CN113774746A - 一种先张法预应力混凝土装配式路面及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种先张法预应力混凝土装配式路面及其制备方法，混凝土装配式路面的包括混凝土面板、预应力钢棒、钢筋、填缝板、嵌缝料、注浆液，预应力钢棒纵向布置，且与横向分布的钢筋绑扎，均匀布设在混凝土面板内；所述混凝土面板的周边设置有填缝板，且各所述填缝板位于相邻的所述混凝土装配式路面之间的接缝处，所述填缝板上灌注有嵌缝料；所述混凝土面板上穿设有注浆孔，各所述注浆孔用于注入注浆液；所述混凝土面板的反面通过注浆液与底部的基层相连。本发明整体性好，承载力高，耐久性强，能降低水泥混凝土路面的病害发生几率；还能大大缩短建设、维护工期，降低了现场的人力成本，缓解了重载交通路段的交通压力，且具有广阔的应用前景。

Description

一种先张法预应力混凝土装配式路面及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及装配式路面技术领域，具体涉及一种先张法预应力混凝土装配式路面及其制备方法。

【背景技术】

国内早期修建的道路及现有的低等级公路，主要以水泥混凝土路面为主。水泥混凝土路面是一种刚性路面，主要以水泥混凝土为主要材料做为面层。因其强度高，水稳性、耐久性好、养护费用低等优点,在交通道路上被广泛应用，但其同时具有开放交通迟、修复困难等缺点。水泥路面的使用寿命一般为10-30年，但在一些重载交通的水泥道路，即便是在使用早期，也容易出现裂缝、拱起、掉角、错台、唧泥和板底脱空等常见病害。

这意味着现有的各等级公路中，水泥混凝土路面将面临着庞大的维护及更替工作。早期修建的大部分水泥路面，主要以双向两车道为主，一般不超过四车道。通常，对此道路的维修，基本上是采用先封闭半幅道路，再分块修补的方案。对于车流量大的道路而言，采用此种方案，其修补期长，需等待混凝土达到规定的养护期后方可开放交通，这将会给原本就繁忙的交通带来更大的压力，甚至容易引发交通事故。

水泥混凝土道路常见的较严重病害如错台、断板、贯穿裂缝等，主要是集中在车辙频繁、基层不均匀沉降、接缝处理差的部位。因此，处理时需要针对这些部位的路面板采用更换维修及补强的措施。若能开发一种新型的路面板及相应的施工技术，对这些损坏严重的路面进行整体替换，并能极大地提高施工效率和路面质量，而在提高路面使用寿命的同时，使总体的成本可控甚至更经济。显然，这样的产品及技术才是更适合当下及未来的公路交通。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种先张法预应力混凝土装配式路面及其制备方法，该路面整体性好，承载力高，耐久性强，能降低水泥混凝土路面的病害发生几率；还能大大缩短建设、维护工期，降低了现场的人力成本，缓解了重载交通路段的交通压力，且具有广阔的应用前景。

本发明是这样实现的：

一种先张法预应力混凝土装配式路面，所述混凝土装配式路面的包括混凝土面板、预应力钢棒、钢筋、填缝板、嵌缝料、注浆液，所述预应力钢棒纵向布置，且与横向分布的钢筋绑扎，均匀布设在混凝土面板内，各所述预应力钢棒的两端延伸出所述混凝土面板的纵向侧面，各所述钢筋的一端延伸出所述混凝土面板的横向侧面；

所述混凝土面板的周边设置有填缝板，且各所述填缝板位于相邻的所述混凝土装配式路面之间的接缝处，所述填缝板上灌注有嵌缝料；各所述预应力钢棒和钢筋均穿设过对应的填缝板；

所述混凝土面板上穿设有注浆孔，各所述注浆孔用于注入注浆液；所述混凝土面板的反面通过注浆液与底部的基层相连。

进一步地，所述混凝土面板的原料及其重量份为：水泥200-400份，矿物掺合料100-200份，粗骨料1100-1300份，细骨料500-800份，水100-200份，减水剂5-15份，引气剂3-8份。

