论我国发展透水性水泥混凝土路面的技术条件

陈英奎

（重庆市永川区公路管理所，重庆永川 402160）

0 引言

透水性水泥混凝土作为一种新的环保型、生态型的道路材料，已日益受到人们的关注。透水性水泥混凝土路面与普通的水泥混凝土路面相比，透水性混凝土道路能够使雨水迅速地渗入地表，还原成地下水，使地下水资源得到及时补充，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物的生存条件来调整自然生态平衡；同时透水性水泥混凝土路面具有较大的空隙率，与土壤相通，能蓄积较多的热量，有利于调节城市大气的温度和湿度，减轻城市“热岛”效应；下雨时，透水性水泥混凝土路面能减轻道路排水设施的负担，防止路面积水和夜间反光现象，大力提高车辆、行人通行的舒适性和安全性；透水性水泥混凝土路面大量的空隙能够吸收车辆行驶时产生的噪声，创造安静舒适的交通环境。由于透水性水泥混凝土路面有诸多优点，由此可见透水性水泥混凝土路面的推广应用，有其广泛的社会、经济效益。

1 发展透水性水泥混凝土路面的技术条件

为了说明发展透水性水泥混凝土路面的技术条件，首先回顾一下透水性水泥混凝土路面的发展历程。

1973年和1979年的两次石油危机，导致沥青价格上涨，增加了水泥混凝土路面的竞争力，也重新唤起了人们研究开发透水性水泥混凝土路面的热情。美国从1979年就开始了对透水混凝土的研究和应用，并取得了专利。德国的目标是，到2010年把全国城市90%的道路改造成透水路面。日本1998年透水性路面的施工量达到了719万m2。

我国对透水性水泥混凝土路面的研究，自20世纪90年代初在透水性路面材料方面有较多的研究和开发。进入21世纪后，随着高等级公路的迅速发展，以应用于高等级公路为目标，从材料、施工技术、抗滑技术、接缝技术等方面进行了系统研究，在路面平整度、抗滑及接缝等方面取得了突破性进展，并取得了一系列配套成果，初步形成了高等级公路透水性水泥混凝土路面施工成套技术[1]。

纵观国内外透水性水泥混凝土路面发展的历程可以看出，影响透水性水泥混凝土路面发展的因素，除经济原因外，主要是设备条件和施工技术两个方面[2]。下面针对这两方面的内容，分析我国发展透水性水泥混凝土路面的技术条件。

2 设备条件

根据透水性水泥混凝土路面的施工工艺特点，要保证透水性水泥混凝土路面具有良好的施工质量，必须保证拌和、摊铺和碾压三道主要工序具备相应的设备条件。

2.1 拌和设备

根据国内外经验和试验研究结果，透水性混凝土是干硬性混凝土，拌合物中水泥浆的稠度较大，且数量较少，为了使水泥浆能够均匀地包裹在骨料上，必须采用强制式拌和机，搅拌时间为2～4min。透水性水泥混凝土的稠度对水的变化非常敏感。研究结果表明，混凝土的稠度及其波动是影响透水性水泥混凝土路面质量的主要因素，而造成混凝土稠度变化的主要原因是混凝土单位用水量的变化，也就是加水量和粗骨料含水量的变化。从这个意义上讲，应推荐带有自动检测粗骨料含水量的拌和机，或配备附加的快速粗骨料含水量测定系统。

2.2 摊铺设备

为了保证路面平整度，摊铺设备应满足以下要求：

（1）保证较好的摊铺平整度。摊铺是透水性水泥混凝土路面施工的关键工序，是碾压等后续工序的基础，只有摊铺出平整的表面，才有可能得到压实后平整的路面。为此，要求摊铺机必须具备工作性能良好的均衡供料系统和自动找平系统。

（2）保证足够的预压密实度。透水性水泥混凝土拌合物比较干硬，尽量使用预压性能好的铺路机摊铺。材料经摊铺机摊铺后，必须经过压路机的碾压作用才能密实成型，如果摊铺后的混凝土过于松散，则在压路机的作用下势必会产生推挤，从而破坏路面的平整度。根据铺筑的试验路的试验，摊铺预压密实度应能在88%以上。

综合上述情况，沥青路面摊铺机用于高等级公路透水性水泥混凝土路面施工是完全可能的。

2.3 碾压设备

碾压是透水性水泥混凝土路面施工必不可少的工序，当混凝土的配合比确定之后，硬化混凝土的强度主要取决于混凝土的密实程度，降低1%的压实度，可造成约0.27 MPa的抗折强度损失，可见压实的重要。压实质量的好坏主要取决于压路机的性能。另一方面，碾压也是破坏摊铺平整度、影响最终平整度的关键因素。因此，选择适宜的压路机是保证路面质量的关键因素之一。通过重庆交通大学科研试验路2个试验路段试验数据分析，认为碾压为：自重10～12 t的静力式压路机。上述碾压设备目前在我国一般公路施工企业中都已属常规设备。

3 施工技术

具备一定性能要求的施工机械设备是发展透水性水泥混凝土路面的必要条件，但要铺筑符合高等级公路要求的透水性水泥混凝土路面，还必须有一套相应的施工技术。

3.1 提高路面平整度的关键技术

透水性水泥混凝土路面最大的难题是难以达到足够的路面平整度，这也是多年来制约透水性水泥混凝土路面发展的主要障碍。

为了解决透水性水泥混凝土路面平整度这一施工难题，我们首先对路面平整度的影响因素进行了深入、全面的分析，并通过大量的室内试验和现场试验进行了研究，提出了如下保证透水性水泥混凝土路面平整度的关键技术。

