水泥混凝土路面

1868年，蘇格蘭首次在因弗內斯通往某堆貨場道路上鋪築混凝土路面，19世紀末傳入美國和德國。早年混凝土路面大多用素混凝土按單層就地澆築而成，少數也有做成雙層式或配設鋼筋的。20世紀20年代，歐、美各國在公路、城市道路和飛機場跑道上大量發展混凝土路面，美國還開始試鋪裝配式預製塊混凝土路面和連續配筋混凝土路面。至於預應力混凝土路面，美、法兩國分別於30年代和40年代中期開始試鋪。70年代初，美國和荷蘭開始試鋪鋼纖維混凝土路面。

中國於20世紀20年代末開始在少數大城市的道路和飛機場跑道上鋪築混凝土路面。1932～1933年在南京至杭州國道上鋪築了長500米、寬5.5米的混凝土路面試驗段。1940年在北京至天津公路上鋪築了長120公里、寬3米的混凝土路面。1948年在南京飛機場跑道上鋪築長2200米、 寬45米、 厚30釐米的鋼筋混凝土道面。到50年代，隨着水泥工業的發展，在中國的一些大、中城市的幹道以及飛機場跑道上，開始大規模鋪築混凝土路面。70年代初以來，某些省在公路幹線上開始鋪築混凝土路面。中國的飛機場跑道，幾乎全部都採用混凝土道面。中國混凝土路面大多是用素混凝土按單層就地澆築而成，但少數也有采用裝配式預製板，或做成雙層式，或配有鋼筋。

水泥混凝土路面由墊層、基層及面層構成。

墊層，在温度和濕度狀況不良的城鎮路面道路上，應設置墊層。以改善路面結構的使用性能。

基層，基層應具有足夠的抗沖刷能力和較大的剛度且抗變形能力強且堅實、平整、整體性好。

面層，水泥混凝土面層應具有足夠的強度、耐久度、表面抗滑、耐磨、平整 ^[1]  。

在公路、城市道路及機場道面中，我國採用得最廣泛的是現場澆築的普通混凝土路面，這類混凝土路面除接縫區和局部範圍（邊緣或角隅）外，不配置鋼筋，亦稱素混凝土路面。

用素混凝土或僅在路面板邊緣和角隅少量配筋的混凝土,就地灌築成的路面結構，施工方便，造價低廉。素混凝土路面應沿縱向每隔5～6米設一縮縫，滿足冬季縮裂要求；每隔20～40米設一脹縫，防止夏季熱脹，板屈曲壓裂或縫邊混凝土擠碎；沿橫向每隔3～4.5米設一縱縫（圖1）。由於橫脹縫易引起路面板的破壞，增加施工和養護的麻煩，20世紀60年代中期以來，對夏季施工的混凝土路面，除在橋頭、隧道口、道路交叉口小半徑曲線或縱坡變換處,必須設置脹縫外,其他路段可少設或不設。縱橫縫一般做成垂直相交，但也有把橫縫做成與縱縫交成70°～80°斜角，並按4、4.5、5、5.5和6米的不等間距順序佈置。

脹縫間隙寬1.8～2.5釐米，為防止滲水，上部5～6釐米深度內應灌以填縫料，下部則設置用瀝青浸製的軟木嵌條。為傳遞荷載，混凝土板厚中央處設鋼傳力杆，杆徑20～32毫米，長40～60釐米，間距30釐米。杆的半段塗瀝青並套以套筒，筒底部填以木屑等材料（圖2a）。如不設傳力杆，可在混凝土板下設置墊枕（圖2b）。

縮縫一般做成裂口深4～6釐米的假縫形式（圖3a），上部亦灌以填縫料，可不設傳力杆。但在路基軟弱或交通繁忙路段以及鄰近長間距脹縫的二三個縮縫上，也應設置傳力杆（圖3b）。縱縫可做成假縫、平頭縫或企口縫形式（圖4），上部也灌以填縫料。為防止板塊向兩側滑移，板厚中央可設置鋼拉桿，杆徑14～20毫米，長40～60釐米，間距80～100釐米。

