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1、第十五章,水泥混凝土路面,Portland Concrete Pavement,第六节,水泥混凝土的材料设计（自学）,主要内容 第一节 概 述 第二节 水泥混凝土路面的结构要求 第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置 第四节 其它类型混凝土路面简介 第五节 水泥混凝土路面施工,第一节 概 述 1、水泥混凝土路面及其特点 1）水泥混凝土路面的定义 是指由水泥混凝土面板和基层或底基层所组成的路面，也 称刚性路面，包括普通混凝土路面（JPCP）、钢筋混凝土路面 （JRCP）、钢纤维混凝土路面（SFCP）、预应力混凝土路面、 连续配筋混凝土路面（CRCP）、装配式混凝土路面等。 2）普通水泥混凝土路面JP
2、CP 由普通混凝土面层板和基层或底基层所组成的路面，是除 接缝区和局部范围（边缘及角隅）外，不配置钢筋的混凝土路 面。有时也被称为白色路面。,第一节 概 述 The Autobahn 1930s From D H Chen From D H Chen,第一节 概 述 3）普通混凝土路面的特点 （1）强度高 （2）稳定性好 （3）耐久性好（可以使用2040年或更长） （4）夜间行车效果好 （5）使用初期养护费用少，经济效益取决于使用效果,第一节 概 述 4）普通混凝土路面的缺点 （1）初期造价高（目前与进口沥青比造价已不高，且 沥青路面使用寿命长，因此单位年费用更低）； （2）对水泥和水需求量大
3、，因此总体污染（水泥生产 过程）； （3）噪声大、行驶舒适性差； （4）有接缝（受力薄弱、行车舒适性差、易进水）； （5）修筑周期长，开放交通迟； （6）养护维修困难。,第一节 概 述 2、普通水泥混凝土路面的病害类型 1）接缝破坏 1）挤碎：出现于横向接缝（主要是胀缝）两侧数十厘米宽度内，表现为 板的伸长受阻，板发生剪切挤碎。 2）拱起：混凝土面板在受膨胀而受阻时，某一接缝两侧的板向上拱起， 表现为纵向压曲失稳。 3）错台：横向接缝两侧路面板出现的竖向相对位移。 4）唧泥：汽车行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。,第一节 概 述 2）面板破坏（断裂） 表现为面板的断裂和裂缝，主要是面板由于
4、所受内应力超过 了混凝土的强度而出现的横向或纵向以及板角的断裂和裂缝。 断裂裂缝可视为混凝土面层结构破坏的临界状态。 3）表面损坏 包括起皮、磨损、露骨、磨光等,第一节 概 述 唧泥,第一节 概 述 板块断裂、破碎,第一节 概 述 From D H Chen 拱起,第一节 概 述 裂缝挤碎,第一节 概 述 表面剥落,横向裂缝,局部沉陷,局部修补,第一节 概 述,Depth(mm),0 200 y = 56.571x + 198.43,400 600,800 y = 17.221x + 444.48 1000,0,10 20,30,5.35ksi,12.54 ksi,第一节 概 述 From D
5、 H Chen Number of Blows,错台 Faulting,From D H Chen,第一节 概 述,第一节 概 述 From D H Chen 错台 Faulting,第一节 概 述 From D H Chen 路面错台Faulting,Lane 2,Lane 3 Broken #4 Tie Bar,Base pumped, forming void 3 inches deep by 5 inches wide,Yellow represents layer of clean coarse aggregate left behind after pumping,Faulted
6、as much as 2 inches,5 in. Detail at Faulted Joint,3 in.,From D H Chen,接缝传力杆破坏示意图,第一节 概 述 4-in. Core,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 1、土基 （1）性能要求： 因水泥混凝土路面强度、刚度都很大，传递到土基的应力很小 （一般不超过0.05MPa），对土基的强度要求要比沥青路面低。 对土基的支承要求主要是保证基层的稳定性（尤其是水稳定性 和路基稳定性），特别是不出现不均匀的支承，从而保证水泥 混凝土板处于均匀面支承的受力状态。因此，要求路基（即土 基）密实、稳定和均匀，一般要求基层采用水稳定性好的
