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1、露石混凝土,水泥与水泥混凝土,目录,一、前言,1、露石混凝土路面2、研究现状3、露石混凝土特点,一、前言露石混凝土路面,露石水泥混凝土路面，是在面层水泥混凝土混合料铺筑完成后，喷洒露石剂对混凝土表面进行化学处理，延缓表面2 mm3 mm厚水泥砂浆的凝结，但不影响主体混凝土的正常凝结硬化，当主体混凝土达到一定强度后，再用水刷洗其表面进行表而除浆，露出均匀分布的、2 mm左右高度粗集料的表面，这样所形成的水泥混凝土路面就是露石水泥混凝土路面。,一、前言研究现状,1、国外研究现状 露石混凝土路面由荷兰、比利时、英国等发达国家于20世纪80年代末90年代初开始进行研究和应用。1993年8月，英国开始在
2、M18公路上修建露骨混凝土试验段，它采用暴露混凝土粗集料取代了传统水泥混凝土刷毛和划槽的表面处理方式。1976年丹麦在M20高速公路上，分别修筑各4公里长的露石混凝土路面和刻槽路面，经过5年的系统测试，发现露石路面比刻槽路面的抗滑性能好且维持时间长，露石路面比刻槽路面摩擦系数损失小，由于露石混凝土路面的抗滑性高、降噪功能明显、其他很多方面路面性能都得到改善，因此在西欧得到了推广应用，大部分新建水泥混凝土路面均采用了露石水泥混凝土路面形式，使水泥混凝土路面服务水平大大提高。,一、前言研究现状,2、国内研究现状 国内露石水泥混凝土路面的研究和应用，起于2000年初，由长安大学与陕西省铜川公路管理局
3、合作，对露石水泥混凝土路面的形成工艺、工艺性能指标、路用性能、路用性能评价方法，混合料配合比、材料要求等进行大量研究，研制了露石水泥混凝土路面形成工艺中所需的露石剂，提出了在施工工艺过程中的控制指标及指标的变化规律与控制范围，使露石水泥混凝土路面施工工艺控制达到数值化，并分别在2000-2001年铺筑了三处试验路段，取得成功；2004年上半年在陕西省的隧道中，又成功铺筑了400m抗滑低噪声隧道露石水泥混凝土路面。2004-2005年相继在拉萨“两桥一隧”工程的协荣隧道，厦门市一条3 km长的战备旅游路上将露石水泥混凝土成功应用于工程实践，并取得了理想的效果。,二、露石混凝土制备工艺,普通水泥混
4、凝土由水泥、水、砂、碎(砾)石及外掺材料组成，它们是决定混凝土各种性质的内因，对混凝土的性能起着不同的影响，配制混凝土的首要任务是选择这些组成材料。露石混凝土是一种新型的道路混凝土，但本质上仍然是水泥混凝土。普通混凝土选材的基本原则也适用于露石混凝土，同时，还要考虑露石混凝土的特性，对其材料提出一些特殊的要求。,二、露石混凝土制备工艺-原材料选择,1.水泥及水泥标号的选择 水泥是重要组成材料之一，它直接影响混凝土的强度性质、变形性质及耐磨性质。露石混凝土，并没有对水泥的品种提出特殊的要求，用于普通水泥混凝土的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥等都适用于露石混凝土。,二、露石混凝土制备工
5、艺-原材料选择,2.集料的选择 集料在混凝土中占70%以上，是混凝土的主要组成部分。集料由粗、细两部分组成，对普通道路混凝土而言，细集料粒径范围是0.165mm，有天然砂或石屑等;粗集料范围是540mm，有碎石或卵石。优良的集料应该是坚固、清洁、级配良好、有足够的力学强度、良好的耐磨性、无扁平针状颗粒、表面粗糙、不含有妨碍水泥水化或与水泥反应生成膨胀物的矿物，能够配制符合要求的混凝土拌合物，在整个设计年限内，它的性能在相应使用环境中保持稳定。,2.1粗集料,露石混凝土使粗集料在表面露出形成优良的宏观结构及微观结构。粗集料在露石混凝土中发挥着不同寻常的独特作用，所以粗集料的选择是露石混凝土材料选
