设凹槽。

混凝土路面切缝要注意：

1、要注意切缝的时间，时间隔太长了会出现裂缝，太短了，会出现毛边；2、要注意切的深度，浅了起不到效果，还是会出现裂缝，太深了，又耗时耗力，浪费资源；3、间距要合适，一般控制在4-6米之间，间隔太长了，中间会出现裂缝，起不到作用了，太短了，也是浪费；4、注意线形的顺直美观，特别是在弯道上，注意不要斜了；5、切完后及时进行灌缝。

水泥混凝土路面钢筋路面

在混凝土路面板内，沿纵横向配置钢筋网，配筋率为 0.1～0.2%。钢筋直径8～12毫米，纵筋间距15～35厘米，横筋间距30～75厘米。钢筋设在板表面下5～6厘米处，以减轻板面裂纹的产生和扩张。板厚和纵缝间距与素混凝土路面相同，但横缩缝间距可增至10～30米，并设传力杆。在地路基软弱地段和交通特别繁重处，也可将钢筋网设在板底面之上5～6厘米处，或设双层钢筋网。

水泥混凝土路面连续配筋

在混凝土路面板内大量配筋，配筋率达0.6～1.0%，纵筋直径12～16毫米,间距7.5～20厘米，可连续贯穿横缝。横筋直径6～9毫米。间距40～120厘米。钢筋设在板厚中央略高处，与板表面距离至少6～7厘米。

在连续配筋混凝土路面板的端部应设置端缝，它有两种形式：一为自由式,即连续设置3～4条胀缝,以便板端部自由胀缩；另一为锚固式，即在板底部设置若干根肋梁或桩埋入地基内，以阻止板的胀缩活动。与素混凝土路面相比，连续配筋混凝土路面板厚可减薄15～20%；缩缝间距可增长至100～300米。但用钢多，造价高，施工较复杂。

水泥混凝土路面纤维土路面

纤维混凝土路面是在混凝土面层中掺入各种短纤维的水泥混凝土路面，纤维混凝土通常比素混凝土具有更高的抗拉强度或更好的耐久性。常用的纤维有钢纤维、各种聚合物纤维以及玻璃纤维。纤维混凝土路面广泛用于重载道路、机场跑道及工作环境恶劣的路面和桥面。

水泥混凝土路面碾压土路面

碾压混凝土路面是采用振动碾压成型的水泥混凝土，不同于上述类型混凝土路面的灌注施工方式。碾压混凝土路面要求采用十硬性混凝土，施工便捷快速，但其表面平整度和结构耐久性不如普通混凝土。碾压混凝土主要用于低等级道路或面层由两层不同类型的结构层复合而成的复合式路面的下层。

水泥混凝土路面块料土路面

块料混凝土路面是用混凝土预制块做面层铺筑在下承层上的路面结构。大的块料路面的块料尺寸可达1～2m，小的块体通常为20～30cm。由于可以使用石料打制较小的块料，因此，认为只有较大的块料路面才能归于水泥混凝土路面范畴，从而用刚性路面理论进行结构分析。块料路面常用于城市道路、非机动车道、低等级公路，或用于基础不稳定的道路交叉口、桥头引道、过水路面等处。

水泥混凝土路面预应力

按路面构造的不同分为三种：

①无筋预应力混凝土路面。在混凝土板两端设置墩座埋入地基内，墩座与板之间设置弹力缝，放入钢弹簧。板长中央设置加力缝，缝内设千斤顶，对混凝土板逐渐施加压应力至5兆帕，然后塞入混凝土预制块，取出千斤顶，用混凝土填塞缝隙。

②有筋预应力混凝土路面。在混凝土板厚中央预留孔，穿进钢丝束，张拉后将两头锚固，并在孔内注入水泥浆使钢丝束与混凝土粘牢。较窄的板可仅在板的纵向加力，较宽的板需在纵横向同时加力，或按与路中线成小于45°角的斜向加力（图5）。后者可以连续浇筑很长的板，在板的两侧施加应力。所加预应力，在纵向为2～4兆帕，在横向为0.4～1.4兆帕。

