露石混凝土路面性能研究及施工控制

馬 晉

(山西省交通規劃勘察設計院有限公司 太原市 030032)

露石水泥混凝土路面具有雨天抗滑能力強、抗滑能力保持時間長、交通噪聲低、減緩路面反光炫目等特點，因此，具有優良的使用性能和廣闊的應用前景。

1 露石水泥混凝土配合比設計

1.1 配合比設計原則

露石水泥混凝土配合比設計時，既要考慮普通混凝土滿足強度、耐久性、工作性和經濟性要求的設計原則，又要考慮露石混凝土路面的特殊技術要求。

1.2 露石混凝土原材料

(1)水泥及水泥標號：項目研究中采用普通硅酸鹽425R水泥和普通硅酸鹽525R水泥。

(2)集料的選擇：

粗集料：石料要有足夠的綜合力學強度以抵抗車輪荷載沖擊、剪切、磨耗等綜合作用；

細集料：應質地堅硬、耐久、潔凈，并符合規定級配。

(3)外加劑：項目外加劑選用UNF-5型高效減水劑。

1.3 配合比設計步驟

2 露石混凝土路面抗滑與降噪性能

2.1 抗滑性能

本研究通過模擬試驗，對磨耗后的試件測試構造深度、摩擦系數、紋理、外觀等變化狀況，與普通混凝土對比分析不同表面特性的露石混凝土路面抗滑性能和耐磨耗性能的衰減情況。

試驗采用經改造的圓盤磨耗試驗機，粒徑為0.3～0.6mm的標準石英砂作為磨料，試件尺寸為90mm×140mm×25mm。測試順序為：紋理深度測量、構造深度(鋪砂法)測量、外觀比較、擺式摩擦值測定。

(1)構造深度衰減：分析數據可得，露石混凝土初期構造深度明顯大于刻槽混凝土。但露石混凝土表面磨耗后的衰減總體快于刻槽混凝土，試驗并未充分體現露石混凝土實際使用時的磨耗情況，實際中衰減速度要遠小于試驗結果。而輪胎與刻槽混凝土表面的接觸范圍和模擬試驗類似。

(2)耐磨損性衰減：通過對比本試驗條件下各種混凝土的質量損失可以看出，花崗巖露石混凝土的耐磨性要優于石灰巖和灰綠巖，相同材料的露石混凝土和刻槽混凝土未呈現出一定的規律。

表1 露石混凝土與刻槽混凝土各項指標衰減對比表

(3)摩擦系數衰減：由試驗數據可以看出，多次磨耗后不同試件的抗滑擺值均變化不大，不同石料試件的抗滑擺值均在700圈磨耗后有所減小。露石混凝土表面磨耗前的抗滑擺值大于刻槽混凝土，但磨耗后刻槽混凝土表面的抗滑擺值起伏變化較大?？梢?，兩者在車輛低速行駛時的抗滑性能差異不大。

(4)露石高度(刻槽深度)變化：由測試結果可知，露石混凝土露出集料在初期磨損較大，進一步磨耗后露石高度的變化逐漸減緩。后續試驗發現，花崗巖露石混凝土表面的露石高度在4200圈接近于0，而石灰巖露石混凝土為1100圈，輝綠巖露石混凝土為1700圈。可見，應采用耐磨性好的集料，可以有效保證露石混凝土路面的抗磨耗能力。

2.2 降噪性能

路面噪聲室內測試分析：

本研究采用輪胎落下法(圖1)測試評價路面噪聲。試驗采用普通小汽車輪胎(185/70813)，輪胎的氣壓為0.2N/mm2；測試試件為40cm×40cm×5cm的不同表面混凝土或瀝青混凝土路面板。試件制作混合料包括水泥混凝土、露石混凝土、瀝青混凝土。采用輪胎下落法對每一塊試件進行噪聲室內測試，同時對每一塊試件進行露石深度、構造深度、露石度的測定。