6、择中重要的环节之一。,粗集料的选择不仅要满足普通道路混凝土对粗集料的要求，而且要针对露石混凝土的特殊性对粗集料的某些力学性质、粗集料的粒径大小、颗粒表面特性、几何特性等方面提出特殊的要求。,露石混凝土粗集料技术要求,2.2细集料,细集料应质地坚硬、耐久、洁净，符合规定级配，泥土、云母、硫化物和硫酸盐以及有机物的含量应满足公路水泥混凝土路面设计规范与施工技术规范的要求。具有良好颗粒级配的细集料不仅能保证新拌混凝土的工作性，而且在保证混凝土质量的前提下减少水泥用量。,二、露石混凝土制备工艺-配合比设计,露石混凝土配合比设计的内容，一是选择合适的原材料，二是确定满足技术性能要求的各组成材料的用量。在
7、进行露石混凝土配合比设计时，既要考虑普通混凝土的设计原则，又要考虑露石混凝土路面的特殊技术要求。,露石混凝土配合比设计时考虑以下因素,三、露石混凝土的路用性能,1.抗滑性 2.降噪性能 3.排水性 4.反光性 5.耐久性,三、露石混凝土的路用性能抗滑性,1、抗滑性 路表摩阻力(即抗滑性)是车辆轮胎受到制动时沿路表运行所产生的抗滑力。一般来说,干燥的路面上轮胎和路面可以保持充分的摩阻力,但是在雨天特别是路面上存有大量雨水的情况下,如果水膜变得比较厚或者车速比较高,轮胎和路面的接触将会减弱,从而使路面打滑导致危险。混凝土的抗滑性主要和路面的表面特征，表层构造深度大小有关。,为了方便引入露石度来表征
8、露石混凝土的表面特性，定义露石度为:露石水泥混凝土板,在10 cm 10 cm 的表面范围内,露出粗骨料颗粒(粒径在5 mm 以上)的个数。选用3 种公称最大粒径为9.5 mm、16mm、26.5 mm 的玄武岩碎石,分别进行水泥混凝土试配,并在水泥混凝土块表面进行露石处理,可得到粗糙程度、构造深度不一的露石表面。对粗糙程度、构造深度不一的露石表面,分别进行抗滑值试验、构造深度试验。,三、露石混凝土的路用性能抗滑性,(1)露石水泥混凝土路面的抗滑值与路表露石度、构造深度具有明显的相关性;(2)抗滑值与露石度间呈开口向下的抛物线趋势变化,随着露石度的变化,抗滑值存在最大值,若路面表面特征以抗滑值
9、为优化目标时,有最佳露石度的存在;(3)露石度在4055 范围内时,路面的抗滑值相对较大,此时粗集料最大粒径为16 mm;(4)抗滑值与构造深度间呈开口向下的抛物线趋势,随着构造深度的变化,抗滑值存在最大值,若路面表面特征以抗滑值为优化目标时,有最佳构造深度的存在;(5)构造深度在0.8 1.0 mm 范围内时,路面的抗滑值较大,此时对应的粗集料最大粒径为16 mm。因此,在实际工程中,露石水泥混凝土推荐采用最大粒径为16 mm 的粗集料;且在考察露石水泥混凝土路面的抗滑性能时,可通过露石度以及构造深度来进行评价。,三、露石混凝土的路用性能降噪性,2、降噪性 轮胎在路面表面滚动接触产生的噪声,
10、主要源于高速行驶中的轮胎与路面间的空气泵吸作用和轮胎的振动作用。采用轮胎落下法评价路面噪声,试验采用普通小汽车轮胎(185/70R13),轮胎的气压为0.2 MPa;测试试件尺寸为40 cm 40cm 5 cm 的不同表面特性的水泥混凝土路面试样板:让小汽车轮胎从65cm 的高台上自由下落,轮胎与路面板试件发生撞击接触瞬间发出声音,用积分型噪声计测定,并记录噪声的频谱分布,得到二者冲击接触时所发声音的噪声水平以及噪声的频谱特性。噪声计麦克风的水平距离、高度、角度。,三、露石混凝土的路用性能降噪性,如图2 所示,在所测试的构造深度范围内(0.5 2mm),随着构造深度的增加路面噪声水平逐渐降低,
