水泥混凝土路面施工中关键参数控制与指标评价技术研究
分类号：U41：U210710-20068105滚步犬海工程硕士学位论文水泥混凝土路面施工中关键参数控制与指标评价技术研究张祥荣导师姓名职称张宜洛副教授申请学位级别工程硕士工程领域名称交通运输工程论文提交日期2010年11月30日论文答辩日期2010年12月14日学位授予单位长安大学答辩委员会主席支喜兰教授学位论文评阅人彭波教授韩瑞民高级工程师、“，，。
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CementconcretepavementconstructionofkeyparametersincontrolandIndexevaluationtechnologyresearchADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterofengineeringCandidate：ZhangXiangrongSupervisor：Prof．ZhangYiluoChang’anUniversity，Xi’an，China㈣6帆3川5mⅢⅢ，，㈣4帆9⋯⋯⋯1㈣Y
论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文《水泥混凝土路面施工中关键参数控制与指标评价技术研究》是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。．⋯⋯：獬泵如厶驯胁日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：船v-埠秉孙／。年『『月弓。日1"-导师酶弘壹孝≯加钆鹏日
摘要水泥混凝土路面使用寿命长、施工简单、维修费用低，同时还具有良好的耐磨性和抗冲击性特点，在我国道路建设中具有重要位置。随着水泥路面技术和工艺的提高，现有规范的普遍性和施工技术指导已不能满足具体的施工工艺和材料的要求。本文依据有关统计学理论，通过对试验数据进行统计分析，研究了水泥混凝土路面弯拉强度检验评定方法；通过分析现有路面水泥混凝土配合比设计中参数取值问题，研究了适合于滑模摊铺工艺混凝土配合比设计方法；通过对水泥混凝土路面胀缝旆工工艺及路面国际平整度指数的随机特性分析，研究了平整度控制及评价分析技术。同时，通过试验路的实施和试验数据，对研究的成果进行了验证。关键词：弯拉强度，滑模摊铺，配合比，平整度
AbstractCementconcretepavementlonguselife，simpleconstructionandmaintenancecostislow,butalsohasagoodabrasionresistanceandimpactresistancecharacteristic，inourcountryroadconstructionhastheimportantposition．Along、析ththecementroadsurfacetechnologyandprocessimprovement，currentcodesofuniversalityandconstructiontechnicalguidancealreadycannotsatisfyconcreteconstructiontechnologyandmaterialrequest．Basedontherelevantstatisticstheory,basedonthetestdataofstatisticalanalysis，thecementconcretepavementisstudiedflexuralstrengthtestevaluationmethods，Throughtheanalysisofexistingpavementconcreteproportioningdesignparameterselectioninasuitableforslidingpavingtechniqueconcreteproportiondesignmethod，Basedoncementconcretepavementbilgeseamconstructiontechnologyandpavementofiristochasticcharacteristics，thepaperstudiestheflatnesscontrolandevaluationanalysistechnique．Meanwhile，throughtheimplementationandtestingroadtestdataforthestudyresultswereverified．Keywords：Flexuralstrength，slidingpaving，mixproportions，planenessIl
目录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．1水泥混凝土路面的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l1．2水泥混凝土路面施工技术中存在的技术问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．3国内外相关研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．4论文主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7第二章弯拉强度检验评定方法研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．2室内小梁圆柱体芯样与现场圆柱体芯样劈裂强度分布规律分析⋯⋯⋯⋯⋯92．3弯拉强度与劈裂强度相关关系统计分析及显著性检验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．4基于可靠度理论的现场取样强度检验分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯202．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24第三章滑模摊铺混凝土参数及设计方法研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯253．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯253．2混凝土配合比参数存在的问题及改进技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯253．3粗集料级配对混凝土性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯303．4配合比设计方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯343．5滑模施工路面混凝土配合比设计实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯373．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40第四章平整度控制及评价分析技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．1概j丕⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4l4．2摊铺过程常用改善平整度技术措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4l4．3胀缝施工关键技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯424．4平整度检测评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯454．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50第五章试验段施工及质量保证措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯515．1试验段的目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5l5．2前期准备工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯515．3试铺段实施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52lll
5．4试验段摊铺实测结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯53结论及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯58主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯58对未来研究的展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯58主要参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯60刭l谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“⋯⋯⋯⋯⋯··⋯·⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯··63IV