进一步地，所述水泥选用42.5硅酸盐水泥；所述粗骨料为级配碎石，且最大粒径不大于25mm，含泥量≤0.5％；所述细骨料为砂，所述砂选用细度模数2.5-3.0，含泥量≤1％的天然河砂；所述矿物掺合料由重量比1:2的硅灰与S95粒化高炉矿渣粉组成。

进一步地，所述减水剂采用聚羧酸高性能减水剂；所述引气剂为AH系列。

进一步地，所述两纵向侧面上开设有第一预留孔，各所述第一预留孔与相邻的所述混凝土装配式路面上的预应力钢棒相对应。

进一步地，所述钢筋一端延伸出的横向侧面上开设有第二预留孔，各所述第二预留孔与相邻的所述混凝土装配式路面上的钢筋相对应。

进一步地，所述混凝土面板的板厚为10-20cm，所述混凝土面板正面为带拉毛槽的平面，反面为锯齿形的毛面，四周侧面均为光整的平面。

进一步地，所述混凝土面板正面的拉毛槽宽度为2-3mm，深度为1-2mm，拉毛槽沿所述混凝土面板横向设置，所述拉毛槽之间的间距为2-3mm。

进一步地，所述填缝板采用海绵橡胶泡沫板，嵌缝料采用焦油型聚氨酯嵌缝料，注浆液采用掺早强剂及膨胀剂的水泥浆。

进一步地，所述的一种先张法预应力混凝土装配式路面的制备方法，步骤如下：

步骤1、混凝土的制备：

将粗骨料、细骨料投入强制式搅拌机中搅拌均匀，接着投入水泥、掺合料，加入10％的水后开始搅拌，然后继续添加剩余水与减水剂、引气剂的混合物持续搅拌3-4分钟，最后制得坍落度在70-120mm的混凝土；

步骤2、制作路面板：

先将横向分布钢筋通过预制垫块均匀安放在钢模上，再将预应力钢棒穿过钢模两端的孔纵向置于横向分布钢筋上并绑扎，接着将步骤1制备的混凝土均匀浇筑于钢模内，合模后采用张拉机对预应力钢棒两端进行张拉，张拉力控制在钢棒抗拉强度的0.7倍，张拉完毕后两端用螺栓锚固；钢模内底面为锯齿形的毛面，内顶面为带拉毛槽的盖板，四周侧面均为光整的平面；

然后将张拉完毕后的钢模吊放于振动台上，使混凝土振动密实并成型；待混凝土初步凝结成型后，拆去钢模盖板，置于蒸汽养护池中养护至规定的脱模强度，接着进行预应力放张、脱模，最后将制好的混凝土装配式路面吊放至堆场自然养护，达到出厂规定的强度标准后就可作为成品运至现场使用。

本发明具有如下优点：

总之，本发明的一种先张法预应力混凝土装配式路面是一种新型混凝土预制路面，它整体性好，承载力高，耐久性强，能与基层紧密结合，大大降低了水泥混凝土路面的病害发生几率；还能大大缩短建设、维护工期，降低了现场的人力成本，缓解了重载交通路段的交通压力。同时，它的适用范围也相当广泛，适用于新建道路、旧路的维修改造、临时道路搭设等多种使用情况。相比于连续配筋的水泥混凝土路面，它对混凝土、钢筋等材料的消耗量要小得多，但整体性、力学性能却优于连续配筋混凝土路面。因此，这种先张法预应力混凝土装配式路面具有使用范围广，力学性能优异，性价比突出的特点，应用前景广阔。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种先张法预应力混凝土装配式路面纵向截面示意图。

图2是本发明一种先张法预应力混凝土装配式路面的平面示意图。

图中：

混凝土装配式路面-10、混凝土面板-1、预应力钢棒-2、钢筋-3、填缝板-4、嵌缝料-5、注浆孔-6、第一预留孔-7、第二预留孔-8

【具体实施方式】

下面将结合附图1-2和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明涉及一种先张法预应力混凝土装配式路面，所述混凝土装配式路面10的包括混凝土面板1、预应力钢棒2、钢筋3、填缝板4、嵌缝料5、注浆液，所述预应力钢棒2纵向布置，且与横向分布的钢筋3绑扎，均匀布设在混凝土面板1内，各所述预应力钢棒2的两端延伸出所述混凝土面板1的纵向侧面，各所述钢筋3的一端延伸出所述混凝土面板1的横向侧面；