圖1 輪胎落下法試驗裝置

試驗結果如圖2、圖3所示。本研究中露石度定義為：露石混凝土板在10cm×10cm表面范圍內露出粗骨料顆粒(粒徑在5mm以上)的個數。

圖2 聲壓水平和構造深度關系圖

圖3 聲壓水平與露石度關系圖

由圖2可見，輪胎以一定速度作用于試件表面，聲壓水平與構造深度呈良好的二次函數關系，這種變化關系也反映了輪胎以一定速度作用于路面所產生空氣泵吸現象的嚴重程度隨著路面構造深度大小而變化的規律。

由圖3可知，露石度與聲壓水平的關系呈反向拋物線趨勢變化，說明路面紋理以聲壓水平為優化目標時，露石度在45～55范圍內時，路面的輪胎落下噪聲較小。

2.3 耐久性

2.3.1集料與水泥砂漿的粘結

本項目對兩種水泥，采用水灰比0.45、0.42、0.40、0.38，水泥與砂的比例為1∶1.5，石灰巖、輝綠巖、花崗巖三種石料，通過抗拉試驗分析了不同因素對粘結強度的影響。

抗拉試驗分別測定集料—水泥砂漿界面粘結抗拉強度和水泥砂漿的抗拉強度。兩種試驗均用8字型試件，形狀如圖4所示。試件28d的抗拉強度試驗結果見表2和表3。

由表2知，當石料品種一定時，水泥砂漿與石料的粘結強度隨著水灰比的減小而增大。水泥標號越大，粘結強度越高。由表3可見：

(1)三種石料界面抗拉強度的差異來自于表面特性上，集料表面越破裂粗糙，越凹凸不平明顯，界面抗拉強度越高；

圖4 試件示意圖

水泥品種水灰比石料與水泥砂漿界面抗拉強度(MPa)水泥砂漿抗拉強度(MPa)42.5R52.5R0.450.892.120.421.1l2.300.401.612.750.381.704.240.421.564.05

表3 不同種類石料與水泥砂漿的粘結強度

(2)石料-砂漿界面粘結抗拉強度均低于水泥砂漿本身的抗拉強度，表明石料-砂漿界面為混凝土最薄弱的部位；

(3)對于同一種石料，界面粘結強度隨著水泥砂漿抗拉強度的提高而提高。

分析可得，為了提高露石混凝土路面露出集料與水泥砂漿的粘結強度，可以采用提高水泥標號、減小水灰比、增大水泥用量等措施，同時選擇表面粗糙、顆粒有棱角的粗集料。

2.3.2抗凍性

通過凍融循環試驗，結合試件質量損失及試件表面外觀變化，評價露石混凝土的抗凍性。

表4 不同凍融次數下的試件累計質量損失率

可以看出，隨著凍融循環次數的增加，試件的質量損失率不斷增大，刻槽混凝土試件的質量損失率明顯大于露石混凝土試件，表明凍融作用對刻槽混凝土的影響大于露石混凝土；不同粗集料種類對露石混凝土抗凍性的影響不大；在相同凍融循環次數下，NaCl鹽溶液中的試件質量損失率大于水中試件，可見，NaCl鹽溶液會加劇水泥路面的凍融破壞。

從試件外觀變化看，當試件經過20次凍融循環后，NaCl鹽溶液中的刻槽混凝土試件的表面砂漿已經嚴重剝落，粗集料露出，而露石混凝土試件表面損失很小；經過40次凍融循環后，刻槽混凝土試件的表面砂漿層嚴重剝落，粗集料完全暴露；而露石混凝土試件表面仍沒有出現破損現象?？梢姡妒炷辆哂辛己玫目箖鲂裕颐黠@優于刻槽混凝土。

2.3.3耐磨損性

本研究采用圓盤磨耗試驗方法，采用9.15cm×5.35cm×2.5cm露石混凝土試件，在磨盤上不斷撒鋪石英砂進行旋轉磨耗，測定在旋轉500轉后單位面積上的質量磨耗損失(g/m2) 。

耐磨指標為：

(1)