长安大学1=程硕k学位论文第一章绪论1．1水泥混凝土路面的发展随着国民经济的迅速发展，我国水泥混凝土路面里程增加迅速，截至2006年底，我国水泥混凝土路面里程达到64．64万公里，占有总铺装路面的65％。由于混凝土路面比沥青路面具有使用寿命长、施工简单、维修费用低的优势，同时还具有良好的耐磨性和抗冲击性特点，水泥混凝土路面在我国道路建设中具有重要位置。更为重要的是，我国高等级公路用重交通沥青资源相当匮乏，大宗沥青原材料都来源于进1：3，在大规模路面铺筑过程中，材料供应难以保证，使我国的基本建设和经济发展受制于人。从经济性等方面，都面临着大量的不确定性因素和巨大的风险。因此，水泥混凝土路面，无论在高等级公路还是在低等级公路中，仍将是一种重要的路面形式。水泥混凝土路面在世界发达国家的高级、重交通道路上的发展也较快，有资料表明：英国新建干线公路水泥路面占55％，美、法、德国高速公路中水泥路面各占40％、30％、30％。为了拉动经济发展，我国提出了四万亿元内需的拉动计划，其中公路建设是一个重要的方面。鉴于上面所述的沥青原材料来源情况，如只着重于沥青路面这种单一材料路面形式，在预定时间内完成规划的高速公路及其他高等级公路建设任务、拉动我国经济发展存在很大的困难。而我国是水泥生产大户，(添加近几年的水泥产量)，我国有着丰富的水泥和砂石材料，在修建水泥路面方面有先天的资源优势，根据商务部提供的信息，2006年的水泥总产量达12．4亿吨，占世界总产量的56％。且供应充足，价格稳定，每吨约400元左右。据测算，每建造一公里双向4车道的高速公路路面，至少要消耗2000吨以上的水泥，用量相当可观。采用水泥混凝土路面，可以充分利用地产材料、带动内需，对于地方经济的发展具有重要的拉动作用【11，在当前的国际经济形式下，在我国大力发展水泥混凝土路面建设有助于我国经济建设的持续健康发展。1．2水泥混凝土路面施工技术中存在的技术问题对混凝土弯拉强度强度的评定一般采用小梁弯拉强度试验。当小梁弯拉强度试验不满足要求，需要进行钻芯取样，通过对试样劈裂强度的测试，根据劈裂强度与弯拉强度的相关关系来评定混凝土的弯拉强度。规范中给出了一定条件下的相关关系，但是，规范中相关关系的应用是具有局限性的，主要表现在：(1)规范中建立的相关关系距离
第一章绪论现在年限已久，目前的水泥混凝土路面的施工工艺、水泥材料等均己发生重大变化，这种相关关系对于现有水泥混凝土路面的适用性有待于验证。(2)规范中给出的相关关系是面向全国的，而具体路段的材料、配合比、施工工艺等各不相同，其用于具体的路段不一定合适。(3)水泥混凝土材料性能具有随机性，劈裂强度和弯拉强度都具有不确定性，采用确定性的表达方式进行判断不合理。混凝土配合比设计方面，从新材料应用、混凝土性能、配合比参数等许多角度进行了研究，研究的内容和取得的研究成果较多，但是始终没有解决的一个颈瓶问题是砂浆与粗集料之间的协调配合问题。在已有的相关标准规范中，由于这方面研究不成熟，对于粗集料的选用没有给予足够的重视，如对粗集料级配和粒径对混凝土弯拉强度的影响，粗集料级配和粒径对混凝土施工工作性的影响等；另外，在采用基于可靠性的理论进行混凝土配合比设计后，在设计方法中相关统计学参数没有给出明确的取值范围和确定方法。在平整度控制和评价方面，对平整度控制的技术措施研究很多，如原材料技术指标和混凝土工作性的控制、施工过程控制和养护技术改进、在路面接缝结构中采用传力杆钢筋等技术措施，保证了路面的平整度。而胀缝一直是混凝土路面施工中存在的技术难点，尤其在连续滑模摊铺施工中，胀缝位置的固定、胀缝板的定位一直是困扰施工技术人员的难题。采用国际平整度指数对平整度进行评价是目前通用的比较方便的方法，评价指标主要用检测得到的国际平整度指数平均值作为评价的基准，而路面的平整性实际上具有一定的随机特性，仅采用确定性的分析方法不能反映路面平整度的本质特性，也不能充分体现现场检测得到的数据所反映的信息。1．3国内外相关研究现状1．3．1水泥混凝土路面弯拉强度评定技术在对水泥混凝土路面进行质量控制或工程质量验收时，混凝土弯拉强度是一个关键指标。通常施工过程中是以弯拉强度作为强度检验指标。工程竣工后要对整条路的质量情况进行抽样调查，其中常用的手段之一是钻芯取样，测其劈裂强度，换算弯拉强度，再评定该工程质量。因此，弯拉和劈裂强度之间的关系是近年来许多公路工作者关注的重点之一。交通行业标准《公路水泥混凝土路面施工技术规范))JTGF30．2003中指出，路面混凝土弯拉强度应采用小梁标准试件和路面钻芯取样圆柱体劈裂强度折算的弯拉强2
长安大学1=程硕i：学位论文度综合评定。对于高速公路和一级公路，劈裂强度应通过试验利用数理统计的方法得到各自工程的统计关系式。在施工过程中，主要制作150ramx150minx550rain的小梁试件，标准养护28d，进行室内试验得出弯拉强度。钻芯主要是在路面成型以后，钻取直径150toni圆柱体芯样，在20"(2±2℃的水中浸泡40h，进行圆柱体劈裂试验，并折算成相应的弯拉强度作为路面强度控制指标。另外，在无本工程统计公式的情况下，可参照规范给出的公式计算混凝土的弯拉强度。对于混凝土弯拉强度检验评定的研究，国内进行了大量的研究和工程试验，主要包括：(1)混凝土弯拉强度检验评定方法研究文献[6】依据大量实测数据，对现阶段我国路面混凝土的实际施工质量水平做出了评价。在此基础上，以保证结构设计的预期可靠度为目标，采用计量抽样检验方法，建立了混凝土弯拉强度的合格性判定标准。该标准充分考虑了弯拉强度的随机特性、抽样的数量等影响因素，这也是我国公路水泥混凝土路面施工验收规范中进行混凝土弯拉强度评定的理论基础。(2)建立弯拉强度和劈裂强度两者之间的换算公式文献[2】通过实践认为，对于其他直径芯样，应首先对其劈裂抗拉强度进行尺寸换算，然后才能进一步换算为小梁弯拉强度。并提出换算系数。文献[8】通过现场大量的试验数据，建立了圆柱体芯样和弯拉试块断头劈裂强度与混凝土弯拉强度之间的关系，并与规范JTJ012．94给出的经验公式进行了对比，认为劈裂抗拉强度和弯拉强度的换算关系式是通过间接回归方法得到的，且受各种因素的影响，所以在评定混凝土面层强度时应以小梁试件为主，劈裂法为辅，且地区性的经验换算关系式运用于单项工程常有一定的误差。所以，对于一些重要的工程，应建立该工程的换算经验公式；对于一般的工程，先在试验段上抽取少量试件进行对比试验，以确定或选择合适的换算关系式。文献【1l】对某高速公路的水泥混凝土路面进行弯拉强度与劈裂强度的对比试验，建立了弯拉强度和劈裂强度的换算关系式。文献[12】对老混凝土路面钻取直径150ram的芯样，测试其劈裂强度，根据JTJ053．94提供的方法，换算混凝土弯拉强度，对老混凝土路面的强度性能进行评价。3
第一章绪论文献[131对比分析了室内成型、现场取样和采用规范相关公式的优缺点，认为准确的相关关系的表达方法还需要进一步探讨。(3)规范给定公式的验证适用性文献[5】根据104国道滁州段25公里水泥混凝土路面改建工程实例，回归分析出钻取芯样劈裂强度与弯拉强度之间的关系式，以检验《水泥混凝土路面施工及验收规范》(GBJ97．87)中提供的关系式在该市目前施工条件下的适用性。当弯拉强度小于等于3．0MPa时，两曲线相吻合，而随着弯拉强度增大，由规范给定的相关关系公式得出的预估值略高于当地实际建立的相关关系公式的预估值，两者相差2．1％。1．3．2混凝土配合比设计对性能的影响水泥混凝土路面配合比设计是影响路面工程质量极其重要的因素之一。在工程上经常会出现原材料相同，但由于配合比不妥或失控，造成路面磨损、断板等早期破损现象，由此说明了混凝土配合比设计的重要性。水泥混凝土路面是承受冲击、振动、疲劳、磨损的动载结构，在混凝土配合比设计中，与建筑结构和桥梁结构不同的是，在混凝土强度控制方面是以混凝土弯拉强度进行控制的，在工作性方面是结合摊铺工艺要求进行控制的，在耐久性、经济性方面则都是结合环境条件和经济最优化进行控制。对于路面混凝土配合比设计技术，国内外进行了大量研究，本文主要从粗集料在混凝土中应用的角度进行综述。文献[4】根据107国道湘潭段两处混凝土路面工程的要求，针对使用粗骨料为卵石的砼，以弯拉强度为指标，经过正交设计，优选出适用于该路面的混凝土配合比，并采用了砼中掺加减水剂及真空脱水成型工艺。文献[3】通过对混凝土强度影响因素的试验研究以及工程抽样分析，认为水灰比与骨料性质的变异均是混凝土抗折强度的主要影响因素，在混凝土配合比设计中应充分考虑这些因素。以可靠度理论为基础给出了以水灰比为主的现场质量控制方法。文献[10】分析了粗集料级配、粒型、强度、粒径、化学性质对混凝土路面弯拉强度、疲劳强度的影响，认为正确选择粗集料对提高水泥砼路面的工程质量、延长水泥砼路面的使用年限有着重要的意义。文献[321在其试验中研究了粗集料级配对道路混凝土弯拉强度的影响，通过对比发现：粗集料级配对混凝土弯拉强度影响很大，合理的级配可以大大提高道路混凝土的弯4
长安大学工程硕E学位论文拉强度；不同级配对混凝土弯拉强度的影响从大到小顺序为：合理的混合级配碎石混凝土、连续粒级混凝土、单粒级的混凝土；认为混凝土用粗集料的最大粒径不应超过40mm。粗集料不仅对混凝土的抗压强度和弹性模量存在明显的影响【33。，而且也影响到混凝土的弯拉强度。青岛建筑工程学院的孙强等通过正交设计法进行了试验分析和方差分析检验，其研究结果表明在混凝土配合比、水灰比等条件不变的情况下，细集料的细度模数与粗集料的颗粒级配对混凝土弯拉强度存在显著影响，试验证明改善粗、细集料级配后的混凝土弯拉强度比级配一般甚至不良的混凝土的弯拉强度提高约20％【341。清华大学的覃维祖在其文章中指出【311，粗集料的颗粒分布与级配对路面板的耐磨耗性能，乃至整个路面的使用寿命都有很大的关系。还认为粗集料质量的好坏，影响其堆积的密实程度，因此影响混凝土所需要的砂浆量，从而间接地决定了路面渗透性能的优劣。文献【35】认为人们常常容易忽视粗集料级配对混凝土耐久性的影响，对这一问题进行了探讨分析。通过对比三种不同级配粗集料配制的混凝土的抗渗性，并运用混凝土界面结构理论对抗渗机理分析，发现虽然有时候粗集料级配不对混凝土抗压强度造成不良影响，但由于集料间大小石子比例不合适，空隙率大，密实性不好；或者是集料中小石子居多，级配单一，则虽然混凝土密实性有所提高，但由于粗集料间水泥浆层较薄透水性差，因而混凝土抗渗性同样较差。1988年美国对45个州的水泥混凝土路面进行了使用寿命的调查，结果表明其平均寿命仅为20．5年。对此，有研究者认为：使用寿命完全可以加倍延长，关键在于改变现行材料试验协会(ASTM)标准中关于粗集料级配的规定，在路用混凝土中采用三级配粗集料。研究者对比了美国达拉斯市两条相邻的街道，一条是已运行了66年的老路，仍基本保持完好；另一条刚运行5年，已有不少地方损坏需要修补。其分析认为两条路相差如此悬殊的原因即在于后者的混凝土中尽是大颗粒粗集料，而前者粒形与级配良好，采用三级配，中间级配的“桥梁"作用明显。1．3．3平整度控制及评价分析技术平整度足表征混凝土路面的使用性能的重要指标，直接反映了车辆行驶的舒适度及路面的安全性和使用期限。路面平整度的评价分析能准确地提供路面施工质量的信息，为路面施工提供一个质量评定的客观指标。另一方面，路面平整度的检测能为决策者提5