所述混凝土面板1的周边设置有填缝板4，且各所述填缝板4位于相邻的所述混凝土装配式路面10之间的接缝处，所述填缝板4上灌注有嵌缝料5；各所述预应力钢棒2和钢筋3均穿设过对应的填缝板4；

所述混凝土面板1上穿设有注浆孔6，各所述注浆孔6用于注入注浆液；所述混凝土面板1的反面通过注浆液与底部的基层相连。

在具实施中，优选的一实施例：所述混凝土面板的原料及其重量份为：水泥200-400份，矿物掺合料100-200份，粗骨料1100-1300份，细骨料500-800份，水100-200份，减水剂5-15份，引气剂3-8份。

在具实施中，优选的一实施例：所述水泥选用42.5硅酸盐水泥；所述粗骨料为级配碎石，且最大粒径不大于25mm，含泥量≤0.5％；所述细骨料为砂，所述砂选用细度模数2.5-3.0，含泥量≤1％的天然河砂；所述矿物掺合料由重量比1:2的硅灰与S95粒化高炉矿渣粉组成。

在具实施中，优选的一实施例：所述减水剂采用聚羧酸高性能减水剂；所述引气剂为AH系列。

在具实施中，优选的一实施例：所述两纵向侧面上开设有第一预留孔7，各所述第一预留孔7与相邻的所述混凝土装配式路面10上的预应力钢棒2相对应。

在具实施中，优选的一实施例：所述钢筋3一端延伸出的横向侧面上开设有第二预留孔8，各所述第二预留孔8与相邻的所述混凝土装配式路面10上的钢筋3相对应。

在具实施中，优选的一实施例：所述混凝土面板1的板厚为10-20cm，所述混凝土面板1正面为带拉毛槽的平面，反面为锯齿形的毛面，四周侧面均为光整的平面。

在具实施中，优选的一实施例：所述混凝土面板1正面的拉毛槽宽度为2-3mm，深度为1-2mm，拉毛槽沿所述混凝土面板1横向设置，所述拉毛槽之间的间距为2-3mm。

在具实施中，优选的一实施例：所述填缝板4采用海绵橡胶泡沫板，嵌缝料5采用焦油型聚氨酯嵌缝料，注浆液采用掺早强剂及膨胀剂的水泥浆。

本发明还涉及上述一种先张法预应力混凝土装配式路面的制备方法，所述方法步骤如下：

步骤1、混凝土的制备：

将粗骨料、细骨料投入强制式搅拌机中搅拌均匀，接着投入水泥、掺合料，加入10％的水后开始搅拌，然后继续添加剩余水与减水剂、引气剂的混合物持续搅拌3-4分钟，最后制得坍落度在70-120mm的混凝土；

步骤2、制作路面板：

先将横向分布钢筋通过预制垫块均匀安放在钢模上，再将预应力钢棒穿过钢模两端的孔纵向置于横向分布钢筋上并绑扎，接着将步骤1制备的混凝土均匀浇筑于钢模内，合模后采用张拉机对预应力钢棒两端进行张拉，张拉力控制在钢棒抗拉强度的0.7倍，张拉完毕后两端用螺栓锚固；钢模内底面为锯齿形的毛面，内顶面为带拉毛槽的盖板，四周侧面均为光整的平面；

然后将张拉完毕后的钢模吊放于振动台上，使混凝土振动密实并成型；待混凝土初步凝结成型后，拆去钢模盖板，置于蒸汽养护池中养护至规定的脱模强度，接着进行预应力放张、脱模，最后将制好的混凝土装配式路面吊放至堆场自然养护，达到出厂规定的强度标准后就可作为成品运至现场使用。