7、材料、 路基处于干燥或中湿状态，沉降稳定。,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 （2）引起土基不均匀支承的可能原因 不均匀沉陷：压实不均匀、填挖结合处理不佳、土基未充分 固结（施工期沉降不稳定）； 不均匀冻胀：含水量在等温面上分布不均匀、土质不均匀； 特殊土质：膨胀土、湿陷性黄土等，加上含水量变化。 （3）处治方法 土质掺配均匀、控制压实含水量、排水加固及设垫层, ,支承路面板 提供合适地基模量，提高路面结构的承载能力，延长路面使用寿命。 减小路基（土基）顶面的压应力，减小地基的不均匀变形，缓和路基不均 匀变形对面层的影响。 防唧泥 混凝土板如直接放在路基上，会造成路基土塑性变形过大，铺设基层可
8、减 轻以至消除唧泥，但未经处治的砂砾基层细料含量和塑性指数不能太高， 否则仍会产生唧泥。,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 2、基层 （1）基层的作用, ,防冰冻 在季节性冰冻地区，用对冰冻不敏感的粒状多孔材料铺筑基层，可以 减少路基的冰冻深度，从而减轻冰冻的危害作用。 防水 在湿软土基上，铺筑开级配粒料基层可排除路表渗入水及隔断地下毛细 水。 施工 面层施工(如立侧模，运送混凝土混合料等)提供方便,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 （1）基层的作用,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 2、基层 （2）水泥混凝土路面的基层类型 粒料类（碎石、砂砾等） 稳定类（水泥、石灰粉煤灰或沥青稳定粒料） 贫
9、混凝土和碾压混凝土等 上述基层分别具有不同的刚度、耐冲刷能力和透水性，要根据交通等级、当 地条件和经济性因素选用。,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 2、基层 （3）基层的抗冲刷性 耐冲刷能力分5级： 1级（极耐冲刷）贫混凝土（水泥含量7或8）、碾压混凝土、沥青 混凝土 2级（耐冲刷）厂拌水泥稳定粒料（水泥含量5） 3级（较耐冲刷）厂拌水泥稳定粒料(水泥用量3.5)， 沥青稳定粒料(沥青含量3) 4级（较易冲刷）现场拌水泥稳定粒料（水泥含量2.5），粒料 5级（易冲刷）混杂的粒料，细粒土,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 2、基层 （4）基层的设计要求 （5）基层的厚度要求,第二节 水泥混凝土
10、路面的结构要求 2、基层 （6）基层的材料要求 最大粒径不超过基层厚度的1/3； 小于0.075mm的细料含量不超过7%； 粒料可采用开级配或密级配，其级配组成应符合技术规范规定要求，并应采 用重型压实标准压实到较高的压实度（98100）。 （7）基层的宽度要求,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 3、水泥混凝土面层 水泥混凝土面层应具有足够的强度、耐久性、表面抗滑、耐磨和 平整。 面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺寸较大或形 状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖 交界段的路基等有可能产生不均匀沉降时,应采用设置接缝的钢筋 混凝土面层。其他面层类型可根据适用条件按
11、规范取用。,（1）面层的几种类型 有或无传力杆的横缝 有拉杆的纵缝 钢丝网 2、有接缝的钢筋混凝土路面 钢筋丝 4、预应力混凝土路面,3、水泥混凝土面层 有或无传力杆的横缝 1、有接缝的普通混凝土路面 连续配筋 3、连续配筋混凝土路面,第二节 水泥混凝土路面的结构要求,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 From D H Chen,混凝土的变形特性-弹性变形,、徐变变形、温度变形、干燥收缩变形,耐久性-混凝土抵抗环境介质作用而保持其形状、质量和适用性的能力,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 （2）水泥混凝土路面的形状要求 普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层 板一般采用矩形。其纵