第一章绪论供重要的信息，使决策者能为路面的维修，养护及翻修等作出优化决策。平整度是路面评价及路面施工验收中的一个重要指标。路面平整度主要反映的是路面纵断面剖面曲线的平整性。当路面纵断面剖面曲线相对平滑时，则表示路面相对平整，或平整度相对好，反之则表示平整度相对差。好的路面则要求路面平整度也要好。水泥混凝土路面是刚性路面，弹性模量比沥青路面高，在相同平整度的条件下，水泥混凝土路面的行车舒适性较沥青路面差。因此，对于水泥混凝土路面，平整度的控制是水泥混凝土路面施工迫切需要解决的一个重要问题。(1)平整度控制技术路面平整度是受施工各因素影响并最终体现于路面的综合表现【141，在当前的施工工艺及控制技术方面，主要从设计、施工及养护过程中影响平整度的技术措施进行了研究和改进，包括施工前期准备工作、原材料选择和混凝土配合比、模板选择和定位、混凝土拌和及运输、基准线定位、摊铺施工过程控制以及后期的养生、切缝等各个环节，并且提出了在缩缝中插入传力杆钢筋的技术措施，以期提高混凝土路面后期平整度程度。文献[91、[21]、【22]结合实际工程提出了基于各自工程的控制水泥混凝土路面平整度的合理技术措施和施工工艺。(2)平整度评价分析技术由于公路建设的需要，在“七五"期间，由交通部公路研究所和西安公路研究所等单位先后分别研制了颠簸累积仪和八轮仪等平整度检测装置，目前已在中国市场上有了一定的应用【15】。在过去的近二十年中，有过一些应用和理论的研究，如我国规范规定了几种用于不同工程阶段、不同结构层次的平整度检测设备和相应的检测、评定方法，但总的来说在技术方面突破不大。近年来，国内在仪器的评价和相关性的研究方面也开展了一些工作，2001年交通部组织开展了平整度检定规程研究，并已初步完成。平整度检测技术到20世纪70年代的后期有较大的突破。20世纪80年代初，世界银行在巴西进行了大规模的平整度检测技术对比实验，并确立国际平整度指数(I鼬一InternationalRoughnessIndex)为平整度评价的标准指标，这在理论及应用上统一了平整度检测的客观尺度。国际平整度指数建立于四分之一车辆模型的基础之上，其计算方法和理论依据长久以来一直是平整度检测技术领域重要研究内容之一。目前平整度检测技术的研究大多以应用为主，其中包括检测仪器之间的相关性及新的检测手段1161[17】【1引。6
长安大学T程硕}：学位论文随着我国公路建设质量的不断提高，高等级公路网络的日益完善，如何对路面质量进行检测评定是一个十分重要的课题。在路面诸多检查项目评定指标中，平整度占评定项目总分数的150／一20％，是路面质量检测中最重要的指标之一。国际道路平整度指数(IRI)是目前国际通用的平整度指标【1911201，我国也在1994年10月1日实施的《公路工程质量检验评定标准》(JTJ071呻4)中引入IRI指标．该标准已成为公路工程建设中必须严格执行的一项主要技术法删361。采用国际平整度指数对平整度进行评价是目前通用的比较方便的方法，评价指标主要用检测得到的国际平整度指数平均值作为评价的基准，而路面的平整性实际上具有一定的随机特性，仅采用确定性的分析方法不能反映路面平整度的本质特性，也不能充分体现现场检测得到的数据所反映的信息。统计学和概率理论在土木工程中的应用非常广泛，尤其对于具有随机特性的指标而言，在分析过程中采用统计学理论和基于可靠性的方法，对现象的解释更加合理，理论分析更加完善。目前，在结构可靠度设计统一标准的引领下，公路工程结构对于承载能力部分的设计规范中也采用了基于概率和可靠度的设计方法【371，能够充分考虑部分设计指标的随机特性，通过统计学理论得到相关技术参数，充分表达参数所反映的信息，这是设计理论的一大进步。而统计学和概率理论在公路工程相关技术指标的评价和分析方面，尚缺乏有效的理论应用。1．4论文主要研究内容结合水泥混凝土路面在施工控制过程中存在的关键技术问题以及结合当前国内外的技术研究现状，本文主要对以下问题开展研究，主要内容包括：(1)弯拉强度检验评定方法研究对路面现场芯样劈裂强度统计规律与小梁取芯统计规律进行统计分析，检验两者总体样本分布规律的一致性：建立芯样劈裂强度和弯拉强度统计规律，并检验其相关性；基于可靠度理论的弯拉强度检验评定理论；路面芯样弯拉强度合格性判定方法。(2)滑模摊铺混凝土配合比参数及设计方法研究7
第一章绪论研究综合考虑混凝土水灰比、粗集料类型和最大粒径、砂细度模数的公路水泥路面混凝土中砂率选择范围；研究粗集料级配对粗集料空隙率和粗集料表面积的影响；分析现有路面混凝土配合比设计中参数取值问题，研究适合于滑模摊铺工艺混凝土配合比设计方法。(3)平整度控制及评价分析技术研究研究适合予滑模摊铺工艺的胀缝施工工艺；研究路面国际平整度指数的随机特性；研究基于可靠度理论的国际平整度指数评价方法。(4)针对以上研究内容和取得的研究成果，进行试验路实施和验证。
长安大学T程硕七学位论文第二章弯拉强度检验评定方法研究2．1概述弯拉强度是反映水泥混凝土路面结构承载能力的重要指标，在水泥混凝土路面施工验收过程中，弯拉强度是强制性指标，必须满足规定的要求。通常，对于弯拉强度的判定，规范中采用施工过程中成型小梁试件，根据小梁试件的弯拉强度的统计平均值和变异系数来判定是否满足要求。当不满足要求时，规范建议对路面进行取芯，根据芯样得到的弯拉强度进行判定。规范建议取直径150mm的芯样，测试其劈裂强度，通过各自工程施工中大量的弯拉强度和劈裂强度数据建立两者之间的关系，以劈裂强度来预测弯拉强度，然后判定路面混凝土强度是否满足要求。通常取0150mm的芯样，工作量大，而且对路面有破坏。同时，这样做还存在问题：芯样的劈裂强度统计规律是否与规范小梁的统计规律一致，如果不一致，则不能用芯样的劈裂强度来预测小梁的弯拉强度。如果统计规律一致，是否必须大量钻取芯样进行弯拉强度判定，少量路面芯样强度数据可否反映总体信息?尤其对于小梁弯拉强度检验不合格的路段，这在目前还是一个比较模糊的问题，迫切需要解决。2．2室内小梁圆柱体芯样与现场圆柱体芯样劈裂强度分布规律分析2．2．1样本分布规律检验的统计学理论【38】假定现场取芯样劈裂强度x，，概率分布函数为乃G)，室内试验小梁劈裂强度以，概率分布函数为C0)，假设：H。：以G)=CG)H，：乃G)≠EG)根据统计学理论，选取检验统计量Dn一：=sup阿G)一cG)I给定显著性水平口，使P11『[i-Y／iin毛2i五：『：>q^儿卜口，]=口c2．2．-)9
第一：章弯拉强度榆验评定方法研究其中，D(％％。一口)根据统计学原理得到，当>D(％％h)时，拒绝原假设Ho，认为两个样本的总体分布规律不一致；否则，不拒绝原假设，认为两个样本的总体分布规律一致。2．2．2实例分析选择文献[40】给出的小梁圆柱体芯样和现场钻取的圆柱体芯样的劈裂强度数据进行分析。文献[40】列出了在夏汾高速公路建设中进行劈裂强度与弯拉强度关系统计的试验数据，为避免工地钻芯取样受各种因素的影响，试件采用室内制作小梁试件，进行小梁抗折试验，然后选取部分余件钻取圆柱体芯样，进行劈裂对比试验。同时，工地钻芯取样结果作为参考对比分析，试验结果摘录见表2．2．2．1。表2．2．2-1小梁试件圆柱体芯样和现场圆柱体芯样试验结果圆柱体芯样劈裂强度(脚a)序号小梁试件圆柱体芯样现场路面圆柱体芯样l1．762．352．562．142．4l21．452．661．962．92．8930．8l3．502．752．72．3140．864．203．042．512．851．062．732．982．872．42．92．473．0660．643．173．12．962．870．713．381．552．53．183．312．343．12．93．392．662．722．742．32．79103．242．692．652．452．281l2．483．523．332．42．65122．862．51132．743．022．022．783．032．672．82．96143．222．73．22．77152．35平均值2．462．70标准差O．95O．37，变异系数0．38‘。0．14通常认为X，、X。服从正态分布，概率分布函数分别为：(x-ufl_x-ufkI‘阱尸伍产)2南D一可(2．2．2-1)lO
长安大学工程硕卜学位论文检验过程见表2．2．2．2。cG)=尸似一
0)=P(Y-yd>0)(2．4．1-4)Yd为弯拉强度评定时要求达到的值。一、当』|}p服从正态分布Ⅳ仁。，，盯。，2)时，胪肥堋叫～川M∽>抄<警>警]h，～。kpF-l『』k,≤半H警o-k]L吼，仃b／JL，J可以得到满足规定值要求的概率胪·一吐警](2．4．1-5)
长安犬学工程硕卜学位论文另外，司以通过给足的概率及推对试验检测值的要求：盟：①～0一p，)UkP炉硒矗砖瓦@4．1．6)①～0一P，)可以从标准正态分布函数中查到。二、当七p服从对数正态分布Ⅳ∞‘，O"kp2)时，p，叫z>驴文(1一P，=d(O"hk,InYd--lny-In／Ik,"1(2．4．1-7)吼，1半H警]‰bjL盯ln‘jp，小4些垫]L％oj也可以根据要求满足的概率，反推检测值的最小要求：—InYd--In—y-InHk-,：m一0一办)O"hlk，1，=Ph均山地kp_@-i(1一prhI，①～0一P，)可以从标准正态分布函数中查到。(2．4．1-8)(2．4．1．9)2．4．2基于可靠概率的评定标准与现行规范相协调，需要满足两个概率要求：(1)fr+Kcr为施工规范和验收规范规定的平均值，规定儿=，+Ko"时，P，应不小于50％，其中K和。的取值见施工规范。(2)，是混凝土弯拉强度设计标准值，当虼=，时，P，应不小于85％结合一般试验方法对试件个数的规定，要求现场取芯样满足一组3个芯样，计算每一个芯样的弯拉强度评定概率，认为当3个芯样预测的弯拉强度必须全部满足大于设计值的概率85％，并且至少有2个满足大于平均值的概率50％，表明该组芯样代表的路面混凝土满足弯拉强度要求。2l
第二章弯拉强度检验评定方法研究2．4．3基于可靠度的混凝土弯拉强度分析以文献[38]提供的益沅路的数据为例，对后，进行统计分析，通过K-S检验，发现七p不拒绝服从对数正态分布，uInkp=0，。2lnkp=0．0009。若从路面取芯的3个劈裂强度检测值分别为3．36MPa、3．52MPa、2．90MPa，根据弯拉强度(MPa)可靠概率芯样序号劈裂强度(MPa)y=3．1523x0．4730yd--L+Ko-：5．21yd：，：5．013．365．590．99>0．50．9999>0．8523．525．720．999>0．50．99999>0．8532．905．220．516>0．50．92>0．85根据表2．4．3的计算结果，认为该组劈裂强度代表的路段的弯拉强度值满足要求。2．4．4宿邳级公路劈裂抗折强度公式的应用实例在已完工的，龄期为28天水泥混凝土面板上现场切割小梁试件和对应取芯样，对实体水泥混凝土小梁抗折和芯样劈裂抗折强度进行检测和比较，以期对劈裂抗折公式有效性进行判断。现场切割小梁抗折强度与对应芯样劈裂抗折强度两者之间比较芯样尺劈裂抗折强度抗折强序寸(直径芯样芯样劈现场切割小梁现场切割小(2．4529*劈裂强度度与劈号木长龄期裂强度尺寸(宽牢高术梁试件抗折‘0．8081)誊0．86裂抗折(d)(MPa)长)(mm)强度(Mea)强度差度)(岫)(MPa)值(MPa)1148．264283．85147术150宰5516．236．27一O．042148．258284．12149木l50木5506．546．62一O．083148．270284．03149"148．5486．346．5l一0．174148．262283．76150．150*5506．346．150．195148．266283．65150术150木5506．126．Ol0．1l6148．273283．72150．150．5506．236．10O．137148．260283．56149爿c150，k5506．085．89O．198148．262284．02150车149：l：5506．566．49O．079148．273283．78148．148．5506．236．180．05从数据表中可以看出，宿邳一级公路劈裂抗折回归公式能够反映出工程实体质量。22