以下结合具体实施例的施工与安装对本发明作进一步的说明。

实施例1、

对老旧道路的拆除改造，要先将破损的混凝土路面段凿除，混凝土装配式路面10四周的原有道路要切割平直，并在原道路处的对应处钻孔用以承插混凝土装配式路面10的预应力钢棒2和钢筋3。接着将混凝土装配式路面10下面层以下20cm范围内的基层清理干净，采用水泥土碎石稳定层作为新面板的基层，压实整平，控制基层的不平整度≤1cm。然后在混凝土装配式路面10预留出来的预应力钢棒2和钢筋3上涂布沥青并裹聚乙烯膜。采用汽车吊，通过吊装孔与专用吊具连接起吊，将混凝土装配式路面10的预留预应力钢棒2、钢筋3对准钻孔***安装，在四周填缝板4上灌入嵌缝料5，安装完成后的路面平整度应符合要求。最后采用掺早强剂、膨胀剂的水泥浆液，通过注浆孔对混凝土面板1与基层间的空隙进行填充加固，待注浆液从混凝土面板1底部四周的孔隙轻微泛出时，可停止注浆，此时路面板正式安装完成。待安装完毕一至二天后，可拆除围挡，开放交通。

实施例2、

当采用混凝土装配式路面10组装成完整的道路时，各单元的混凝土装配式路面10的混凝土面板1的所述两纵向侧面上开设有第一预留孔7，各所述第一预留孔7与相邻的所述混凝土装配式路面10上的预应力钢棒2相对应；横向侧面上开设有第二预留孔8，各所述第二预留孔8与相邻的所述混凝土装配式路面10上的钢筋3相对应(道路横向放置两块混凝土装配式路面10，并通过钢筋3和第二预留孔8相连接；纵向的混凝土装配式路面10则通过预应力钢棒2和第一预留孔7进行衔接)；

然后在混凝土装配式路面10预留出来的预应力钢棒2和钢筋3上涂布沥青并裹聚乙烯膜。采用汽车吊，通过吊装孔与专用吊具连接起吊，将混凝土装配式路面10的预留预应力钢棒2、钢筋3对准已经放置好的混凝土装配式路面10的第一预留孔7和第二预留孔8***安装，在四周填缝板4上灌入嵌缝料5，安装完成后的路面平整度应符合要求。最后采用掺早强剂、膨胀剂的水泥浆液，通过注浆孔对混凝土面板与基层间的空隙进行填充加固，待注浆液从混凝土面板底部四周的孔隙轻微泛出时，可停止注浆，此时正式安装完成。待安装完毕一至二天后，可拆除围挡，开放交通。

实施例3、

当要拆除采用混凝土装配式路面组装成完整的道路的破损单元时，可先将破损的混凝土装配式路面单元拆除，其余装配步骤同实施例2。

以下表1为本发明的实施例和对照例的混凝土组分配比，表2为本发明的实施例和对照例制备得到的混凝土的检测性能对比，表3为采用实施例4配制的混凝土制备的不同路面板性能对比。

表1、实施例与对照例混凝土配合比 单位(份)

表2、实施例与对照例混凝土检验结果

通过上述表1和表2中实施例与对照例的试验结果分析，用于制作本发明路面板的混凝土，在各组分配比合理的情况下，材料的性能得以充分发挥，配制出的混凝土性能相当可观。其抗压强度能够达到C80以上，在抗碳化、抗侵蚀性、抗冻性等方面，均有不俗的表现。

表3、实施例与对照例性能参数对比

通过上述表3中实施例与对照例的试验结果分析，在混凝土组分相同的情况下，预应力混凝土路面板的性能优势明显优于连续配筋混凝土。在施加预应力后，路面板在相同荷载下产生的挠度更小，产生拉应力的区域更小，混凝土路面的弯拉强度得到较大的提升，抗疲劳性能更好。而且，其对混凝土、钢材的材料消耗更小，在经济性上同样具有很大的优势。

综上，本发明具有以下优点：

1、本发明制作的一种先张法预应力混凝土装配式路面，只需要在平整后的基层上直接安装预制好的混凝土装配式路面，不需要经过施工现场的钢筋绑扎、浇筑、振捣及混凝土养护、切缝等工序，大大缩短了建设工期，降低了现场的人力成本。这不仅适用于对损坏的旧水泥路的拆除维修，也适用于新道路的快速施工，能够尽早开放交通，大大缓解重载交通路段的交通压力，缩短了建设维护工期。