素混凝土路面板大多做成等厚斷面，厚約20～25釐米。由於板的邊緣和角隅最易遭到破壞，可設置邊緣鋼筋和角隅鋼筋（圖1）予以加固，或做成厚邊式斷面,從靠路肩1米處開始厚度逐漸增加，至板邊緣厚度較中間大25%。在高速公路和一級公路上，可做成由內側向外側邊緣逐漸加厚的梯形斷面。路面板大多做成單層式；當板較厚時也可做成雙層式，上層厚度不小於6～7釐米。下層使用品質稍差的材料做成低強度混凝土；為使上下層結合牢固，下層表面應清潔、粗糙並設凹槽。

混凝土路面切縫要注意：

1、要注意切縫的時間，時間隔太長了會出現裂縫，太短了，會出現毛邊；2、要注意切的深度，淺了起不到效果，還是會出現裂縫，太深了，又耗時耗力，浪費資源；3、間距要合適，一般控制在4-6米之間，間隔太長了，中間會出現裂縫，起不到作用了，太短了，也是浪費；4、注意線形的順直美觀，特別是在彎道上，注意不要斜了；5、切完後及時進行灌縫。

在混凝土路面板內，沿縱橫向配置鋼筋網，配筋率為 0.1～0.2%。鋼筋直徑8～12毫米，縱筋間距15～35釐米，橫筋間距30～75釐米。鋼筋設在板表面下5～6釐米處，以減輕板面裂紋的產生和擴張。板厚和縱縫間距與素混凝土路面相同，但橫縮縫間距可增至10～30米，並設傳力杆。在地路基軟弱地段和交通特別繁重處，也可將鋼筋網設在板底面之上5～6釐米處，或設雙層鋼筋網。

在混凝土路面板內大量配筋，配筋率達0.6～1.0%，縱筋直徑12～16毫米,間距7.5～20釐米，可連續貫穿橫縫。橫筋直徑6～9毫米。間距40～120釐米。鋼筋設在板厚中央略高處，與板表面距離至少6～7釐米。

在連續配筋混凝土路面板的端部應設置端縫，它有兩種形式：一為自由式,即連續設置3～4條脹縫,以便板端部自由脹縮；另一為錨固式，即在板底部設置若干根肋梁或樁埋入地基內，以阻止板的脹縮活動。與素混凝土路面相比，連續配筋混凝土路面板厚可減薄15～20%；縮縫間距可增長至100～300米。但用鋼多，造價高，施工較複雜。

纖維混凝土路面是在混凝土面層中摻入各種短纖維的水泥混凝土路面，纖維混凝土通常比素混凝土具有更高的抗拉強度或更好的耐久性。常用的纖維有鋼纖維、各種聚合物纖維以及玻璃纖維。纖維混凝土路面廣泛用於重載道路、機場跑道及工作環境惡劣的路面和橋面。

碾壓混凝土路面是採用振動碾壓成型的水泥混凝土，不同於上述類型混凝土路面的灌注施工方式。碾壓混凝土路面要求採用十硬性混凝土，施工便捷快速，但其表面平整度和結構耐久性不如普通混凝土。碾壓混凝土主要用於低等級道路或面層由兩層不同類型的結構層複合而成的複合式路面的下層。

塊料混凝土路面是用混凝土預製塊做面層鋪築在下承層上的路面結構。大的塊料路面的塊料尺寸可達1～2m，小的塊體通常為20～30cm。由於可以使用石料打製較小的塊料，因此，認為只有較大的塊料路面才能歸於水泥混凝土路面範疇，從而用剛性路面理論進行結構分析。塊料路面常用於城市道路、非機動車道、低等級公路，或用於基礎不穩定的道路交叉口、橋頭引道、過水路面等處。 ^[2] 

按路面構造的不同分為三種：

①無筋預應力混凝土路面。在混凝土板兩端設置墩座埋入地基內，墩座與板之間設置彈力縫，放入鋼彈簧。板長中央設置加力縫，縫內設千斤頂，對混凝土板逐漸施加壓應力至5兆帕，然後塞入混凝土預製塊，取出千斤頂，用混凝土填塞縫隙。

②有筋預應力混凝土路面。在混凝土板厚中央預留孔，穿進鋼絲束，張拉後將兩頭錨固，並在孔內注入水泥漿使鋼絲束與混凝土粘牢。較窄的板可僅在板的縱向加力，較寬的板需在縱橫向同時加力，或按與路中線成小於45°角的斜向加力（圖5）。後者可以連續澆築很長的板，在板的兩側施加應力。所加預應力，在縱向為2～4兆帕，在橫向為0.4～1.4兆帕。