●长安大学T程硕仁学位论文a)C)图2．4．1劈裂强度、抗折强度与差值的关系
第二章弯拉强度检验评定方法研究图2．4．1为劈裂强度、抗折强度与差值的关系图。由图2．4．1a可知，实测的抗折强度与劈裂强度的相关性很好，也就是说在工程中可以采用芯样的劈裂强度来代替混凝土的抗折强度。分析图2．4．1的b和c，两者与差值的大小也有较好的相关性，尤其是劈裂强度。从中也了解到，抗折强度在6．1"--"6．5MPa，差值较小，说明可以用劈裂强度来替代抗折强度，但如果抗折强度过大或过小，可能会出现较大的误差。2．5本章小结(1)对一组路面现场芯样的劈裂强度统计规律与小梁取芯的统计规律的一致性进行了检验，结果表明两者总体样本分布规律不拒绝具有一致性。(2)对三个路段的芯样劈裂强度和弯拉强度的多种统计公式的显著性进行了检验，结果表明两者之间不一定存在显著的相关关系，其相关性需要根据具体工程提供的数据进行确定。(3)提出弯拉强度不确定性系数，用以表示弯拉强度的随机特性，该不确定性系数充分反映了已有弯拉强度和劈裂强度数据的统计特性；利用不确定性系数和可靠性理论，提出了现场路面芯样弯拉强度合格性判定方法，该方法充分利用已有数据的统计特性，具有明确的理论意义和可操作性。(4)实测的抗折强度与劈裂强度的相关性很好，说明在工程中可以采用芯样的劈裂强度来代替混凝土的抗折强度。24
长安丈学T程硕士学位论文第三章滑模摊铺混凝土配合比参数及设计方法研究3．1概述砼配合比设计是滑模施工质量控制的关键，是关系到工程质量能否有效保证，施工能否顺利进行和是否经济合理的关键。滑模摊铺水泥砼路面的配合比设计应当满足弯拉强度、工作性、耐久性和经济性四项基本要求，其中保证砼的工作适用性、稳定性和可滑性是路面滑模施工砼的特殊要求。混凝土的工作性是水泥路面滑模摊铺成败的关键，配合比设计要结合工程实际情况，掌握工作性随时间、水灰比、外加剂掺量等因素的变化规律，以便施工时调整配合比。本文为了使砼在摊铺过程中，不产生蜂窝、麻面、拉裂、塌边、溜肩现象，提高面层顶面整体的平整度合格率及两侧面的垂直度和减少人工辅助工作量，就必须保证砼的工作性能满足要求，因此在进行配合比设计时要综合考虑砼的坍落度和振动粘度系数，可通过限N-者的最小值和最大值来实现该目标。滑模摊铺必须克服塌边流角和蜂窝麻面的难关，其配合比设计是困扰工程技术人员的难题之一，也是滑模摊铺成败的关键。与普通混凝土配合比设计不同，滑模摊铺混凝土配合比设计首先要考虑工作性，其次是力学性能，再次是耐久性，最后才考虑经济性。在保证砼强度指标、工作适用性等的同时，必须充分优化配合比，综合考虑其经济性，尽可能减少水泥的用量，以单位质量水泥获得的弯拉强度最大为经济评价标准来进行配合比设计，同时减少单位水泥用量也可以减少砼路面出现早期裂纹的可能性。在进行配合比设计时同时要考虑砂率的影响，尽量控制在34％左右，不宜过大和过小，以免影响路面的平整度和造成路面出现早期裂纹。3．2混凝土配合比参数存在的问题及改进技术路面水泥混凝土配合比主要是指各组成成分在混凝土中所占的比例，配合比设计主要是指几个重要参数的设计，如水灰比、砂率、单位用水量、配制弯拉强度，其中配制弯拉强度是混凝土配合比设计最终需要满足的目标。若这几个参数确定下来，则混凝土中水、水泥、粗集料、细集料的组成即可确定。随着现代混凝土技术的进步和外加剂技术的发展，混凝土配合比设计技术又出现了新的变化，如外加剂和掺合料的使用，对混凝土胶凝材料用量和水胶比也提出了新的要求，而且随着滑模施工工艺推广和环境条件的要求，对混凝土的要求已经不仅仅局限于强度，在混凝土工作性、耐久性和经济性方25
第三章滑模摊铺混凝E配合比参数及设计方法研究面都提出了严格的要求，混凝土技术工程师和研究者在这方面也做了大量的工作，提出了针对不同混凝土要求而进行的混凝土配合比设计方法，如抗渗混凝土配合比设计方法、抗冻混凝土配合比设计方法、高强度混凝土配合比设计方法、泵送混凝土配合比设计方法、自密实混凝土配合比设计方法等等。满足滑模施工工艺的混凝土配合比也是一种特殊的混凝土配合比，其对混凝土的工作性有着特殊的要求，尤其对混凝土的坍落度和粘聚性。随着近几年水泥混凝土路面在我国的高速发展，这方面的工作也逐渐展开并取得了大量研究成果，部分研究成果已经汇编为相关的技术规范，如水泥混凝土路面滑模施工技术规程、公路水泥混凝土路面施工技术规范等。在公路水泥混凝土路面施工技术规范中，对滑模摊铺的水泥路面混凝土拌合物工作性要求见表3．2。表3．2滑模摊铺水泥路面混凝土最佳工作性及允许范围、、＼指标坍落度(mm)振动粘度系数界限＼卵石混凝土碎石混凝土Tl(N·s／m2)最佳工作性20—4025～50200～500允许波动范围5～5510—65lOo^石00在这些技术规程中，混凝土配合比设计是一项重要的内容，并且形成一套完整的适用于路面混凝土、以混凝土路面弯拉强度为主要指标的混凝土配合比设计体系。这套配合比设计体系借鉴了以往混凝土配合比研究成果，比较成熟完善，为我国水泥混凝土路面的建设和质量控制起到了积极的推动作用。但是，在这套混凝土配合比设计方法中，部分参数仍处于假设阶段或没有完全反映影响因素的要求，需要进行完善。本节针对路面混凝土配合比设计中部分参数，主要从混凝土砂率取值、配制弯拉强度离散标准差确定和粗集料级配选择等方面结合滑模施工工艺对混凝土工作性的要求开展了研究，以期完善路面混凝土配合比设计方法。3．2．1砂率砂率的含义是通过4．75毫米孔径的细集料占所有粗细集料的比例，是反映集料中粗细集料合理搭配的一个指标。细集料主要用于充填粗集料的空隙，使混凝土密实，并且与水泥一起形成具有流动性的砂浆包裹在粗集料表面，使混凝土具有一定的流动性。在沥青路面和碾压混凝土路面中通常所用的粗集料骨架密实结构，在振捣成型的水泥混凝土中是很难实现的，因为振捣成型通过振动能量使混凝土产生塑性变形，需要混凝土具有一定的塑性性能。砂率是保证混凝土塑性和密实性的重要的混凝土配合比参数。合理的砂率不仅能确保混凝土的密实性，而且能够在粗集料表面形成一定厚度的包裹层，满足工作性需要。26
长安大学工程硕士学位论文对于砂率的研究，国内外研究者作过大量的工作，指出砂率主要与砂的细度模数、粗集料种类、粗集料粒径有关。公路水泥混凝土路面施工规范中给出了对应于不同砂的细度模数的相应最优砂率的推荐范围，见表3．2．1．1。表3．2．1-1砂的细度模数与最优砂率关系砂细度模数2．2—2．52．5～2．82．8～3．13．1~3．43．4---3．7碎石30～3432～3634～3836～4038～42砂率(％)卵石28—3230～3432～3634～3836—40实际上，粗集料最大粒径对合理砂率也存在一定的影响。因为采用的粗集料最大粒径越大，在粗集料连续级配的条件下，相同质量的粗集料的表面积越小，表面包裹相同的砂浆层厚度需要的砂浆量越小，那么，需要的砂率就越小。在公路水泥混凝土路面施工技术规范中没有反应出粗集料最大粒径对砂率的影响，而在国标普通混凝土配合比设计规程中，提出的混凝土砂率则反映了混凝土水灰比、粗集料类型、粗集料最大粒径的影响。见表3．2．1．2，表中列出了合理砂率范围，而没有反映砂的细度模数的影响，原则性地提出对细砂或粗砂，可相应地减少或增大砂率。表3．2．1．2中砂率范围满足混凝土坍落度在lO--60mm，基本含盖了滑模摊铺工艺要求的坍落度范围。表3．2．1-2普通混凝土配合比设计规程推荐砂率范围卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)水灰比10(9．5)20(19)40(3I．5)16(16)20(19)40(31．5)0．4026～3225～3124～3030～3529~3427～320．5030～3529～3428～3333～3832～3730～35O．6033—0832～373l~3636--4135—4033—380．7036--4135—4034～3939～4438～4336~41表3．2．1．1反映的是砂的细度模数对砂率的影响，而表3．2．1．2反映粗集料最大粒径和混凝土水灰比对砂率的要求。虽然两者表达重点不一致，但都是经过大量的实践经验确定的，具有一定的合理性和实用性，因此两表之间存在一定的相关关系。对比表3．2．1．1和表3．2．1．2中的技术规定。表3．2．1．1中规定砂在不同细度模数下的最优砂率，包括中砂、中粗砂和粗砂，没有规定不同粗集料最大粒径。表3．2．1．2反映的是不同水灰比和粗集料最大粒径的砂率，砂为中砂。中砂的细度模数范围为2．3～3．0，对应表3．2．1．1中碎石砂率的范围是300／0--38％，相当于表3．2．1-2中碎石、水灰比为O．5的情况，但是不同的最大粒径对应不同的细度模数的砂的最优砂率，如最大粒径16mm，对应砂细度模数2．8～3．1，最大粒径20mm对应砂细度模数2．5~2．8，最大粒径40mm对应砂细度模数2．2~2．5。27
第三章滑模摊铺混凝士配合比参数及设计方法研究两个表从不同技术角度对砂率进行了规定，对于两者之间的重合部分，则为即满足砂率要求，又满足水灰比和最大粒径要求的砂率范围。充分考虑砂的细度模数、粗集料最大粒径、碎石种类和混凝土水灰比的混凝土中砂砂率取值范围见表3．2．1．3。由于水泥混凝土路面以弯拉强度为力学指标，混凝土水灰比一般小于O．5才能满足要求，因此在表3．2．2．3中删去大于0．5的混凝土砂率范围。表3．2．2-3路面混凝土配合比设计推荐中砂砂率范围卵石最大粒径(mm)碎石最大粒径(mm)水灰比细度模数10(9．5、20(19)40(31．5)16(16)20(19)40(31．5)2．2—2．530～3230~3130～343mv3430～32O．3—D．42．5—，2．8●32—0532~34●2．8~3．1●34,--35●2．2～2．530---3430—，3430～3333—3432～343mv340．4,-0．52．5～2．832～3532—3432—3333～3632—3632～352．8~3．134～35●34—3834～3734～35·部分表明一般不建议采用此种技术类型的组合。若实际条件要求，则需要增大混凝土水灰比或减小砂的细度模数，以满足混凝土的性能要求，具体砂率范围需要通过试验、结合原材料情况进行确定。在公路水泥混凝土路面中，考虑到表面抗滑性能的要求，一般不建议采用细砂。对于粗砂，表3．2．1．1中提出了路面混凝土的砂率要求，结合粗集料最大粒径、混凝土水灰比，混凝土的粗砂砂率在表3．2．1．3的基础上提高2‰3％。3．2．2配制弯拉强度和弯拉强度标准差路面水泥混凝土强度以28d龄期弯拉强度控制。当混凝土浇筑后90d内不开放交通时，可采用90d龄期的弯拉强度，各交通等级对普通水泥混凝土弯拉强度标准值的要求不得低于表3．2．2．1的规定。表3．2．2-1混凝土弯拉强度标准值交通等级特重重中等轻水泥混凝士的弯拉强度标准值(MPa)5．O4．54．O在施工过程中，考虑到混凝土性能的离散性以及施工、实验室配制等因素的影响，通常需要在一定程度上提高混凝土的配制弯拉强度，从而具有一定的可靠度水平。路面混凝土配制弯拉强度按文献【24】规定计算：28