式中： Q—單位面積的磨耗量，g/m2；

m1—試件原始質量，g；

m2—試件磨損后的質量，g；

A—試件磨耗面積，A=0.0915× 0.0535m2。

圖5 不同試件表面的磨耗損失率

由圖5可知，輝綠巖和花崗巖露石混凝土的耐磨性明顯優于其他混凝土?？梢?，粗集料性質對露石混凝土的耐磨性有明顯影響，在配合比設計中應予以重視。

2.3.4防眩特性

本研究采用光學試驗測量試板的散射系數，并與光學試驗室標準鎂板的散射系數進行比較，分析不同路面的反光性能。測量中分為三種方式：

(2)r2=r1，R2=113cm，φ2=21°，θ1=θ2；

(3)r3=r1，R3=99cm，φ3=φ2，θ3=45°。

其中對照板鎂板的散射系數為K=0.85，試驗數據如表5所示。

表5 路面散射系數測量結果

從試驗結果可以看出，傳統施工工藝的普通混凝土的散射系數為0.35，而露石混凝土散射系數平均在0.26左右，甚至更小。這表明，露石混凝土在反光性能上有了很大改善。暗綠色的輝綠巖比白顏色的石灰巖更能吸收光線，使反射光的強度減弱。

3 露石混凝土路面施工工藝

露石混凝土施工工藝流程大部分與普通混凝土路面相同。

露石劑噴灑過程是露石混凝土施工工藝的關鍵之一，也是與普通混凝土施工工藝不同點之一。露石劑的噴灑量必須嚴格控制，每次噴灑前，要嚴格稱量露石劑的重量，并測量好噴灑的面積。露石劑必須噴灑均勻，噴灑后面層表面的露石劑顏色一致(呈淡蘭色)。

露石混凝土刷洗：露石混凝土養護到適宜刷洗時間后，揭去塑料薄膜，對混凝土表面進行刷洗，除去表面砂漿以露出集料。在進行大面積刷洗之前，先要進行小面積試刷洗，最佳刷洗深度露石高度為1.5mm。

4 露石混凝土路面施工質量控制

本節主要介紹施工過程中露石混凝土與普通混凝土不同之處的施工質量控制措施。

(1)混凝土澆注

露石混凝土須分為兩層鋪筑，表層露石混凝土厚度4～5cm。“濕接濕”雙層鋪筑混凝土可以提高路面的表面功能及其持久性，同時可以降低路面造價。

施工步驟：先鋪筑下層混凝土，間隔20～40min左右，進行上層混凝土鋪筑，隨后振搗、整平、飾面、噴灑露石劑、覆蓋塑料膜進行第一次養生，之后刷洗、第二次養生等。路面雙層鋪筑施工時，上層振搗過程中需注意控制混凝土的提漿厚度約為1～2mm。同時，整平過程中應嚴格控制上層的平整度，這是保證露石效果的關鍵。

(2)露石劑噴灑

混凝土收水抹面后，要準確把握露石劑噴灑時間。噴灑時力求均勻，噴灑用量計量準確。噴灑后混凝土表面顏色均勻，對于模板邊緣處用量可以稍微加大。噴灑后約10min及時覆蓋塑料薄膜進行養護。

(3)露石混凝土刷洗

混凝土刷洗時間控制的是否適宜，是露石混凝土施工工藝的關鍵。本研究通過“刷洗標志”試驗和“成熟度”試驗來確定刷洗時間。

影響刷洗時間的各種可能因素歸結為材料和環境下兩大方面。影響露石混凝土路面刷洗時間的因素主要為溫度。把合適刷洗時刻的成熟度M定義為溫度T與適宜刷洗時間t之乘積，即：M=T×t(℃·hrs)。

由圖6可以看出，對同一標號水泥，溫度越高，適宜刷洗時所需的成熟度值越大，當溫度超過一定值(30℃)后，成熟度隨溫度變化小。在相同溫度下，標號高的水泥其混凝土成熟度較短。對試驗用的水泥，成熟度在300～450(℃·hrs)范圍之內。

圖6 溫度與成熟度關系曲線

露石混凝土沖洗前先進行小面積的試沖。沖洗過程中需注意的是一定要把露出的石料表面沖洗干凈，且在路面干燥之前禁止踩踏，以避免將浮漿粘到石料表面，影響路面的美觀。

5 小結

(1)從露石混凝土的抗滑性能、降噪性能、集料與水泥砂漿的粘結、抗凍耐久性、防眩特性等方面分析了露石混凝土路面的路用性能。

(2)提出了露石混凝土路面施工技術及其質量控制方法，為實際工程提供了依據。