③自应力混凝土路面。用膨胀水泥制备混凝土铺筑路面，借配筋或在板的两端设置墩座，通过混凝土的膨胀施加预应力。

预应力混凝土路面板厚可减至10～15厘米，缩缝间距可增至100～150米。但因施工工艺复杂，所需机具性能要求较高，除在某些飞机场建设中获得成功经验外，尚未普遍推广。

水泥混凝土路面钢纤维

于混凝土中掺入1.5～2.0%(体积比)的长25～60毫米、直径0.25～1毫米的钢纤维，可使其28天极限抗压强度和极限抗弯拉强度较素混凝土提高50%以上；而且它的抗疲劳和抗裂缝能力也较素混凝土高（见纤维混凝土）。与素混凝土路面相比，钢纤维混凝土路面板厚可减小30～50%，缩缝间距可增至15～30米，纵缝间距可增至8米，胀缝可以不设。钢纤维混凝土路面施工工艺尚未定型，仍在试验阶段。

水泥混凝土路面装配式

在工厂中制成混凝土预制板，运至工地现场铺装而成的路面。装配式混凝土板一般做成边长1～2米的正方形或矩形,也可做成边长1.2米的六角形，板厚12～18厘米；还可做成宽3.5米、长3～6米的大型板，但需有相应的运输和吊装机具来配合。板的边缘和角隅可配置钢筋，也可在全板面配设钢筋网。为提高混凝土的质量，可采用预应力、真空吸水、机械振捣和蒸汽养护等工艺。装配式混凝土路面板可以全年生产，不受气候影响，质量容易保证；而且铺装进度快，铺完即可通车，损坏后易于拆换修理。因此，较适用于停车站场及港口码头处，但其接缝多，整体性差，故在公路和城市道路干线上很少采用。

土基与基层的稳定与坚固对混凝土路面的经久耐用有极大关系。60年代以来，都强调要用水泥、石灰或沥青稳定土或粒料、工业废渣、沥青混合料或贫混凝土作混凝土路面的基层，厚约15～20厘米，宽度较混凝土板每侧宽出25～35厘米以上。土基上层60厘米深度内的压实度要达到最佳密实度的98%以上。在冰冻地区，还要在基层之下，另设30～80厘米厚的砂砾或炉渣防冻层。在基层与混凝土面板之间，可铺设1～2厘米厚的沥青砂或塑料薄膜；如基层表面平整，亦可将混凝土直接灌筑于基层上。

水泥混凝土路面由垫层、基层及面层构成。

垫层，在温度和湿度状况不良的城镇路面道路上，应设置垫层。以改善路面结构的使用性能。

基层，基层应具有足够的抗冲刷能力和较大的刚度且抗变形能力强且坚实、平整、整体性好。

面层，水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久度、表面抗滑、耐磨、平整 。

水泥混凝土路面国外

1868年，苏格兰首次在因弗内斯通往某堆货场道路上铺筑混凝土路面，19世纪末传入美国和德国。早年混凝土路面大多用素混凝土按单层就地浇筑而成，少数也有做成双层式或配设钢筋的。20世纪20年代，欧、美各国在公路、城市道路和飞机场跑道上大量发展混凝土路面，美国还开始试铺装配式预制块混凝土路面和连续配筋混凝土路面。至于预应力混凝土路面，美、法两国分别于30年代和40年代中期开始试铺。70年代初，美国和荷兰开始试铺钢纤维混凝土路面。

水泥混凝土路面中国

中国于20世纪20年代末开始在少数大城市的道路和飞机场跑道上铺筑混凝土路面。1932～1933年在南京至杭州国道上铺筑了长500米、宽5.5米的混凝土路面试验段。1940年在北京至天津公路上铺筑了长120公里、宽3米的混凝土路面。1948年在南京飞机场跑道上铺筑长2200米、 宽45米、 厚30厘米的钢筋混凝土道面。到50年代，随着水泥工业的发展，在中国的一些大、中城市的干道以及飞机场跑道上，开始大规模铺筑混凝土路面。70年代初以来，某些省在公路干线上开始铺筑混凝土路面。中国的飞机场跑道，几乎全部都采用混凝土道面。中国混凝土路面大多是用素混凝土按单层就地浇筑而成，但少数也有采用装配式预制板，或做成双层式，或配有钢筋。

