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1、国外水泥混凝土路面经验借鉴梁军林教授级高工广西大学土木工程学院2015年9月16日 1 水泥混凝土路面主要发展议题 1 1水泥混凝土路面的技术经济性 质量 使用品质 结构性能与耐久性 技术 材料多样性 结构多样性 工艺多样性 成本 初期投资 使用者成本 养护维修成本 效益 直接经济效益 间接经济效益 1 水泥混凝土路面主要发展议题 1 3水泥混凝土路面的环境议题 节能 施工阻力 材料运输能耗 减排 机械用电 养生用水 固体废弃物排放 低碳 节约水泥 降低使用者油耗 环保 再生路面 多孔路面 低噪音 彩色路面 2 欧洲与加拿大水泥混凝土路面经验借鉴 2 1水泥混凝土路面决策 希望路面使用寿命为2
2、5年或30年以上 期间需要很少的养护维修 公众主要关心路面噪音 交通拥堵 行车安全和材料循环利用问题 普遍采用公共与私人合作的方式建设公路 从长寿命和养护维修费用减少方面考虑 大多业主倾向于选用水泥混凝土路面结构 英国强调为减少水泥混凝土路面噪音 所有公路水泥混凝土路面必须加铺沥青表层 2 欧洲与加拿大水泥混凝土路面经验借鉴 2 1水泥混凝土路面决策 续 普遍采用路面管理系统 但路面结构选择并不采用该系统进行决策 路面结构选择考虑的主要因素是全寿命周期成本 其它因素包括功能类型 交通水平 初期投资和环境议题 澳大利亚和荷兰等规定交通量水平达到某一水平应采用水泥混凝土路面 2 欧洲与加拿大水泥混
3、凝土路面经验借鉴 2 2路面结构设计与施工 主要采用典型结构法 考虑厚度和路面功能 反映材料 气候和交通特性 采用力学模型和现场观测验证典型设计 采用计算软件进行设计不多 德国和澳大利亚增大面层厚度趋势 但比美国的厚度小 薄板的疲劳破坏并未成为性能议题 设计寿命至少要求达到30年 荷兰要求达到40年 各国机构和民众希望寿命为40年或50年 为紧急停车和今后扩建需要 采用相同厚度和横坡的水泥混凝土路肩 路肩宽度比美国的路肩宽度大 外侧采用加宽面板车道 标线位于接缝边缘 减少板应力和变形 延长路面使用寿命 2 欧洲与加拿大水泥混凝土路面经验借鉴 2 2路面结构设计与施工 续一 欧洲路面纵向接缝很少
4、采用拉杆 未发现纵缝被拉开或传荷能力不足降低路面性能的情况 欧洲国家厚度200mm 300mm的水泥混凝土路面采用直径为25mm的传力杆 传荷性能表现良好 没有接缝损坏 连续配筋路面被认为是重载长寿命路面 厚度为90 减薄20 30mm 配筋率不尽相同 英国报导裂缝模式与预期不尽相符 产生斜向弯曲裂缝 2 欧洲与加拿大水泥混凝土路面经验借鉴 2 2路面结构设计与施工 续二 加拿大采用优质集料的开级配透水基层 欧洲主要采用密级配沥青混合料基层和水泥处治基层 德国过去采用水泥稳定基层与混凝土面板粘结 现已改为采用5mm厚的无纺布隔离 或采用热拌沥青混合料处理 德国根据1986年以来的经验 修建不处
5、治粒料基层水泥混凝土路面 原东德水泥混凝土路面存在碱集料反应 已循环利用于不稳定粒料基层 2 欧洲与加拿大水泥混凝土路面经验借鉴 2 2路面结构设计与施工 续三 欧洲和加拿大水泥混凝土路面采用厚的粒料防冻层 防冻层不采用开级配 但排水和稳定性良好 德国采用的水泥稳定基层厚度为260mm 并采用5mm的无纺布隔离层 其它国家采用热拌沥青混合料使面板与基层隔离 基于对旧路面的观察 接缝是否密封对路面性能似乎没有明显影响 比利时认为不密封的路面长期性能是不一样的 特别是重载路面上 德国对纵向施工缝不密封 但水可以从接缝进入路面结构内部 澳大利亚在外侧车道与路肩之间设边缘排水系统 2 欧洲与加拿大水泥