11、表面噪声水平与构造深度呈良好的二次函数关系。,噪声水平与构造深度的这种相关关系,反映了轮胎以一定速度作用于路面所产生空气泵吸现象的严重程度随着路面构造深度大小而变化的规律。在车辆轮胎快速与路面作用时,随着构造深度的增加,路面的露石深度增大,界面间带有花纹的轮胎与露石路面间的空气排出渠道逐渐变得较为畅通,形成封闭空间,导致压缩空气的可能性逐渐减小。即在轮胎与路面界面间仍然是自由的空气流从而使泵吸噪声减小,在一定程度降低了路面噪声。,试验结果,三、露石混凝土的路用性能排水性,露石水泥混凝土路面丰富的微观和宏观构造,可使雨水借助路拱作用从其沟槽纹理中迅速排走,避免形成水膜,避免车轮快速旋转造成水膜压
12、力增加而形成漂滑现象;同时,露出的集料粗糙并有一定的棱角,能防止形成连续的水膜,提高轮胎与路面的附着力,对行车安全有利。,路面的排水性,可通过路面的容水能力来间接评价。容水能力是当水面与露石顶端平齐时,露石水泥混凝土表面单位面积上的储水量。在一定路拱下,容水能力越大,达到临界状态的水流梯度越大,则排水速度越快,说明排水性能越好。,由表可知,露石水泥混凝土路面的容水能力远大于普通水泥混凝土路面的容水能力,说明其排水性能明显优于普通水泥混凝土路面。,三、露石混凝土的路用性能排水性,凝土表面的反光系数影响较大,颜色深的辉绿岩集料所形成的露石混凝土表面反光系数仅为普通水泥混凝土表面的一半,浅色的石灰岩
13、和花岗岩集料露石混凝土表面的反光系数较大些;粒径、级配对反光性也有一定影响,但并不像集料的颜色影响明显。,水泥混凝土路面常常被称为“白色路面”,当光线照射在水泥混凝土路面上时,会发生强烈的反射现象,尤其是夏季阳光强烈的时候,易引起驾驶员的烦躁或影响其视线,这对安全行驶是非常不利的。反光系数越小,路表面防眩性越好。由图可知,露石混凝土路面板的反光系数总体上小于普通水泥混凝土表面,由此认为,露石混凝土路面具有良好的防眩性。其中,集料本身的颜色对露石混,三、露石混凝土的路用性能耐久性,混凝土耐久性是指混凝土在一定的使用环境下，能够抵抗化学侵蚀、大气侵蚀、磨耗或其他物理作用和化学作用，性能不产生显著劣
14、化，能够满足其使用功能的能力。混凝土的耐久性包括抗碳化、抗冻性、耐化学侵蚀性、碱集料反应等。,由图可可知露石混凝土的碳化深度比普通混凝土碳化深度大。露石水泥混凝土表层砂浆被刷除，粗细集料直接裸露，CO2易从骨料和水泥浆体之间的界面过渡区扩散。同时在刷除过程中可能造成表面破坏，使得CO2快速渗入到混凝土内部溶解于毛细孔的溶,1.抗碳化性能：露石水泥混凝土抗碳化性能按照普通混凝土长期性能和耐久性试验方法（GB/T50082-2009）进行。将试验组和空白组试样养护至26d取出后在600下烘干48，然后将试件置于温度为20、湿度70、CO2浓度为20的条件下碳化，测定其3、7、14的碳化深度。,液溶