●长安大学工程硕：￡学位论文正2者孟柏o‘22)式中，以为配制28天弯拉强度均值(MPa)，是影响混凝土配合比设计的主要因素，因为在混凝土配合比设计中，正是影响混凝土配合比参数-水灰比的主要指标。丘要求越高，则水灰比越小。从式(3．2．2)可以看出，丘受到弯拉强度变异系数c，、保证率系数t和弯拉强度试验标准差s的影响。其中变异系数c。反映了施工工艺水平和机械可靠度水平，各等级路面对变异系数c，的要求见表3．2．2．2。表3．2．2-2各等级公路混凝土路面弯拉强度变异系数公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路混凝-十弯拉强度低中高变异水平等级弯拉强度变异系数(允O．05—旬．10O．05—O．10O．1阻旬．150．1m旬．150．1m田．15O．15—旬．20许变化范围)保证率系数，反映了试验样本数和可靠性要求对配制弯拉强度评价的影响，如第二章所述，混凝土性能具有离散性，选择的样本量越大，则对其分布特性和统计特性反映得越清楚；而样本量越小，则对其分布特性和统计特性的反映越差。因此，当样本数量越多，保证率系数t系数的要求越低，反之，则越高；同样，对路面的可靠性要求越高，保证率系数t的要求越高，反之，则越低。各等级混凝土路面在不同试验样本数量下对保证率系数t的要求见表3．2．2．3。表3．2．2．3保证率系数t样本数n(组)公路等级判别概率P3691520高速公路0．051．360。790．610．450．39一级公路O．10O．95O．590．460．35O．30二级公路0．15O．720．460．37O．28O．24三、四级公路0．20O．56O．37O．290．220．19弯拉强度试验标准差s反映了试验过程中因素对混凝土性能的影响，对于S的取值，现行规范中没有规定，原则上要求通过实验室试验确定。但是，试验通常是在配制强度已经确定、混凝土配合比参数明确的条件下才进行的，在进行试验以前，s该如何处理，则没有相关的成果可以参考。
第二章滑模摊铺混凝七配合比参数及设计方法研究s是室内试验标准差，反映室内试验水平确定混凝土试件弯拉强度以及混凝土材料对弯拉强度影响的离散特性，理论上应该通过试验进行确定，但是，在成型混凝土试件以前，需要首先确定混凝土的配合比参数，而配合比参数的确定又需要弯拉强度标准差J，这给试验人员带来了一定的难度。以往通常的做法是根据以往的经验假定一个标准差，因为不同的实验室条件、实验人员以及原材料都可能导致弯拉强度标准差的变化，给配合比参数的准确性和设计理论的完整性带来一定的影响。本文通过对配合比设计过程的分析，提出了混凝土配合比设计试配分析法，即在假定弯拉强度标准差的基础上进行循环试验验证和配合比参数调整。试配分析法的关键是合理确定首次采用的假定值，以减少试验循环周次。施工配制弯拉强度标准差为施工配制弯拉强度平均值与其变异系数的乘积，而这两个参数在试验之前均为未知量，本文提出以弯拉强度标准值和路面弯拉强度变异系数来分别替代旌工配制弯拉强度平均值与其变异系数确定。弯拉强度设计标准值虽然与配制弯拉强度平均值有差异，但是两者之间不可能偏差太大，配制弯拉强度平均值大约为弯拉强度设计标准值的1．1—1．25倍，路面弯拉强度变异系数虽然反映的是对路面施工质量的要求，但是对室内试验的要求与之接近，不可能偏差太大，因此，虽然弯拉强度设计标准值和路面混凝土弯拉强度变异系数之间没有直接的相关关系，但是采用两者的乘积来预估混凝土配制弯拉强度标准差从物理概念和意义上比较清楚，而且预估值与实际值不会有太大的差别，否则说明混凝土配制过程存在问题，这样就为下一步的试配提供了比较接近配制要求的配合比参数。另外，弯拉强度设计标准值和路面弯拉强度变异系数在设计过程中即是已经明确的参数，采用这两者来初步确定配制混凝土弯拉强度标准差，也为配合比设计过程提供了明确的初始过程。根据以上分析，S的初值可以表示为s=．fc。式中，．f为弯拉强度标准值，c，为变异系数，均根据路面技术等级和施工技术水平要求在设计过程中确定。3．3粗集料级配对混凝土性能的影响混凝土是由以水泥为主的胶结材浆体与多种不同粒径砂石混拌均匀成型的土建工程材料。其中，粗集料占据混凝土总体积的70％以上，在数量上，在混凝土组分中占有绝对优势。理想状态下的混凝土是粗集料、细集料、水泥等相互均匀分散、相互填充的一种多相均匀混合体。对于占混凝土组成绝大多数的粗集料而言，良好的级配不仅可以减
长安大学工程硕t学位论文少混凝土拌合物离析、改善工作性，而且增加粗集料之间的嵌锁能力，有利于提高混凝土的弯拉、抗压及抗剪等强度，并且可以减少水泥浆体的用量，减小混凝土的塑性收缩量，降低开裂趋势。长期以来，研究人员在集料级配对混凝土性能影响的问题上，尤其在沥青混合料、路面稳定碎石等方面做了大量的试验研究，先后提出级配理论及模型，如最大密实度理论-N法、粒子干涉理论、颗粒分级重量递减系数．K法、通过百分率递减系数．I法、SUPERPAVE法、贝雷法等，这些方法为配制最大密实度集料、间断级配集料、连续级配集料提供了丰富的理论方法。级配方法如此众多，反映了粗集料随石料质地、生产工艺、生产过程不同而导致的集料形状和表面性状的多样性差异。在水泥混凝土配制过程中，由于水泥混凝土一般采用振捣成型、甚至自动密实成型，需要有一定的工作性，那么粗集料表面需要有一定厚度的砂浆包覆。虽然水泥混凝土对粗集料的级配要求不如沥青混合料严格，但要配制性能良好的水泥混凝土，粗集料的级配要求也是一个关键的技术环节。对于级配而言，一方面，级配愈好，颗粒间空隙率愈小，需要填充起空隙的砂浆愈少，节约水泥，同时在相同水泥砂浆用量条件下，可以更好地改善工作性；另一方面，级配愈好，混凝土内部组成梯级变化均匀，结构密实，强度可靠性高，耐久性能好。水泥混凝土的性能主要由水泥包裹细集料、砂浆包裹粗集料决定。在水泥砂浆配比满足要求且保持一定的条件下，粗集料的状况成为决定水泥用量的关键因素。一是粗集料的空隙率，密实的混凝土中粗集料的空隙率需要用水泥砂浆来填充；二是粗集料的比表面积，决定了需要的水泥砂浆的用量。粗集料的空隙率、表面性状等因素决定，是选用粗集料级配时的一个重要参考指标。3．3．1粗集料级配与空隙率粗集料级配连续、合理，那么粗集料容易振捣密实，振实容重大，空隙率越小，在相同条件下，拌制相同工作性能的混凝土需要消耗的水泥砂浆量少，经济性好。本章以最大粒径26．5mm为例，用4．75．9．5、9．5．16、16．19、19．26．5等三种规格单粒级粗集料配制连续级配粗集料，级配范围见图3．3．1，三种规格单粒级粗集料比例和振实容重以及空隙率见表3．3．1。
第三章滑模摊铺混凝土配合比参数及设计方法研究筛孔尺寸(mm)(a)
长安大学1=程硕士学位论文2．364．759．5161926．531．5筛孔尺寸(mm)(c)图3．3．1合成连续级配曲线表3．3．1不同比例单粒级粗集料配制复合连续级配粗集料技术指标级配单粒级集料比例(％)振实容重空隙率类型16．26．5：9．5．16：4．75．9．5(kg／m3)(％)’a20：55：25177734．7b10：60：30177434．8C15：60：25178434．5从图3．3．1中可以看出，三种合成级配曲线均在施工规范规定的级配范围内，而且均在规定级配范围的中值附近，通过空隙率试验发现：合成级配(c)的振实容重最大，空隙率最小。3．3．2粗集料级配与表面积对于比较密实的连续级配粗集料而言，空隙率通常差别不大，如3．3．1节中的试验结果。与粗集料相关的、对混凝土工作性产生影响的另一个重要的粗集料指标是粗集料的表面积。混凝土的工作性主要与砂浆的流动性和砂浆对粗集料的包裹层厚度有关，而粗集料的表面积是影响粗集料表面砂浆层包裹厚度的重要指标。根据文献[碎石研究报告】对粗集料表面积的研究成果，粗集料表面积与其等效粒度相关，等效粒度由粗集料通过筛分确定，其计算方法为：33
第三章滑模摊铺混凝上配合比参数及设计方法研究D=__LDJ口(3．3．2—1)^，∑叩，厶。J”‘式中，。p为第P级筛孔粒径；cj=鲁。根据式(3．3．2．1)，公路水泥混凝土路面规定的粗集料各最大粒径上下限级配曲线的粒席卵．表3．32。表3．3．2连续级配粗集料的粒度筛孔尺寸(mm)161926．531．5级配上下限上限下限上限下限上限下限上限下限等效粒径(咖)6．995．588．166．8812．328．8413．81lO．10假定粗集料表面砂浆裹层厚度为h，那么根据式(3．3．2．1)，可以得到办=幽≯=般一击)D(3．3．1-2)bm1J口oLm：一／式中，m：=m。／‰为单位体积混凝土中的粗集料质量，／为粗集料振实状态下的空隙率。成为粗集料的表观密度。由此可以看出，粗集料的空隙率越小、等效粒度越大，那么包裹在粗集料表面的砂浆层厚度则越厚，相同条件下混凝土的工作性越好。针对第3．3．1节中的连续级配，计算级配曲线(a)、(b)和(c)的等效粒度，计算结果分别为lO．50、9．73、10．81，级配曲线(c)的粒度最大，说明对于需要包裹粗集料的砂浆量需求最少，且其空隙率最小，振实容重最大，若要得到相同工作性，需要的砂浆量最少，最节省水泥。3．4配合比设计方法本文提出了路面混凝土配合比试配法。(1)首先确定J取值：
长安大学工程硕士学位论文(2)根据式(3．2．2)计算混凝土配制弯拉强度，并根据混凝土配合比设计方法计算水灰比、选择砂率、计算单位用水量，根据体积法或密度法确定水泥用量、粗集料和细集料用量等混凝土配合比参数；(3)合理选择水泥品种、粗集料级配、细集料细度模数和外加剂等混凝土原材料；(4)测试混凝土工作性，若不满足要求，则根据实际混凝土拌合物坍落度的大小，相应地减少或增加水泥浆用量，直到满足滑模摊铺需要的工作性；(5)按计算的配合比成型混凝土试件，试件数量满足计算弯拉强度标准值时采用的保证率系数的样本数；(4)测试混凝土实际弯拉强度，计算实际的弯拉强度标准差；(5)将实际的弯拉强度标准差代入式(3．2．2)，重新计算混凝土配制弯拉强度，若计算弯拉强度大于实际测试弯拉强度均值，则根据实际弯拉强度标准差计算的配制弯拉强度重新计算水灰比，计算混凝土配合比参数，重复步骤(3)、(4)，直到配制弯拉强度均值不小于计算弯拉强度为止。路面混凝土配合比设计过程见下图。
第三章滑模摊铺混凝土配合比参数及设计方法研究图3．4路面混凝土配合比设计方法网络图
长安大学T程硕士学位论文3．5滑模施工路面混凝土配合比设计实例3．5．1设计要求(1)设计抗弯拉强度标准值5．OMPa(2)设计出机坍落度30～50mm，振动粘度系数为250．600N．S／m2(3)离散系数Cv取10％，样本数n取9组(4)设计含气量为3．5±1．0％(5)碎石公称粒径26．5mm，无抗冰冻性要求3．5．2组成材料(1)水泥技术指标见表3．5．2．1。表3．5．2-1水泥技术指标检测细度标准稠初凝终凝安3d28d3d28d度用水时间定抗折强度抗压指标(％)强度抗压强度量(哟(min)性(MPa)数值2．329．43112min4h合格5．48．531．551．2(2)粗集料采用4．75ram。9．5mm9．5ram．19mmm16ram．26．5mm三种单粒级石灰岩配制复合级配，原材料检测结果见表3．5．2．2。表3．5．2-2单粒级石灰岩技术指标淤．压碎指针片含泥量表观表干毛体积吸水标值状(％)(％)密度率(％)碎石粒级＼(％)(g／cm3)4．75mm-9．5mm4．70．542．7182．6902．6730．619．5mm．19mm9．86．8O．522．7202．6752．648O．99l6mm．26．5mm2．6O．172．7342．6902．6650．95根据第3章的研究，选用单粒级规格16mm～26．5mm：9．5mm～19mm：4．75mm～9．5mm的比例为15：60：25。(3)细集料采用中砂，细集料技术指标见表3．5．2．3。表3．5．2-3细集料技术指标}检测指标细度模数含泥最(％)表观密度(g／cm3)l数值2．481．72．662I37