用作水泥混凝土面层的材料包括普通混凝土，钢筋混凝土，连续配筋混凝土，钢纤维混凝土、碾压混凝土等。

制备路面用混凝土，要采用软练425或525号普通硅酸盐水泥、中砂或粗砂和Ⅰ、Ⅱ级碎（砾）石。混凝土28天极限抗压强度不低于30～40兆帕，极限抗弯拉强度不低于4.5～5.5兆帕，每立方米混凝土的水泥用量为300～350公斤。对双层式混凝土路面的下层材料，可适当降低要求。为提高混凝土的使用性能，可掺入少量早强剂、加气剂、增塑剂、减水剂或聚合物等外加剂（见混凝土外加剂）。

在接缝上部所浇灌的填缝料，常用沥青、矿粉、石棉屑、软木屑或橡胶粉,按适当配比制成的沥青胶泥（也称沥青玛脂）。亦有采用氯丁橡胶空心带、塑料嵌条或聚氯乙烯胶泥等作填缝料，效果较好。

水泥混凝土路面是一种刚度较大、扩散荷载应力能力强、稳定性好和使用寿命长的路面结构，它与其他路面相比，具有以下特点：

水泥混凝土路面优点

（1）强度高。

（2）稳定性好。

（3）耐久性好。

（4）养护费用低。

（5）抗滑性能好。

（6）利于夜间行车。

水泥混凝土路面缺点

（1）水泥和水的需要量大，修筑20cm厚，7m宽的水泥混凝土路面，每公里需要消耗水泥400~500吨和水约250吨。

（2）接缝较多。

（3）开放交通较迟

（4）养护修复困难。

（5）颠簸严重。

（6）防滑力低下

混凝土路面施工的一般工序是：①安装边模、接缝嵌条、传力杆和钢筋网等；②拌和混凝土混合料并运至工地；③摊铺与振捣混凝土混合料；④整平混凝土表面并刷毛或刻防划滑小槽；⑤养生与填缝。此外,还有试用真空吸水、振动碾压等工艺于混凝土路面施工中。

在早年，混凝土路面的施工使用钢制轨模，它一方面作为边模，一方面又可供具有钢轮的混凝土拌和机、运料车、摊铺机和振捣机等行驶操作。20世纪40年代，一些工业发达国家混凝土路面施工已全盘机械化，从基础整形、轨模安装与拆卸、混凝土拌和、摊铺、捣实与整面,直到切缝、填缝与养生等工序，都使用专门机械,进行流水作业。

1960年出现了滑模式水泥混凝土路面铺筑机（见水泥混凝土路面铺筑机械），机尾两侧装有模板随机前进，摊铺、振捣、整面与刻槽等作业顺序完成，成型的路面即在机后延伸出来。此外，还有一种混凝土路面联合铺筑机，它行驶一次即能使路基成型，并摊铺、压实基层，再于其上铺筑混凝土板。

为了控制温度变化在混凝土路面内引起的收缩和翘曲应力，需在面层内设置各种类型的接缝，并在接缝处设置荷载传递装置，以增强相邻两块板之间的荷载传递效率。工程实践证明，接缝部位是水泥混凝土面层的薄弱部位，接缝的传荷能力是影响水泥混凝土路面使用寿命及行车平稳和舒适的关键因素。然而，以往的水泥路面设计规范并没有明确规定横缝位置设置传力杆的条件。2003版水泥路面设计规范规定：特重和重交通公路、收费广场以及邻近胀缝或自由端部的3条缩缝，应采用设传力杆假缝形式。

当混凝土路面已破损，一般可于其上加铺沥青混凝土层，其厚度至少为15～20厘米，以防裂缝和接缝反映到沥青层上。如用新混凝土进行加层，则有如下三种形式：

1、结合式加层：先将旧路面凿毛，涂上水泥浆或环氧树脂，再铺新混凝土层，使它与旧路面结合良好。

2、部分结合式加层：先清洗旧路面，再铺新混凝土层，它和旧路面结合较差。

3、隔离式加层：在旧路面上先铺一层油毡或2～3厘米厚的粗砂或沥青砂，再铺新混凝土层。

混凝土路面坚固耐用，能适应现代高速、重载而繁密的汽车运输的要求，养护维修费用也少，所以在飞机场跑道、高速公路、干线公路、城市道路、厂矿道路以及停车站场上采用较多。它也特别适用于隧道内路面和过水路面。