15、解相中，与水泥水化产生的Ca(OH)2和CS-等水化产物反应，降低碱度，表现为碳化深度的增加。其抗碳化性能比普通混凝土差。,三、露石混凝土的路用性能耐久性,2.抗盐冻性能：混凝土试件在大气环境中与盐接触的条件下，能够经受冻融循环次数或者表面剥落质量或超声波动弹性模量来表示混凝土抗冻性能。,混凝土的单面抗盐冻性能，主要借助冻融循环次后剥落量和动弹性模量损失率来反映抗冻融的性能。单面盐冻融法中，剥落量对盐冻融较为敏感，可以以此来评价混凝土抗盐冻性能的好坏，并且是主要的评价指标。试验组和空白组的剥落量见表。,由图试验组与空白组试件的剥落量，可知露石水泥混凝土面比普通混凝土面剥落量要高。这说明露石水泥
16、混凝土比普通混凝土的抗盐冻性能要差。露石水泥混凝土由于表面比较密实的净浆被刷除，会有微裂纹出现，从而加快盐冻行为。建议露石水泥混凝土适当加入养护剂、引气剂来提高单面抗盐冻性能。,三、露石混凝土的路用性能耐久性,3.耐磨耗性能：对道瑞磨耗试验机进行了改造,进行各种路面类型试件板试验,试件制备采用标准条件养护28 d的混凝土板,切割成9.15cm5.35cm 2.50cm 的试件,在一定荷载作用下,在磨盘上不断撒铺石英砂进行旋转磨耗,测定在旋转500 r 后单位面积上的质量磨耗损失(g/m2),试验结果见图。,由图可知,耐磨的辉绿岩或花岗岩所形成的露石混凝土的耐磨性比石灰岩露石混凝土的耐磨性高得多
17、,比普通混凝土拉毛表面、光滑表面的耐磨性高几倍。这说明,由优良集料形成的露石混凝土将使路面保持长期的高抗滑性,即保持长期的路面安全性能,由此也可解决传统混凝土路面结构强度寿命和表面抗滑寿命悬殊甚大的问题;同时,保持长期抗滑性会减少表面功能维修工作量,提高路面使用的经济效益和社会效益。,四、露石混凝土的工程应用,1.露石混凝土在道路工程中的应用 1.在蓝商高速公路大纵坡段复合路面基层中的应用 2.在内蒙古国道110线公路工程中的应用2.露石混凝土在桥梁工程中的应用 1.在高速公路桥面铺装中的应用3.露石混凝土在隧道工程中的应用 1.在西藏嘎拉山隧道中的应用,四、露石混凝土的工程应用道路,蓝商高速
18、公路是我国西部大通道西安至合肥陕西境内的重要组成部分，由于穿越秦岭山脉，且坡高路陡、地势险要，所以设计桥隧较多，曲线半径较小，路线纵坡较大。为提高该路段路面使用性能，蓝商高速公路管理处决定在部分长大纵坡复合路面段使用一项 新工艺露石混凝土工艺，即将原设计的上基层由普通混凝土改为露石混凝土，借以提高基层与沥青面层的粘结力。,四、露石混凝土的工程应用道路,施工材料：水泥、粗集料、细集料和露石剂。水 泥：道路硅酸盐水泥。粗集料：集料磨光值（PSV）45；集料冲击值(AIV)20；集料压 碎值20；洛杉矶磨耗率20。细集料：粒径 2.5mm5mm 的颗粒。露石剂：选用长安大学新型路面研究所的露石剂，它
19、是由多种成分和水形成的一种无腐蚀性的乳液，在温度为 130时，露石剂保存期为半年。,施工工艺：浇筑混泥土露石剂喷洒塑料薄膜覆盖露石混凝土刷洗混凝土面板切缝露石混凝土养生（15d）开放交通,施工效果：露石混凝土在蓝商高速公路长大纵坡段复合路面基层的应用实践表明：可以较好解决长大纵坡段沥青路面的推移，防止拥包、松散等路面早期病害的出现，应用效果良好，具有较高的推广价值。,四、露石混凝土的工程应用道路,国道110线兴和至呼和浩特段旧路改扩建工程是内蒙古中部、西部地区重要对外通道和经济干线,是呼和浩特、集宁、老爷庙高速公路唯一辅道,承担着沿线乡镇居民出行及担负神东煤炭基地向京津冀、华北、华东等地区供给