第三章滑模摊铺混凝-十配合比参数及设计方法研究(4)水地下饮用水。(5)减水剂高效减水剂。3．5．3计算初步配合比(1)计算抗弯拉强度均方差S为5．0"10％=0．5MPa(2)根据强度要求计算Fe=fr／(1一1．04Cv)+ts=5．0／(1-1．04木10％)+O．46奎0．5=5．81(MPa)(3)计算水灰比W／C=1．5684／(fc+1．0097-0．3595fs)=1．5684／(5．81+1．0097—0．3595幸8．5)--0．42(4)计算用水量(选用砂率35％)Wo=104．97+0．309串SL+11．27事C／W+0．61·Sp=166(K曲(5)计算水泥用量Co=(cA^0幸W022．38·166=395(1(曲(6)计算砂石用量
●一长安大学丁程硕上学位论文表3．5．3-1掺外加剂的混凝土工作性能指标振动粘度系数容重粘聚性及＼＼检测项目坍落度(mm)含气量(％)(N．s／m2)(kg／m3)保水性数值＼454．44632386良好＼．(13)确定基准配合比水泥：水：黄砂：碎石：外加剂为352：148：665：1235：4．224(Kg／m3)(14)确定试验室配合比以初选水灰比为中心，按0．02增减幅度选定3个水灰比，制作试件。检验混凝土的7d和28d弯拉强度。各种水灰比水泥混凝土拌和物性能检测结果见表3．5．3．2和图3．5．3。表3．5．3-2混凝土实验室配合比调整及性能测试水配合比坍落度含气量振动粘度系数容重7d28d灰(水泥：水：黄砂：碎(mm)(％)T1(N．s／rrl2)(kg／m3)强度比石：外加剂)(MPa)(MVa)0．40370：148：640：1242：4．440404．138023905．6l7．120．42352：148：665：1235：4．224454．446323865．596．500．44336：148：671：1245：4．032403．743923905．166．127．27弯6．8拉6．6强6．4度6．2(MPa)，6十＼＼＼＼ftl0．390．4O．41O．42O．430．440．45水灰比图3．5．3水灰比与28天强度关系曲线图(15)根据强度和工作性要求，最终确定试验配合比为水泥：水：砂：碎石(16mm-26．5mm)：碎石(9．5mm-19mm)：碎石(4．75mm～9．5mm)：外加剂为352．-148：665-185：741：309：4．224，水灰比为0．42．(16)配合比实施后小梁弯拉强度统计39
第三章滑模摊铺混凝土配合比参数及设计方法研究250省道宿迁段(K0-",-000。K12+460)水泥混凝土路面抗折强度统计样本数量强度平均值均方差离散系数强度判定值施工路段(组)(Ⅳ伊a)(M【Pa)(％)(MPa)K0+550～K3+000266．450．345．35．22K3·卜000～k6+000306．62O．426．35．27k6+000~K9+000286．54O．385．85．25k9+00队kl2+000346．730．365．35．233．6本章小结(1)提出综合考虑混凝土水灰比、粗集料类型和最大粒径、砂细度模数的公路水泥路面混凝土中砂率选择范围，完善了公路水泥混凝土路面施工技术规范中有关砂率取值的技术要求。(2)综合分析了粗集料级配对粗集料空隙率和粗集料表面积的影响，提出在粗集料选择过程中不仅要考虑连续级配粗集料的空隙率，而且应在相同粒级的连续级配粗集料中选择粗集料表面积较小、等效粒度较大的级配曲线。(3)结合现有路面混凝土配合比设计方法提出了混凝土配合比试配法，有效解决了现有配合比设计中混凝土标准差取值难以确定的问题，配合比设计实例表明该配合比设计方法具有合理性和可操作性。
长安大学下程硕．}学位论文第四章平整度控制及评价分析技术研究4．1概述水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性好、抗滑性好等优点，但水泥砼路面的弱点是接缝多，平整度难以控制。而且水泥混凝土路面为刚性路面，刚度大，平整度达不到要求，对高等级公路的行车舒适性、行车速度和通行能力等有较大的影响。平整度是检验水泥混凝土路面适用性的重要指标。与沥青路面不同的是，沥青路面平整度是各层平整度的累积表现，而水泥路面则主要是面层平整性的反映。因此，提高路面平整度是水泥混凝土路面施工的关键环节，正确检验、评价水泥混凝土路面平整度是提高平整度控制水平的重要依据。4．2摊铺过程常用改善平整度技术措施4．2．1原材料技术要求和配合比参数控制对于原材料选择和配合比设计，除满足路面混凝土弯拉强度要求外，混凝土施工性能也是控制原材料技术要求和混凝土配合比参数的重要指标。在原材料技术要求中，如对水泥中铝酸三钙、烧失量等主要成分的控制，对粗集料、细集料中含泥量等物质的要求，对外加剂及其减水性能和缓凝性能的选择和要求等；对配合比参数中的水灰比、砂率、用水量等。通过这些基本技术指标的选择和控制，为混凝土良好的路面摊铺性能奠定基础。4．2．2施工过程控制水泥混凝土路面摊铺是施工过程的一个主要的环节，主要从以下几个方面进行控制：a．施工基准线设置：滑模摊铺施工铺筑的混凝土路面的整体线形主要取决于施工基准线的设置。基准线通过传感器控制滑模摊铺机塔臂的位置，达到控制混凝土路面厚度和线形的目的。基准线设置形式有单向坡双线式、单向坡单线式和双向坡双线式三种。线桩固定时，基层顶面到夹线臂的高度宜为450"-"750mm。基准线桩夹线臂夹口到桩的水平距离宜为300mm，单根基准线的最大长度不宜大于450m，基准线拉力不应小于1000N。基准线设置后，严禁扰动、碰撞和振动。一旦碰撞变位，应立即重新测量纠正。多风季节施工，应缩小基准线桩间距。4l
第四章平整度控制及评价分析技术研究b．运输过程：主要从保证混凝土拌合物从拌合楼运输至摊铺现场混凝土拌合物的工作性仍适宜于摊铺作业的角度来控制运距和运输车辆，避免因运输时间过长而导致运输的混凝土硬化或坍落度损失过大，失去工作性，影响摊铺平整度；或摊铺机前混凝土供应不足导致工作缝增多，影响平整度。通常根据施工进度、运量、运距及路况，选配车型和车辆总数。c．施工机械：在摊铺过程中，保证施工机械的可靠性，避免因经常机械故障而停机造成过多的施工缝。当施工过程中出现麻面、条带等不正常现象时，应立即检查振捣棒、搓平梁等主要机械构件，保证其运行正常。d．传力杆施工传力杆是水泥混凝土路面增加相邻板接缝传荷能力和防止错台的重要技术措施。传力杆一般有两种施工方式：前置支架式和传力杆自动插入式。自动化程度高的滑模摊铺机一般带有传力杆自动插入装置(DBI)。在采用DBI时，插入过程需要利用机身的巨大重量，即插入过程对机身存在巨大的反冲力，而在插入的过程中摊铺机依然在不停地行进，如果反冲力太大，使机身有所抬升，那么该处的平整度将变差。这对DBI装置插入传力杆的能量提供方式提出要求，并对混凝土拌合物的工作性有着严格的要求。e．表面整平摊铺施工过程中表面整平主要依靠搓平梁和抹平器来实现路面的平整。搓平梁主要用于保证路面横向平整度，抹平器主要用于保证纵向平整度，抹平器长度一般不小于三米，以满足三米直尺平整度。4．2．3施工养护随着材料技术的发展，混凝土养护剂的出现，路面表面养护技术也有了进步。在施工完毕后，首先喷洒养护剂，对路面进行初期养护，待混凝土初凝或具有一定强度后，再进行覆盖养护，避免了早期覆盖造成的覆盖物在混凝土路面表面留下印痕，影响路面平整度，更好地保证表面质量，避免爆裂、起皮。4．3胀缝施工关键技术各种构造缝是影响混凝土路面平整度的主要环节，尤其是使用过程中平整度的衰减。混凝土路面结构接缝类型多，主要包括旌工缝、缩缝和胀缝。其中，施工缝是由于42
长安大学T程硕士学位论文施工间歇而制作的接缝，用于两个施工阶段衔接；缩缝是为释放混凝土在环境温度、湿度作用下产生的内应力、避免混凝土路面不规则断裂而制作的接缝，数量较多。对于施工缝，通过合理安排施工组织，尽量减少施工缝。对于缩缝，由于水泥混凝土路面的刚性特点，必须设置，而且板块尺寸顺轴线方向基本为和6米，接缝数量一般不会有太大变化，主要通过认真切缝、合理养护等技术措施来减少啃边，保证平整度。为减少板间的错台量，在施工缝和缩缝的路面中央位置安装传力杆，目前在高等级路面中采用较多，这对于改善路面平整度以及后期的使用性能起到了良好的效果。胀缝是为缓解混凝土路面在环境温度、湿度作用下产生巨大变形量而设置，是混凝土路面中一种特殊的接缝形式，一般在混凝土路面与桥涵、隧道等固定构造物连接部位以及与其他平曲线、道路相交部位设置胀缝，避免由于大幅度的沿路线轴线方向的横向变形受到限制而产生作用于相J临构造物的巨大推移力，防止破坏相临构造物或混凝土路面端部压碎、拱起。对于滑模摊铺中胀缝的设置，目前还没有很好的控制技术。4．3．1胀缝施工常用技术现行施工规范对于胀缝的构造进行了详细的规定，同时推荐了两种施工方法：前置支架法和预留后铺法。预留后铺法是将设置胀缝板位置的一块混凝土板块预留，等到高温时再进行铺筑。这种方法增加了施工缝的设置，而且后期摊铺需要调用机械、运输等一系列问题，而且中断摊铺的连续性，影响路面平整度。在大型机械化施工过程中，一般倾向于采用前置支架法进行连续滑模摊铺。为了防止在滑模施工过程中固定钢筋支架的变形和推移，保证位置的准确性，规范中要求将钢筋支架进行固定，见图4．3．1。图4．3．1胀缝施工图43
第四章平整度控制及评价分析技术研究4．3．2胀缝施工技术改进胀缝的作用是允许路面端大位移变形的产生，如果采用钢钎等措施将其固定在基层上，那么，限制了胀缝位移，在巨大横向推力的作用下，将导致端部局部挤压破碎，如果不采用有效固定，在采用摊铺机进行连续摊铺的施工条件下，摊铺机巨大的挤压力和推拥力将导致胀缝支架变形，使本来垂直的胀缝板变得竖向倾斜或横向弯曲。在施工过程中，胀缝的施工采用前置法的施工工艺，其构造采用加强钢筋支架加传力杆型。传力杆无沥青涂层的一端焊接在支架上，接缝板夹在两支架之间。在施工时，有三点改进：(1)待摊铺至胀缝位置前方约2m处时，将支架及胀缝板准确定位，并用钢钎将临近构造物端的支架锚固于基层上，用以承担摊铺机的横向推力。(2)在钢筋支架上焊接胀缝板定位钢筋，间距为600mm，用于固定胀缝板位置，切实保证胀缝板与钢筋支架之间的距离不小于30mm，然后布料，用手持振捣棒振实胀缝板两侧及钢筋支架内的混凝土，构造图见4．3．2。(3)在摊铺机临近胀缝时，清除机前过多混凝土，确保不出现拥料现象，保证支架不推移、不弯曲，胀缝板不倾斜，使滑模顺利通过。—JOOmm—一E缝填缝料I涂沥青并加塑料套／一士‘上≥r．．＼_tl＼■h，2l＼’r。口吣I6磊200m。T。l-7l÷’／／．支～奄力杆彳II长I。。。／。的小套留II、接缝板IU30mul空骧填19．纱头支撑接缝板钢筋图4．3．2改进后的胀缝施工图通过以上的改进，以往常见的胀缝板错位或竖向倾斜、横向弯曲等问题得到解决。同时，通过实测，其平整度与临近板块无明显差异。