6、混凝土路面经验借鉴 2 3路面材料与试验检测采用普通水泥和含矿渣或粉煤灰的混合水泥 允许掺用不超过5 的石灰石粉掺合料 避免碱集料反应 水泥中当量碱含量不大于0 9 或采用混合水泥 许多国家尽量降低水泥用量 掺合料不计入水灰比 也不作为胶凝材料的一部分 在暴露环境 对表面浆体厚度和集料沉降过程进行控制 集料级配良好 采用3 4个粒级的集料 集料最大粒径为20mm 双层铺筑上面层集料最大粒径为8 11mm 荷兰最初采用一次铺筑集料最大粒径为32mm 一些国家采用专供混凝土 根据最终质量控制混凝土的质量 2 欧洲与加拿大水泥混凝土路面经验借鉴 2 3路面材料与试验检测 续 循环利用混凝土或拆除材料
7、于路面基层 澳大利亚要求路面再生作为下面层 沥青路面再生集料最大利用率占集料的30 磨光试验评价集料耐久性 上面层集料洛杉矶磨耗不超过20 加拿大要求使用镀层钢筋 德国和澳大利亚仅要求拉杆中间的1 3上镀层 传力杆则要求有镀层 试验由承包人进行 采用改进维皮稠度试验评价混凝土工作性 加拿大要求测定硬化混凝土含气量 欧洲各国碱集料反应均得到有效控制 有危险时采用混合水泥 未见破坏情况 欧洲各国未见测试水泥混凝土路面噪声也没有相应测试方法 抗滑构造测试在工程完工和养护过程中测定 德国发明的扫锚仪被用于传力杆位置控制 欧洲国家普遍采用4m直尺检测路面不平整度 比利时采用构造仪测量路面表面构造 欧洲和
8、加拿大水泥混凝土路面平整度均十分良好 2 欧洲与加拿大水泥混凝土路面经验借鉴 2 4水泥混凝土路面养护欧洲各国水泥混凝土路面很少或不需要养护 如果有也仅有零星的接缝重新密封 最主要的养护技术是在磨损的水泥混凝土路面上罩上一层薄薄的沥青减少路面噪音 英国要求水泥混凝土路面上加铺沥青减少噪音 加拿大采用金刚石砂轮研磨 改善水泥混凝土路面的平整度 加拿大采用预制混凝土技术实现快速修补 预制技术可单块板或多块板更换 虽然由于施工原因产生早期损坏 但加拿大相信预制拼装技术是水泥混凝土路面建设和维修养护的实用技术 2 欧洲与加拿大水泥混凝土路面经验借鉴 2 5研究与培训欧洲各国路面研究主要由学术机构和商业
9、研究院所承担 德国水泥联合会研究混凝土引气剂 碱 集料反应 欧洲已经开展纳米水泥材料的技术探索 旨在提高混凝土耐久性和力学性能 集中在纳米水泥 纳米混凝土逐步开展 许多国家都没有正规的职业资格培训 没有职业资格要求 通过具体工作 由承包人负责人员培训 称职良好 承包人与公路机构沟通十分良好 产学结合产生很高的价值 共同开发的典型结构就是很好的例子 欧洲标准在缓慢统一 目前各国还在使用自己的标准 2 欧洲与加拿大水泥混凝土路面经验借鉴 2 6可借鉴的主要经验双层铺装水泥混凝土路面技术 澳大利亚 比利时 荷兰和德国采用 良好的表面摩擦 低噪音 降低集料经济成本以及利用再生材料 路面典型结构设计 典
10、型结构设计已成功应用多年 采用软设计方法 考虑不同材料对路面结构的响应特性 避免过度设计 根据长期经验 通过专家团队采用力学原理进行分析 验证 典型结构设计应包括设计特征参数和可供选择的特征 以便在设计时做出选择 2 欧洲与加拿大水泥混凝土路面经验借鉴 2 6可借鉴的主要经验 续 采用厚的高质量垫层 垫层级配良好 细颗粒含量少 排水性能良好 再生混凝土常用于垫层 水泥稳定基层在一些国家也常用 但其上需要设置隔离层或沥青夹层 重视混合料组成设计 欧洲国家很重视路面混凝土组成设计 上面层混凝土弯拉强度达到7MPa 层间隔离材料使用无纺布 混凝土浇筑时水泥浆可与无纺纺布粘合 但无纺布与下层承隔离 可
11、替代沥青夹层 低噪音水泥混凝土路面 采用硬质石英集料 制作裸露骨料表层 可降低路面噪音 提高路面抗滑性能 采用特殊的纹理技术也可降低路面噪音 3 美国水泥混凝土路面经验借鉴 3 1美国水泥混凝土路面21世纪议程水泥混凝土路面使用寿命长 使用可靠 美国的洲际公路和重载公路大量使用 寿命比预期寿命长许多 已经为纳税人和投资人提供了实在的回报 整个20世纪 路面材料变化不大 普通水泥和优质集料适用范围宽 路基质量 施工和其它因素变化对路面性能影响不大 一直以来允许数天甚至数周开放交通 20世纪八十年代以来 水泥混凝土路面行业面临许多新的挑战 环境 社会和经济因素均影响路面的最终效果 3 美国水泥混凝