20、电煤。作为辅道,该改建工程设计路线维持原二级路标准,故大纵坡、小半径路段较多,且由于交通量非常大,超载超限现象十分严重。在充分考虑上述因素并结合附近盛产优质石料玄武岩的资源优势,为铺筑露石混凝土(EAC)提供了充分条件。为此,该工程决定引进EAC路面新工艺,应用于爬坡车道与陡坡路段路面,以改善路面抗滑能力;同时桥面铺装采用EAC,以增加层间粘结性能,消除推移、拥包等病害。,四、露石混凝土的工程应用道路,施工材料：水泥、粗集料、细集料和级配设计。水泥：乌兰P.O.42.5普通硅酸盐水泥。粗集料：集料磨光值（PSV）45；压碎值15；坚固性20；洛杉矶磨耗率20。该地盛产玄武岩，因此可以采用玄武岩
21、作为粗集料。细集料：由于该地区2.36以上的集料存在缺陷，故细集料筛除2.36以上粒级颗粒。级配：最大公称粒径19mm粗集料采用级配中值的露石效果最好。建议级配满足规范要求前提下,适当增加最大公称粒径16mm集料含量,其效果更优。,施工工艺：,四、露石混凝土的工程应用桥梁,采用传统方法设计施工的桥面铺装，大量出现因沥青混凝土与桥面板层间粘结力过小而产生推移、拥包等病害，其主要原因为层间摩阻力不足，铺装层内部产生较大的剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形，或者由于铺装层与桥面板层间结合面粘结力差，抗水平剪切能力较弱，沥青路面在气温较高时抗剪强度下降，在水平方向上产生相对位移和拥包等病害。露石混凝土
22、施工时在水泥混凝土混合料铺筑完毕后，喷洒露石剂对水泥混凝土表面23 mm进行化学处理，延缓表面水泥砂浆的凝结，再用水清洗表面浮浆，露出约2mm高度碎石的表面，“露石”正是采取表面粗糙处理措施，使层间摩阻力增大，提高层间抗剪切破坏的目的。,四、露石混凝土的工程应用桥梁,施工材料：水泥、粗集料、细集料和级配设计。水泥：普通硅酸盐水泥均可用于露石水泥混凝土。粗集料：各力学性质指标中磨光值是影响露石水泥混凝土路面耐磨性最重要的因素，磨光值大的集料将使露石水泥混凝土路面获得很高的耐磨性。细集料：集料应由颗粒坚硬、强度高、洁净、耐风化的天然砂构成。在混凝土配制时应同时考虑砂的细度模数和级配情况。露石剂：露
23、石剂是由多种成分组成的一种无腐蚀性缓凝乳液，无毒无味，对人体、结构物、环境均无不良影响。对水泥混凝土喷洒后可延缓其表面的水泥硬化速度，起到缓凝作用。,施工工艺：露石混凝土是在桥面水泥混凝土浇筑完毕后，待桥面混凝土水膜消失后再喷洒露石剂；第一次覆膜养生；人工刷洗；露石水泥混凝土的第二次养生；在桥面混凝土强度达到设计标号70以后，方可在桥面上进行其他的施工活动。,施工效果：露石混凝土施工工艺形成的表面纹理，能提高足够的沥青混凝土与桥面板层间摩阻力，比传统工艺具有更好的抗剪切性能，能更加有效地防止桥面铺装推移、拥包等病害现象。同时露石混凝土施工操作简单，易掌握，施工不会造成环境污染。,四、露石混凝土
24、的工程应用隧道,国内外采用的抗滑技术,如拉毛、压纹、刻槽。实际使用表明,路面拉毛易被磨光,抗滑性衰减很快。采用压纹、刻槽工艺对水泥混凝土路面抗滑性增加较小,且砂浆表面耐磨耗性差,同时还会导致隧道内行车的能见度降低。此外,隧道是一个相对封闭的环境,路面噪音累积水平高,这也是一个不容忽视的问题。相对于普通混凝土路面,合适的露石水泥混凝土路面具有优异的抗滑性及抗滑耐久性,摩擦系数摆值增大510(BPN),构造深度在0.71.5mm 之间,具有均匀、丰富的表面构造纹理,并能有效降低路面噪声中的高频部分,从而使等效连续噪声水平降低3 4dB(A)。西藏拉贡公路嘎拉山隧道长度大,车辆行驶速度较高。因此,隧