3.1.1 适宜的碾压混凝土稠度指标和集料级配

通过重庆交通大学科研试验路2个试验路段的现场考察和室内试验，研究提出了适宜于大型机械化施工的集料石灰岩破碎碎石最大单一粒径5～10 mm、42.5级普通硅酸盐水泥用量为415～430 kg/m3、水掺入量 112～117 kg/m3、外加高效减水剂（减水率15%～20%）3.32～3.44 kg/m3的集料合成级配和“半出浆”改进VC值40±5s的稠度设计指标[3]。

3.1.2 保持稠度稳定性

通过对造成稠度波动原因的分析和试验，研究提出了包括料场管理、拌和机选择、材料计量、外加剂选择等保持稠度稳定的措施。

3.1.3 提高摊铺均匀性

定性和定量研究了减少摊铺过程中离析的措施及影响摊铺预压密实度均匀性的因素，提出了通过“拌和—运输—摊铺”系统分析选择适宜的摊铺速率等保证摊铺作业的连续性、提高摊铺均匀性的技术措施。

3.1.4 增大预压密实度

通过对透水性水泥混凝土路面成型机理和摊铺机性能的试验和分析，提出了保证摊铺后预压密实度85%以上的摊铺机选型要求。

3.1.5 保证碾压的均匀性

通过理论分析和现场试验，从选择合适的压路机型号与参数、适宜的碾压工作段长度、碾压次序与工艺参数等方面提出了保证碾压均匀性的关键技术。特别是考虑到拌合料的稠度和周围温度等条件，应进一步采用实心钢管或轻型压路机对透水性水泥混凝土拌合料进行多次碾压（在碾压前必须清理碾子并涂油，以防黏结骨料）。

3.1.6 施工缝处理、基层平整度控制

通过试验路的摸索，提出了施工缝的处理方法、基层平整度的控制原则、合理操作等一系列保证路面平整度的技术措施。

2005年10月完成的重庆交通大学科研试验路，在规模生产(每台班完成7 m×200 m以上)条件下，路面平整度水平(按照3 m直尺最大间隙≤3 mm或连续式平整度仪σ≤1.8 mm要求)达到85%以上的高速公路优良标准。因此，可以说从施工技术上已基本解决了透水性水泥混凝土路面平整度这一施工难题，为透水性水泥混凝土路面在高等级公路上的大规模推广应用积累了经验。

3.2 抗滑技术

以前由于路面平整度问题一直没有得到很好解决，透水性水泥混凝土路面一直停留在低速交通阶段，路面防滑问题相应不很突出，但是要使透水性水泥混凝土路面应用于高等级公路，抗滑问题是必须解决的一项关键技术。

为了解决透水性水泥混凝土路面抗滑这一关键技术，通过大量的室内室外试验提出了透水性水泥混凝土路面的抗滑处理原则。

（1）对于高速公路和一级公路，应采用缓凝裸露法进行表面处理，以形成要求的路表宏观构造。当粗集料抗磨光能力达不到现行规范要求时，需做抗滑表层(一次摊铺碾压成型)。

（2）对于其它等级的公路，可不作任何处理，依靠通车后行车的作用逐渐形成宏观构造，必要时可采取限速研磨措施，加速裸露进程。

采用上述处理原则，基本可以解决透水性水泥混凝土路面的抗滑问题。

3.3 接缝技术

透水性水泥混凝土路面由于在材料、施工工艺上与普通混凝土有一定差异，因此在接缝设计及施工上亦有其特殊性。通过试验路段的施工，提出了透水性水泥混凝土路面从接缝设置原则到施工工艺的控制，并在以下两方面取得了成效。

（1）采用透水性水泥混凝土材料的有关参数和路面板的有关指标，对透水性水泥混凝土路面板的温缩应力、温度翘曲应力、干缩应力及荷载应力进行了计算，并结合试验路的观测结果，研究提出了全厚式透水性水泥混凝土路面缩缝间距值为6～8 m。

（2）在不破坏摊铺机结构的情况下，研制出纵缝拉杆设置装置，解决了全厚式透水性水泥混凝土路面无法设置拉杆的施工难题。

应用上述接缝和施工技术，即可解决透水性水泥混凝土路面的接缝问题。

3.4 其他配套技术

除上述关键技术外，在透水性水泥混凝土材料试验方法、配合比设计方法、材料物理力学性能、外加剂、施工质量检测等方面也已形成了一系列配套技术。

4 结论和建议

从以上分析可以看出，我国已具备发展透水性水泥混凝土路面的设备条件和施工技术条件。可以预见，在我国高等级公路迅速发展、优质路用沥青匮乏、水泥资源丰富的条件下，透水性水泥混凝土路面施工成套技术作为修筑环保型、生态型道路路面的一种新的技术途径，将具有良好的推广应用前景。

[1]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999.

[2]林宝玉,吴绍章.混凝土工程新材料设计与施工[M].北京：中国水利水电出版社，1998.

[3]冯浩,朱清江.混凝土外加剂应用工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.