长安大学工程硕士学位论文4．4平整度检测评价路面平整度是道路的一个非常重要的适用性指标，是结构三大性能之一，直接体现结构的服务能力。车辆在不平整的道路上行驶，不但影响旅客和司机的安全与舒适性，而且影响车辆的运行费用，例如增加油耗，降低行车速度和车辆使用寿命，延长出行时间，同时，由于不平整而导致的车辆对路面的冲击，增加了车辆对路面的作用力，路面板的疲劳荷载增加，减少了路面的疲劳循环周次，加速道路结构的破坏，影响路面的使用年限和养护周期。因此，无论施工过程、验收过程，还是使用、养护过程中，路面平整度都是一个非常重要的控制和评价指标。对于平整度的控制，在第4．3节中已进行论述，本节将主要研究对现有平整度评价方法的改进。4．4．1常用平整度评价指标分析目前，对于平整度的评价主要有4个指标：3米直尺最大间隙、国际平整度指数、平整度标准差和颠簸累积值，在施工规范中引用的是前三个指标。(1)3m直尺最大间隙3m直尺最大间隙以rain计，表示3m直尺底缘与路面之间的最大距离，该法适用于测定振捣或压实成型的路面各层表面的平整度，以3m直尺最大间隙合格率评价路面平整度，在长距离的路面检查或验收中，使用3m直尺工作量大，测量过程连续性差，通常在路面施工控制过程中使用。(2)平整度标准差盯平整度标准差盯是通过采用连续式平整度仪测定平整度的试验方法得到的，用测量值的标准差表示路面的平整度，标准差越大，说明平整度越差，反之，则越好。采用连续式平整度仪测量平整度，原理上与3m直尺一样，但是它克服了3m直尺测量法的不连续性，而且可用于长距离测量，具有较广的适用性。(3)颠簸累积值VBI颠簸累积值VBI是车载式颠簸累积仪测定的用于评价路面平整度的指标，即通过机械传感器测量的后轴同车厢之间的单向位移累积值，以cm／km计。VBI越大，说明路面平整性越差，人乘坐汽车时越不舒适。这与3m直尺平整度仪测定的平整度在原理上是有区别的，因为它不仅取决于路面平整度，检测结果还与测试车机械系统的振动特性和车辆行驶速度有关。减振性能好，则VBI测值小；车速越高，VBI测值越大。颠簸累积45
第四章平整度控制及评价分析技术研究值反映的是路和车综合作用的结果，在我国的施工规范中没有采用这个指标来评价路面平整度。(4)国际平整度指数IRI国际平整度指数IRI是一项标准化的平整度指标，是采用模拟¨车轮(即单轮，类似于拖车)以规定速度行驶在路面断面上，分析行驶距离内动态反应悬挂系的累积竖向位移量，标准的测定速度规定为80km／h，其测定结果的单位为m／km。理论上，路面纵剖面线平整度是随机的，动态反应悬挂系的竖向位移量也是随机性的，仅以单位长度内竖向累积的平均值来评价其平整度，不能反应出路面平整度的随机特性，如表4．4．1中所示两组路面平整度数据。表4．4．1两组路面平整度数据一l23平均值标准差组数＼l1．52．12．21．930．14321．92．O1．930．003从表4．4．1可以看出，两组数据的平均值一致，都满足不大于2．0m／km的要求，但是在第1组中，有两个值超出了2．0m／kin，而第二组则都没有超出2．0m／km。这两组数据表示的平整度优劣有很大区别，但是仅用平均值评价，则不能反映。标准差是反应随机特性指标的一个重要参数，从表4．4．1中可以看出，第1组平整度指标值的标准差远远大于第2组平整度指标值的标准差，说明平整度标准差也是反应平整度的一个重要指标。如何充分利用检测到的数据反映的信息，对路面平整度状态做出合理评价，是本节需要解决的重点内容。4．4．2国际平整度指数可靠性分析国际平整度指数原理上类似于反应类仪器的调整坡，由于路面平整度在施工过程中受到多种因素的影响，国际平整度指数X．的概率分布一般不拒绝正态分布，置~N(“，仃2)，∥为平均值，仃为标准差，这是随机变量的两个重要统计学分布参数，可以全面反映正态分布随机变量的统计学特性。此处的仃为国际平整度指数测试中产生的标准差，而不是采用连续平整度仪测试路面平整度产生的标准差。根据统计学原理，／’、当x，~N0，仃z)时，其平均值也服从正态分布，又~NI”，生I。在进行国际平整度指数
长安大学1=程硕上学位论文检测时，通常采用一段距离内国际平整度指数来评价，即采用段落内国际平整度指数AIRl，AIM-N(u删，O"12R／)。在路面国际平整度指数检测过程中，通常将检测路段分成许多不同的段落输出各个段落的国际平整度指数，通过各个段落的国际平整度指数来评价代表的路段的平整度状况。在评价过程中，通常以国际平整度指数不超过一定量值作为评价标准，这个量值可以认为是国际平整度指数的一个上限值，以lima表示。令Z=彳ZR，一lima(4．4．2．1)当AIRI不大于规定值lima时，即认为路面平整度合格或满足使用要求。那么，检测结果代表的路面平整度满足要求的可靠概率可以表示为P，=e(,4jred≮50859095IlU＼K8+998～K10+298右行1．661．8681．9181．988车道K8+970-Kl0+2701．721．9492．02．081右超车道右幅行车道平整度IRI值与三米直尺数值统计右幅超车道平整度lRI值与三米直尺数值统计三米直尺IRI三米直尺序号起始桩号结束桩号IRI(m／kin)序号起始桩号结束桩号(mm)(m／km)(咖)』KO+550Kl+5501．561．6JKo+550KI+5501．521．52K1+550K2}550|．632．22Kl4-550K2+5501．892．63K2+550K3+550l?581．83K2+550K3+550|．82．44K3+550K4+5501．8l2．74K3+550K4+5501．882．5，K4t550K5+550|÷622．45K4+550K5+550j．681．96K5}550K6+550|391．26K5+550K6+5501．451．27K6+550K7+5501．451．47K6+550K7+5501．381．48K7+550X8，5501．49L58K7+550X8+550l，58l。89昭+550K9+5501．682．19解+550K9+550，．682．310K9+550K10+550，．451．310K9+550K10+550J．621．8liKIO+550K11+5501．722．OIIKio+550Kil+550i．7l2．312K11+550Kl2+ooo1．882．512K11+550K12+0001．82．413K12+6100Kl2+7801．932．813Ki2+oooK12+780J．962．8乒均值|．632．00平均值J．692．149
第四章平整度控制及评价分析技术研究采用考虑可靠性的国际平整度指数来评价路面平整度充分利用检测数据的信息，不仅体现了数据平均值信息，而且反映了数据离散性对评价结果的影响，同时增加可靠性概率水平的承受能力，充分表明了国际平整度指数反映的本质特性，有助于检测数据对路面平整度的合理评价。水泥混凝土路面施工中平整度的控制是采用三米直尺，将宿邳一级公路三米直尺检测数据与国际平整指数进行汇总比较，体现两者之间的关系。4．5本章小结(1)根据胀缝的特点和滑模施工工艺要求，对现行胀缝施工工艺进行了分析，认为其不适合于滑模摊铺施工工艺，从胀缝固定钢筋支架定位、胀缝板固定以及摊铺机前混凝土拌合物处理等角度提出了胀缝施工的改进工艺，保证了滑模施工的连续性，改善了影响混凝土路面平整度。(2)分析了路面国际平整度指数的随机特性，提出单独采用国际平整度指数平均值评价路面平整度的缺陷，采用概率理论，提出了基于可靠性的国际平整度指数评价方法和基于不同可靠性概率的可靠性系数，并采用提出的理论对两个实例进行了分析，验证了采用可靠性理论评价的合理性。(3)将宿邳一级公路水泥混凝土施工中用三米直尺检测的平整度数据与交工验收时激光平整度仪检测的国际平整度指数进行了汇总比较，得出三米直尺与国际平整度之间的对应关系，为施工中三米直尺控制平整度达到国际平整度指标提供了参考。
●乜长安大学工程硕L学位论文第五章试验段施工及质量保证措施5．1试验段的目的(1)通过设计配合比确定施工配合比，并进行现场施工验证其工作性是否满足摊铺需要、弯拉强度是否满足配制弯拉强度要求；(2)验证施工工序完备性和施工组织设计合理性；(3)验证施工机械可靠性，工序衔接合理性；(4)路面平整度是否满足要求；(5)为大规模施工积累技术参数。5。2前期准备工作5．2．1前场准备(1)导线步设完毕(2)摊铺面清扫湿润(3)现场文明、安全施工设施摆放(4)钢筋按需到位，摆放好。(5)摊铺机就位，参数设置完毕，挖掘机到位。(6)施工人员到岗到位。5．2．2后场准备(1)拌和站调试(2)计量验证监督(3)材料准备5．2-3技术准备(1)确定工地配合比：基准配合比通过搅拌楼实际拌和、铺筑试验段进行验证，根据现场砂石材料的含水量，拌和物实测的表观密度、含气量、坍落度及其损失，调整单位用水量、砂率、#l-力n剂掺量。调整时，水灰比单位水泥用量不得减少。调整原则如下：视施工中原材料的含泥量、泥块含量、含水量的变化和施工变异性等因素，单位水泥用量适当增加5-10Kg；根据施工季节，气温和运距的变化，可微调J,l-力nN的掺量，保持摊铺现场的坍落度始终
第五章试验段施1=及质量保证措施适宜于铺筑，且波动最小，但不允许大调整；降雨后，根据每天不同时间的气温及砂石料实际含水量变化，微调加水量，同时微调砂石用量，其他配合比参数保持不变，维持施工配合比基本不变；雨天或砂石料变化时应加强控制，保持现场拌和工作性始终适宜摊铺和稳定。(2)导线布设、路面几何尺寸量测。(3)准备检测设备：三米直尺、钢尺、红外线测温计、风速计、坍落度筒。(4)确定检测项目：基准线架设方式，模板固定方式，摊铺机松铺高度，摊铺速度，振捣时间、频率，拉杆、传力杆的插入情况，切缝时间，养护剂喷洒时间，薄膜覆盖时间。(5)原材料含水量测定(6)配合比通知单下发。(7)拌和场工作性检测，配合比的验证。(8)确定检测项目：拌和楼搅拌参数：上料速度，拌和容量，搅拌时间，坍落度，振动粘度系数，含水量，泌水性。5．2．4其它准备(1)后勤保障准备。(2)施工交通工具保障、工程用车。(3)前、后场通讯畅通、及时。(4)拌和站、摊铺机售后服务人员到位。(5)外加剂厂技术人员，有丰富滑模施工经验专家到位。(6)专职人员维护运输路线的畅通，处理突发事件。5．3试铺段实施5．3．1混凝土拌合拌和站先用150Q站在7：40进行拌第一锅料，水泥混凝土配合比为：(水泥：水：砂：碎石：外加剂)360：106：682：1252：4．68，坍落度40mm，粘聚性良好，经过45min运至现场后，实测坍落度15mm，材料发干，无粘聚性，摊铺机试铺后表面提不起浆，出现蜂窝、麻面，现场人员不得不采用洒水进行重新拌和，才能摊铺。等到前场信息反馈到后场，这种坍落度混凝土混合料已经发出3车。52