③自應力混凝土路面。用膨脹水泥製備混凝土鋪築路面，借配筋或在板的兩端設置墩座，通過混凝土的膨脹施加預應力。

預應力混凝土路面板厚可減至10～15釐米，縮縫間距可增至100～150米。但因施工工藝複雜，所需機具性能要求較高，除在某些飛機場建設中獲得成功經驗外，尚未普遍推廣。

於混凝土中摻入1.5～2.0%(體積比)的長25～60毫米、直徑0.25～1毫米的鋼纖維，可使其28天極限抗壓強度和極限抗彎拉強度較素混凝土提高50%以上；而且它的抗疲勞和抗裂縫能力也較素混凝土高（見纖維混凝土）。與素混凝土路面相比，鋼纖維混凝土路面板厚可減小30～50%，縮縫間距可增至15～30米，縱縫間距可增至8米，脹縫可以不設。鋼纖維混凝土路面施工工藝尚未定型，仍在試驗階段。

在工廠中製成混凝土預製板，運至工地現場鋪裝而成的路面。裝配式混凝土板一般做成邊長1～2米的正方形或矩形,也可做成邊長1.2米的六角形，板厚12～18釐米；還可做成寬3.5米、長3～6米的大型板，但需有相應的運輸和吊裝機具來配合。板的邊緣和角隅可配置鋼筋，也可在全板面配設鋼筋網。為提高混凝土的質量，可採用預應力、真空吸水、機械振搗和蒸汽養護等工藝。裝配式混凝土路面板可以全年生產，不受氣候影響，質量容易保證；而且鋪裝進度快，鋪完即可通車，損壞後易於拆換修理。因此，較適用於停車站場及港口碼頭處，但其接縫多，整體性差，故在公路和城市道路幹線上很少採用。

土基與基層的穩定與堅固對混凝土路面的經久耐用有極大關係。60年代以來，都強調要用水泥、石灰或瀝青穩定土或粒料、工業廢渣、瀝青混合料或貧混凝土作混凝土路面的基層，厚約15～20釐米，寬度較混凝土板每側寬出25～35釐米以上。土基上層60釐米深度內的壓實度要達到最佳密實度的98%以上。在冰凍地區，還要在基層之下，另設30～80釐米厚的砂礫或爐渣防凍層。在基層與混凝土面板之間，可鋪設1～2釐米厚的瀝青砂或塑料薄膜；如基層表面平整，亦可將混凝土直接灌築於基層上。

用作水泥混凝土面層的材料包括普通混凝土，鋼筋混凝土，連續配筋混凝土，鋼纖維混凝土、碾壓混凝土等。

製備路面用混凝土，要採用軟練425或525號普通硅酸鹽水泥、中砂或粗砂和Ⅰ、Ⅱ級碎（礫）石。混凝土28天極限抗壓強度不低於30～40兆帕，極限抗彎拉強度不低於4.5～5.5兆帕，每立方米混凝土的水泥用量為300～350公斤。對雙層式混凝土路面的下層材料，可適當降低要求。為提高混凝土的使用性能，可摻入少量早強劑、加氣劑、增塑劑、減水劑或聚合物等外加劑（見混凝土外加劑）。

在接縫上部所澆灌的填縫料，常用瀝青、礦粉、石棉屑、軟木屑或橡膠粉,按適當配比製成的瀝青膠泥（也稱瀝青瑪脂）。亦有采用氯丁橡膠空心帶、塑料嵌條或聚氯乙烯膠泥等作填縫料，效果較好。

混凝土路面施工的一般工序是：①安裝邊模、接縫嵌條、傳力杆和鋼筋網等；②拌和混凝土混合料並運至工地；③攤鋪與振搗混凝土混合料；④整平混凝土表面並刷毛或刻防劃滑小槽；⑤養生與填縫。此外,還有試用真空吸水、振動碾壓等工藝於混凝土路面施工中。

在早年，混凝土路面的施工使用鋼製軌模，它一方面作為邊模，一方面又可供具有鋼輪的混凝土拌和機、運料車、攤鋪機和振搗機等行駛操作。20世紀40年代，一些工業發達國家混凝土路面施工已全盤機械化，從基礎整形、軌模安裝與拆卸、混凝土拌和、攤鋪、搗實與整面,直到切縫、填縫與養生等工序，都使用專門機械,進行流水作業。