12、向和横向接缝应垂直相交 , 纵缝两侧 的横缝不得相互错位。 （3）水泥混凝土路面的材料要求 新拌混凝土的施工和易性-易于施工操作的性能质量均匀、密实成型 硬化后混凝土的强度-抗压强度和抗弯拉强度、模量,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 4、水泥混凝土路面排水 （1）水产生的有害影响 使无粘结粒状材料和地基土的强度降低。 由于移动车辆产生高动水压力，会使路面基层的细颗粒产生唧泥，使面板 支撑不均匀或失去支撑。 混凝土路面因板底脱空产生错台、开裂和整个路肩破坏。 在冰冻深度大于路面厚度的北方地区，高地下水位会造成冻胀，并在冻融 期间降低承载能力。 水使冻（膨）胀土产生不均匀冻（膨）胀。 （2）排水
13、问题的重要性 国外的一些对比分析和试验路段观察结果表明，设置完善路面排水设施 的路面，其使用寿命要比未设的提高30%（沥青混凝土路面）和50%（水泥 混凝土路面）左右。,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 4、水泥混凝土路面排水 （3）排水设计的原则 1）要充分利用有利地形和自然水系，排水沟渠宜短不宜长，就近分流； 2）注意与农田水利相配合； 3）进行调查研究，全面规划，还应与路基防护加固相配合； 4）尽量不破坏天然水系； 5）就地取材，讲究经济效益； 6）尽量阻止水进入路面结构，并迅速排除路面结构内的水。,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 4、水泥混凝土路面排水 （4）路面排水系统的组成 路面
14、表面排水 方式：主要通过设置横坡，迅速排除降雨。 行车道路面应设置单向或双向横破，坡度为1%-2%，路肩宜稍大。 中央分隔带和路肩排水 方式：主要采用设置排水盲沟的方式。 路面结构内部排水 方式：通过设置排水垫层/基层。,第二节 水泥混凝土路面的结构要求,1）路肩铺面结构应具有一定的承载能力, 其结构层组合和材料选用应,与行车道路面相协调, 并保证进入路面结构中的水的排除。 2）路肩铺面可选用水泥混凝土面层或沥青面层。,3）路肩水泥混凝土面层的厚度通常采用与行车道面层等厚, 其基层宜,与行车道基层相同。选用薄面层时, 其厚度不宜小于150mm, 基层应采用 开级配粒料。 4）路肩沥青面层宜选用
15、密实型沥青混合料，基层可选用无机结合料稳定 粒料或级配粒料。行车道路面结构不设内部排水设施时, 沥青面层和不 透水基层的总厚度不宜超过行车道面层的厚度 , 基层下应选用透水性粒 料填筑。,第二节 水泥混凝土路面的结构要求 5、路肩, ,温度均匀变化时：水平拉伸、或水平压缩 温度不均匀变化时：白天，板表面温度高于板底温度，水泥砼板中部有 向上隆起的趋势，受阻后，顶面受压、板底受拉；夜晚相反，板边有翘 起趋势，顶面受拉、板底受压,第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置 1、水泥混凝土路面的接缝的设置目的 水泥混凝土硬化过程中的收缩； 施工过程应设置横向工作缝和纵向工作缝； 混凝土面板的热胀冷缩,第三节
16、 水泥砼路面的接缝构造与布置 2、水泥混凝土路面的横向接缝 （1）横向接缝 垂直于行车方向的接缝，包括缩缝、胀缝和工作缝 缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从 而避免产生不规则的裂缝。 胀缝：保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热 天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。 施工缝：因施工不连续，暂时停止施工时要设置施工缝。常设置在 缩缝、胀缝位置处，必须添加传力钢筋，保证纵向整体性。,第三节 水泥砼路面的接缝构造与布置 （2）横缝的构造与设置 胀缝的构造 胀缝是贯通接缝、缝宽达到20mm左右、虽然设置传力杆，但是由于不断 的伸长与收缩，再加上荷载的作用，是水泥混凝土最薄弱的环节。目前只在 结构物位置设置胀逢，设置胀逢的数量与水泥混凝土路面长度没有关系。,假缝型,假缝+传力杆,企口缝+传力杆 缩缝间距一