1、力学特性

作为刚性路面的水泥混凝土路面，同柔性路面相比，有自己的特点：混凝土路面的弹性模量及力学强度大大高于基层和土基的相应模量和强度，但混凝土的抗弯拉强度比抗压强度低得多，约为抗压强度的1/7 - 1/6，在车轮荷载的作用下当弯拉应力超过混凝土的极限抗弯拉强度时，混凝土板便产生断裂破坏。且在车轮荷载的重复作用下，混凝土板会在低于极限抗弯拉强度时出现破坏，因此取水泥混凝土板的抗弯拉强度指标作为设计指标。

2、温度变化特性

混凝土随温度、湿度的变化而发生变形，导致混凝土路面板产生收缩、膨胀或翘曲。如果板的尺寸过大，这些变形会受到约束，使板内产生较大的应力，而出现开裂、拱胀，甚至断裂等破坏。为减少温度、湿度影响产生的应力，防止出现不规则的裂缝，混凝土路面（除连续配筋混凝土路面外）需要在纵、横两个方向设置接缝，将板体划分成一定尺寸的矩形板。

3、变形特性

水泥混凝土是一种脆性材料，它在断裂时的相对拉伸变形很小，因此在荷载作用下土基和基层的变形情况对混凝土板的影响很大，不均匀的基础变形会使混凝土板与基层脱空，在车轮荷载作用下板产生过大的弯拉应力而遭破坏。

因此混凝土面板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度，才能满足车轮荷载的多次重复作用。

《重载交通水泥混凝土路面》以作者近年来的科研成果为基础，详细地阐述　了重载交通特性及其对水泥混凝土路面设计的影响，介绍了重载交通水泥混凝土路面的结构特性，分析了设传力杆水泥混凝土路面荷载温度的力学响应，研究了重载交通水泥混凝土路面的荷载应力和温度应力，探讨了重载交通水泥混凝土路面的设计计算方法。同时，介绍高性能路面混凝土、基于振动试验法的水泥稳定碎石组成设计与技术性能。　《重载交通水泥混凝土路面》可作为高等学校相关专业的师生学习参考，也可供科研院所相关领域的研究人员参考使用。

第一章 绪论

第一节 水泥混凝土路面发展概况

第二节 水泥混凝土路面技术特点

第三节 重载交通水泥混凝土路面技术现状

第二章 重载交通特性及其对水泥混凝土路面的影响

第一节 轴载调查与轴载谱分析

第二节 重载交通特性

第三节 水泥混凝土路面疲劳特性和重轴载换算方法

第四节 重载交通对水泥混凝土路面破坏的影响

第三章 重载交通水泥混凝土路面的结构特性

第一节 重载交通对水泥混凝土路面结构与材料的要求

第二节 重载交通水泥混凝土路面的构造设计

第三节 重载交通水泥混凝土路面的内部排水设计

第四章 设传力杆水泥混凝土路面有限元分析

第一节 设传力杆水泥混凝土路面有限元模型

第二节 传力杆对接缝传荷能力的影响

第三节 传力杆与混凝土界面接触应力

第四节 传力杆的设计

第五章 重载交通水泥混凝土路面的荷载应力

第一节 弹性地基板理论

第二节 弹性层状体系理论与层状地基的转化

第三节 双层板理论及修正

第四节 荷载应力的有限元分析

第六章 重载交通水泥混凝土路面的温度应力

第一节 温度应力的理论解

第二节 温度应力有限元模型

第三节 单层板的温度翘曲应力

第四节 双层板的温度翘曲应力

第七章 重载交通水泥混凝土路面的结构设计

第一节 重载交通水泥混凝土路面结构组合

第二节 重载交通水泥混凝土路面厚度设计

第八章 高性能路面混凝土的材料特性

第一节 高性能路面混凝土概念

第二节 混凝土结构特征及HPPC技术途径

第三节 H：PPC的组成材料

第四节 HPPC配合比设计方法

第五节 HPPC技术性能

第六节 HPPC微观特征及机理

第七节 HPPC施工工艺

第九章 水泥混凝土路面基层的材料特性

第一节 振动试验方法的基本原理

第二节 基于振动法水泥稳定碎石组成设计

第三节 基于振动法水泥稳定碎石强度特性

第四节 基于振动法水泥稳定碎石耐久性能