1960年出現了滑模式水泥混凝土路面鋪築機（見水泥混凝土路面鋪築機械），機尾兩側裝有模板隨機前進，攤鋪、振搗、整面與刻槽等作業順序完成，成型的路面即在機後延伸出來。此外，還有一種混凝土路面聯合鋪築機，它行駛一次即能使路基成型，並攤鋪、壓實基層，再於其上鋪築混凝土板。

當混凝土路面已破損，一般可於其上加鋪瀝青混凝土層，其厚度至少為15～20釐米，以防裂縫和接縫反映到瀝青層上。如用新混凝土進行加層，則有如下三種形式：

1、結合式加層：先將舊路面鑿毛，塗上水泥漿或環氧樹脂，再鋪新混凝土層，使它與舊路面結合良好。

2、部分結合式加層：先清洗舊路面，再鋪新混凝土層，它和舊路面結合較差。

3、隔離式加層：在舊路面上先鋪一層油氈或2～3釐米厚的粗砂或瀝青砂，再鋪新混凝土層。

混凝土路面堅固耐用，能適應現代高速、重載而繁密的汽車運輸的要求，養護維修費用也少，所以在飛機場跑道、高速公路、幹線公路、城市道路、廠礦道路以及停車站場上採用較多。它也特別適用於隧道內路面和過水路面。

為了控制温度變化在混凝土路面內引起的收縮和翹曲應力，需在面層內設置各種類型的接縫，並在接縫處設置荷載傳遞裝置，以增強相鄰兩塊板之間的荷載傳遞效率。工程實踐證明，接縫部位是水泥混凝土面層的薄弱部位，接縫的傳荷能力是影響水泥混凝土路面使用壽命及行車平穩和舒適的關鍵因素。然而，以往的水泥路面設計規範並沒有明確規定橫縫位置設置傳力杆的條件。2003版水泥路面設計規範規定：特重和重交通公路、收費廣場以及鄰近脹縫或自由端部的3條縮縫，應採用設傳力杆假縫形式。

1、力學特性

作為剛性路面的水泥混凝土路面，同柔性路面相比，有自己的特點：混凝土路面的彈性模量及力學強度大大高於基層和土基的相應模量和強度，但混凝土的抗彎拉強度比抗壓強度低得多，約為抗壓強度的1/7 - 1/6，在車輪荷載的作用下當彎拉應力超過混凝土的極限抗彎拉強度時，混凝土板便產生斷裂破壞。且在車輪荷載的重複作用下，混凝土板會在低於極限抗彎拉強度時出現破壞，因此取水泥混凝土板的抗彎拉強度指標作為設計指標。

2、温度變化特性

混凝土隨温度、濕度的變化而發生變形，導致混凝土路面板產生收縮、膨脹或翹曲。如果板的尺寸過大，這些變形會受到約束，使板內產生較大的應力，而出現開裂、拱脹，甚至斷裂等破壞。為減少温度、濕度影響產生的應力，防止出現不規則的裂縫，混凝土路面（除連續配筋混凝土路面外）需要在縱、橫兩個方向設置接縫，將板體劃分成一定尺寸的矩形板。

3、變形特性

水泥混凝土是一種脆性材料，它在斷裂時的相對拉伸變形很小，因此在荷載作用下土基和基層的變形情況對混凝土板的影響很大，不均勻的基礎變形會使混凝土板與基層脱空，在車輪荷載作用下板產生過大的彎拉應力而遭破壞。

因此混凝土面板必須具有足夠的抗彎拉強度和厚度，才能滿足車輪荷載的多次重複作用。 ^[2] 

水泥混凝土路面是一種剛度較大、擴散荷載應力能力強、穩定性好和使用壽命長的路面結構，它與其他路面相比，具有以下特點：

（1）強度高。

（2）穩定性好。

（3）耐久性好。

（4）養護費用低。

（5）抗滑性能好。

（6）利於夜間行車。

（1）水泥和水的需要量大，修築20cm厚，7m寬的水泥混凝土路面，每公里需要消耗水泥400~500噸和水約250噸。

（2）接縫較多。

（3）開放交通較遲

（4）養護修復困難。

（5）顛簸嚴重。

（6）防滑力低下