长安大学．T程硕上学位论文5．3．2混凝土工作性调整及摊铺通过坍落度损失试验，发现摊铺机机口坍落度损失比预计损失大，预计损失为1．O～1．5cm，实际损失根据当日试验测定平均在3．0cm左右。对可能的原因进行分析：(1)运距较远；(2)车辆封闭性不好，且车辆较小，路途障碍物太多，主要为麦收在路上晾晒造成；(3)外加剂的组份与标准配比不一致。针对摊铺机对坍落度的需求，试验室即对配合比进行了调整，外加剂增加O．2％，实测出机坍落度55mm，运至前场坍落度30ram，可进行摊铺，具有可滑性。水泥混凝土坍落度调整完毕后，进行正常摊铺。摊铺过程中，调整摊铺机的行进速度、振动频率、传力杆插入后的局部处理等技术措施，探讨合理技术参数和改善技术措施，使摊铺工艺达到最佳状态。5．3．3养护及锯缝摊铺完成后立即喷洒养护剂进行表面保湿养护，过3～5个小时，覆盖塑料薄膜养护；养护17小时左右，开始锯缝，锯缝深度为7～8cm，第二天早上所有缝全部断开。5．4试验段摊铺实测结果分析在试验段铺筑过程中，对与施工相关的技术参数进行了记录和分析，技术参数不局限于本文研究的技术参数，在此一起列出，供同类工程参考。5．4．1七天弯拉强度试件编号l捍2撑3撑群5撑硎7天弯拉单值(MPa)5．706．785．726．5l5．565．33测定值(MPa)5．705．565．4．2七天劈裂强度试件编号l撑2拌3撑7天劈裂强度(MPa)3．313．293．37换算为抗折强度(MPa)5．305．275．39
第五章试验段施工及质量保证措施5．4．3平整度由于试验路段太短，无法采用专门检测仪器检测国际平整度指数，而在施工完成后采用三米直尺进行了检测，测试结果见表5．4．3，合格率为91％。表5．4．3试验段路面三米直尺平整度检测结果桩号最大间隙(mm)K8+8982．5321．52．51．52．531．523．523．532．532．5232．502．51．53．51．52721．53．51-5l2OK9+0522l1，52．521．52．51K9+05221．5421．5O2l21．5O0l1．5202O1．5411．53．52．51．5O3O。31．531．52O213．5O13O21．5lK8+898205．4．4路面厚度对滑模摊铺的试验段路面厚度进行了检测，检测结果见表5．4．4，合格率为100％。表5．4．4滑模摊铺的试验段路面厚度检测结果(cm)距中桩距离：m)桩号O．52467．5K8+9002929．12928．53lK8+9102827．52529K8+9202926．52829K8+93027．529K8+94025．325．124．22829K8+9502727．52527．3K8+96029272827．5K8+9702625．527K8+9802525．425．525·
长安大学T程硕}学位论文续表5．4．4距中桩距离(m)桩号O．52467．5K8+99025．62625．7K争卜ooo2425．125．625．7K9+0102626．12626．226．7K9+02026．12625．5K9+0302625．5K9+04025．5K9+05025．525．825．525．7K9+06025．22525．125．5K9+0702726．125．625．525．6K9+080272625．526K争m90272625．52625．9K9+loo2725．92625．725．55．4．5纵横缝顺直度纵横缝顺直度检测结果见表5．4．5，合格率100％：由于铺筑试验段，没有铺设路面胀缝。有关本文对胀缝的改进技术措施在接下来的大规模路面滑模摊铺中表明效果良好。表5．4．5纵横缝顺直度测定值(咖)桩号l23456789102l53206248K8+898-K9+052254l310535．4．6摊铺宽度滑模摊铺的宽度检测结果见表5．4．6，合格率100％。55
＼第五章试验段施工及质量保证措施表5．4．6摊铺宽度检测结果桩号设计值(mm)实测值(mm)偏差(mm)K8+9008250827525K8+9108250827525K8+9208275258250K8+9308250827525K8+9408250827525K8+9508250827525K8+9608250827525K8+9708250827525K8+9808250827525K8+9908250827525K9+0008250827525K9+0108250827525K9+0208250827525K9+0308250827525K9+0408250827525K9+05082508275255．4．7横坡度对滑模摊铺的路面横坡度的检测结果见表5．4．7，合格率93．8％。表5．4．7滑模摊铺路面横坡度检测结果桩号读数(m)高差宽度横坡偏差路中路边(m)(％)21．4070．0914．52．O0．02K8+90021．49821．34l0．1578．251．9．O．1021．4000．0914．52．00．02K8+91021．49121．335O．1568．251．9．o．1l21．3760．0914．52．O0．02K8+92021．46721．316O．15l8．251．8．0．1721．3570．0924．52．00．04K8+93021．44921．2930．1568．251．9．O．1l21．3490．0894．52．0．O．02K8+94021．43821．277O．16l8．252．O．O．0521．3320．0894．52．0．0．02K8+95021．42121．2650．1568．251．9．o．1l21．3050．0914，52．0O．02K8+96021．39621．246O．1508．251．8．O．1821．2880．0914．52．00．02K8+97021．37921．226O．1538．251．9．o．15●
长安大学下程硕}学位论文续表5．4．7桩号读数(m)高差宽度横坡偏差路中路边(m)(％)21．2690．0924．52．O0．04K8+98021．36121．205O．1568．251．9．0．1l21．2480．0924．52．O0．04K8+99021．34021．1860．1548．251．9-0．1321．2330．0914．52．0O．02K9+00021．32421．166O．1588．251．9．O．0821．2190．0904．52．O0．OOK9+01021．30921．1510．1588．251．9-o．0821．2040．0874．51．9．O．07K9+02021．29121．1310．1608．251．9．0．0621．1870．0904．52．0O．00K9+03021．27721．108O．1698．252．00．0521．1700．0914．52．00．02K9州)4021．26121．101O．1608．251．9．O．0621．1760．0904．52．00．00K9+05021．26621．0910．1758．252．10．125．4．8滑模摊铺关键技术参数控制通过对试验段铺筑过程的总结和分析，提出在该路线滑模摊铺旌工过程中采用以下参数可以获得较好的路面质量。(1)机口坍落度：50---60mm(2)摊铺坍落度：30,--40mm(3)坍落度损失：30mm(4)搅拌方量：每盘2．5In3(5)搅拌时间：45S(6)摊铺速度：0．8m／min(7)振捣频率：11000r／min(8)养护剂喷洒方量：0．3kg／m257
结论及展望主要结论(1)对路面现场芯样的劈裂强度统计规律与小梁取芯的统计规律的一致性进行了检验，结果表明两者总体样本分布规律不拒绝具有一致性。(2)提出弯拉强度不确定性系数，用以表示弯拉强度的随机特性，该不确定性系数充分反映了已有弯拉强度和劈裂强度数据的统计特性；利用不确定性系数和可靠性理论，提出了现场路面芯样弯拉强度合格性判定方法，该方法充分利用已有数据的统计特性，具有明确的理论意义和可操作性。(3)提出综合考虑混凝土水灰比、粗集料类型和最大粒径、砂细度模数的公路水泥路面混凝土中砂率选择范围，完善了公路水泥混凝土路面施工技术规范中有关砂率取值的技术要求。(4)综合分析了粗集料级配对粗集料空隙率和粗集料表面积的影响，提出在粗集料选择过程中不仅要考虑连续级配粗集料的空隙率，而且应在相同粒级的连续级配粗集料中选择粗集料表面积较小、等效粒度较大的级配曲线。(5)结合现有路面混凝土配合比设计方法提出了混凝土配合比试配法，有效解决了现有配合比设计中混凝土标准差取值难以确定的问题，配合比设计实例表明该配合比设计方法具有合理性和可操作性。(6)根据胀缝的特点和滑模施工工艺要求，对现行胀缝施工工艺进行了分析，认为其不适合于滑模摊铺施工工艺，从胀缝固定钢筋支架定位、胀缝板固定以及摊铺机前混凝土拌合物处理等角度提出了胀缝施工的改进工艺，保证了滑模施工的连续性，改善了影响混凝土路面平整度。(7)分析了路面国际平整度指数的随机特性，提出单独采用国际平整度指数平均值评价路面平整度的缺陷，采用概率理论，提出了基于可靠性的国际平整度指数评价方法和基于不同可靠性概率的可靠性系数，并采用提出的理论对两个实例进行了分析，验证了采用可靠性理论评价的合理性。对未来研究的展望通过本文的研究，对滑模摊铺水泥混凝土路面配合比设计方法、关键部位施工工艺进行了改进，并对混凝土路面安全性和适应性的两大指标．弯拉强度和平整度提出了新的评价方法。新提出的评价方法充分考虑了这两个指标的随机特性，由于时间和试验工
长安大学工程硕：L学位论文作量的限制，本文的工作着重于评价方法的建立，而对这两个指标的随机特性仅做了初步的分析，需要在以后的研究工作中进一步完善。对于混凝土弯拉强度的评价，需要通过大量的试验数据反映弯拉强度的统计特性，研究过程中发现，目前各工程得到的数据没有有效的集中手段，缺乏统一利用的方法，因此有必要针对全国的公路水泥混凝土路面工程建立混凝土弯拉强度数据库，利用数据库功能对不同等级路面或不同配合比混凝土的弯拉强度进行统计分析，充分反映我国不同等级、不同材料、不同配合比的混凝土路面弯拉强度的统计特性，以服务于我国水泥混凝土路面的建设。59
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长安大学T程硕士学位论文致谢本文是在张宜洛教授的精心指导下完成的。在撰写论文的过程中，张教授倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思，还是资料的收集整理，以及论文的最终校核与定稿，导师都给予了无私的帮助和悉心的指导。导师诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力，严谨治学的态度，精益求精的工作作风，以及渊博的学识，都令我敬仰、让我受益终生。借论文完成之际，谨向导师致以诚挚的谢意和深深的祝福!在论文的撰写过程中，也得到了许多同事和同仁的帮助和支持，在此一并致以诚挚的谢意!最后，向百忙之中抽出时间评审论文、参与答辩的各位专家、教授表示衷心的感谢!