25、道内车辆运行的安全性与舒适性应成为关注的问题,而铺筑露石水泥混凝土路面显然是应对这些问题的最佳方案。,四、露石混凝土的工程应用隧道,施工工艺：清洗隧底填充层(无仰拱段安装横向、纵向排水管)测量、安装模板混凝土拌和混凝土运输混凝土摊铺与振捣混凝土收面抹光喷洒露石剂第一次养生冲洗露石混凝土路面砼切缝第二次养生。露石混凝土路面的施工工艺和普通水泥混凝土基本上相同,区别在于露石混凝土需要在混凝土路面抹光后进行露石剂的喷洒,经过一段时间后,需要冲洗路面,同时比普通混凝土路面少了刻槽工序。,施工效果：露石水泥混凝土路面是通过喷洒露石剂对混凝土表面进行化学处理,延缓表面砂浆的凝结,再用水清除,露出部分优质的
26、粗集料,从而形成优良的宏观与微观结构,达到抗滑与降噪的目的。工程实践表明,其可以大大提高水泥路面的路用性能,并适用于隧道内铺筑。露石水泥混凝土路面有其独特的施工工艺。露石剂的喷洒和路面冲洗是施工过中的两个最为关键的步骤。施工环境气温、湿度、风速等是影响露石剂喷洒时间的重要因素。水泥标号、水灰比以及施工温度对冲洗时间有很重要的影响。施工时应当综合考虑。,五、结论,露石混凝土路面作为一种抗滑性高、安静、防眩光、可排水、减少水漂、养护费用低的路面，尽管造价高于普通混凝土路面，仍具有很好的发展前景。特别在降雨频繁地区、陡坡路段、面层为水泥混凝土路段、隧道路面，使用露石水泥混凝土路面将会显现出极大的优越
27、性。,六、前景展望,1、水是引起水泥混凝土路面的破坏主要原因，现有研究缺乏对露石混凝土排水性能的精确分析，希望以后能通过建立排水、渗水模型对露石路面的排水性能做详细的研究。2、露石水泥混凝土的机械化施工技术及配套机具应得到进一步完善。3、国内露石混凝土的应用不是很广泛，建议对露石路面做长期的调查，以便最终建立露石水泥混凝土路面质量优劣等级的划分依据。,参考文献,1、露石水泥混凝土路面表面特性研究J.康宏伟.中国建材科技.2013(05)2、露石水泥混凝土路面表面性能研究D.刘柳.重庆交通大学.20083、露石水泥混凝土露石表面抗滑持久性能研究J.宋永朝,闫功喜,隋永芹,梁乃兴.中外公路.201
28、4(05)4、露石水泥混凝土路面性能研究J.秦旻,梁乃兴,陆兆峰,刘柳.公路.2009(10)5、低噪音高抗滑露石水泥砼路面技术J.宋永朝,梁乃兴.重庆交通学院学报.2007(03)6、露石水泥混凝土路面耐久性的研究J.邹涛,王欣.建材世界,2015,(03):36-38.7、露石混凝土路面材料制备与路用性能研究J.陈伟,申培亮.公路,2013,(12):45-52.8、露石水泥混凝土路面性能研究J.秦旻,梁乃兴,陆兆峰,刘柳.公路,2009,(10):72-76.,参考文献,9、露石水泥混凝土路面降噪特性J.韩森,董雨明,陈海峰,张东省,路学敏,师延强.交通运输工程学报,2005,(02):32-34.10、露石水泥混凝土路面性能J.韩森,李志玲,张东省,路学敏,师延强.长安大学学报(自然科学版),2004,(04):6-9.11、露石混凝土在内蒙古公路工程中的应用研究J.周建宇.尹峰.内蒙古公路与运输,2008,(05):5-9.12、露石水泥混凝土在高速公路大纵坡段复合路面基层中的应用技术J.公路与管理,2009,(01):709-710.13、露石水泥混凝土在桥面铺装中的应用J.交通科技,2013,(03):56-5814、露石水泥混凝土路面在西藏嘎拉山隧道中的应用J.钟华伟.贺华.陈海峰.西部探矿工程,2006,(04):143-144.,T,H,A,N,K,S,