12、土路面经验借鉴 3 1美国水泥混凝土路面21世纪议程 续 混凝土混合料中存在过多的材料 有时使用边缘材料 降低材料对变化的适应性 有时伴随产生严重的问题 道路使用者变得更加苛刻 希望路面平整 噪音小 不愿因路面施工或维修封闭交通受到延误 许多公路已经建成 重点已经从新建向养护维修转变 需要各种各样的水泥混凝土路面解决方案 水泥混凝土路面投入萎缩 造成项目面临资金筹集的困难 环境压力影响混合料设计和水泥混凝土路面施工 水泥混凝土路面承担的交通量比以往任何时候都显著增多 这种趋势还在继续 2015年建设的公路 预计承担的交通量比1995年增加70 3 美国水泥混凝土路面经验借鉴 3 12012版水
13、泥混凝土路面发展路线图12个方向 续 路面材料与混合料 基于性能的新建或改建水泥混凝土路面设计 水泥混凝土路面智能化施工与质量控制系统 优化水泥混凝土路面表面功能实现安全 舒适 低噪音 水泥混凝土路面装备自动化与升级 水泥混凝土路面接缝设计 材料与施工技术 水泥混凝土路面维修养护技术 水泥混凝土路面施工 重建和加铺罩面 长寿命水泥混凝土路面评价 监测与发展战略 水泥混凝土路面地基 基层与排水 水泥混凝土路面经济性与管理 水泥混凝土路面可持续性 3 美国水泥混凝土路面经验借鉴 3 2路面混凝土材料及混合料研究目标 革新混凝土材料选择与混合料设计方法 获得经济 实用和最优的混凝土组成 能够综合实现
14、水泥混凝土路面结构设计与施工控制 实施方案 开发混凝土实验室 提供系列组成设计试验 同时满足结构设计 材料选择与组成设计的要求 开发不同特定环境条件下 在铺筑混凝土路面之前能够预测混凝土组成的工具或装置 3 美国水泥混凝土路面经验借鉴 3 2路面混凝土材料及混合料 续 实施方案 采用改进的质量管理工具 及早自动检测和纠正施工过程中的问题 在混凝土组成设计和施工控制阶段 更有效检测混凝土长期耐久性问题 采用先进的模型技术 改善预测混凝土性能与路面板力学行为与使用性能关系的能力 如收缩 接缝张开和养生 寻找和使用新的 非传统的材料 加快水泥混凝土路面施工 养护及重建 或者在适当费用下延长路面寿命
15、3 美国水泥混凝土路面经验借鉴 3 2路面混凝土材料及混合料 续 研究专题 3800 8100万美元 基于性能的混合料组成设计及技术标准 整合体积设计 混凝土性能设计 路面性能设计 功能设计及再生材料设计于混合料设计体系中 材料选择与测试技术 获得所需性能的材料 开发新的或升级现有设备及试验方法 新材料应用技术 使用新材料及可持续性材料 材料组成设计 开发专家系统 整合来自不同方面的试验结果 混合料性能评价 改进路面板性能预测模型 施工前路面材料性能评价 现场评价及实施程序为用户提供反馈机制 3 美国水泥混凝土路面经验借鉴 3 3基于性能的新建或改建水泥混凝土路面设计研究目标 使力学设计方法更
16、加可靠 经济 便于施工与维修养护 提高混凝土路面可靠性和耐久性 减少早期损坏及封闭交通 帮助更经济有效进行路面结构设计及维修养护 满足用户 公众 纳税人及公路管理机构的不同需求 3 美国水泥混凝土路面经验借鉴 3 3基于性能的新建或改建水泥混凝土路面设计研究专题及方案 4100 6000万美元 结构设计模型 为不同类型道路 低交通量道路和特殊应用提供更多选择 包括可靠性 经济性 可施工性和可维修性选择 设计参数 性能模型和可靠性 通过建立力学性能关系最大限度应用基本工程原理 改善混凝土路面结构设计的可靠性 强化设计特征 降低寿命周期成本 减少设计使用周期内封闭交通 特殊设计与维修 综合材料 施工 荷载 气候 养护 维修和性能需求 进行路面设计 获得可靠 经济和多功能 噪音 水雾 美学 摩擦 构造 反光等 设计 3 美国水泥混凝土路面经验借鉴 3 3基于性能的新建或改建水泥混凝土路面设计研究专题及方案 续 改进力学设计方法 总结传统的路面材料 施工 交通荷载 气候 养护维修和性能设计经验 提高路面结构可靠性 经济性和功能性 修改设计指南 采用力学方法和路面现场材料 进行养护维修处治设计