2、本发明制作的一种先张法预应力混凝土装配式路面，由于在制备时即对预应力钢棒进行张拉，预应力钢棒将受到的张拉力传递到混凝土面板，对其施加了预压应力，提高了混凝土截面的抗弯拉强度，从而抵消一部分因轮载和温度而产生的弯拉应力。因而在相同的荷载作用下，预应力混凝土面板的厚度要薄得多(10-20CM)，一般为普通混凝土路面厚度的50％左右。预应力也使得混凝土面板的长度能够根据实际需求大大加长，长度能够达到10m以上，这就大大减少了混凝土路面的纵向接缝。除了能够节省混凝土用量外，预应力混凝土路面的用筋量也远少于连续配筋的水泥混凝土路面。

3、本发明采用预应力钢棒作为主筋，其一端固定在混凝土面板的纵向一侧，另一端作为传力杆，可以在邻侧混凝土面板的预留孔或钻孔内滑动，从而能在两块混凝土面板之间传递行车荷载，这就大大减小了错台现象的发生，同时也能够增加相邻混凝土块之间的应力传递，使相邻混凝土面板共同受力，防止混凝土路面局部受力较大而造成混凝土路面的不均匀沉降、断板等。此外，通过混凝土面板四周的预留注浆孔，在混凝土面板安装固定后对混凝土面板板底与基层路基之间的空隙进行注浆填充，使基层路基与路面形成稳固的整体，避免了板底脱空的情况发生。

4、本发明在混凝土中掺入硅灰及粒化高炉矿渣粉，两种掺和料中的活性成分与水泥中的氢氧化钙反应生成铝硅酸钙等水化产物。能使混凝土的抗压、抗弯和劈裂抗拉强度得到增强。此外，硅灰具有很好的填充效应，能够提高混凝土的密实性，还能显著改善混凝土的碱—集料反应，保持后期强度的稳定增长。加入的聚羧酸减水剂及引气剂组分，在低用水量的情况下，使得混凝土粘度降低，并引入一定量均匀分布的微小气泡，可以降低混凝土的热传导性，增强混凝土的体积稳定性、抗冻性、抗盐渍性、抗渗性等性能，保证了装配式路面具有较好的耐久性和较长的使用寿命。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种先张法预应力混凝土装配式路面，其特征在于：所述混凝土装配式路面的包括混凝土面板、预应力钢棒、钢筋、填缝板、嵌缝料、注浆液，所述预应力钢棒纵向布置，且与横向分布的钢筋绑扎，均匀布设在混凝土面板内，各所述预应力钢棒的两端延伸出所述混凝土面板的纵向侧面，各所述钢筋的一端延伸出所述混凝土面板的横向侧面；

所述混凝土面板的周边设置有填缝板，且各所述填缝板位于相邻的所述混凝土装配式路面之间的接缝处，所述填缝板上灌注有嵌缝料；各所述预应力钢棒和钢筋均穿设过对应的填缝板；

所述混凝土面板上穿设有注浆孔，各所述注浆孔用于注入注浆液；所述混凝土面板的反面通过注浆液与底部的基层相连。

2.根据权利要求1所述的一种先张法预应力混凝土装配式路面，其特征在于：所述混凝土面板的原料及其重量份为：水泥200-400份，矿物掺合料100-200份，粗骨料1100-1300份，细骨料500-800份，水100-200份，减水剂5-15份，引气剂3-8份。

3.根据权利要求2所述的一种先张法预应力混凝土装配式路面，其特征在于：所述水泥选用42.5硅酸盐水泥；所述粗骨料为级配碎石，且最大粒径不大于25mm，含泥量≤0.5％；所述细骨料为砂，所述砂选用细度模数2.5-3.0，含泥量≤1％的天然河砂；所述矿物掺合料由重量比1:2的硅灰与S95粒化高炉矿渣粉组成。

4.根据权利要求2所述的一种先张法预应力混凝土装配式路面，其特征在于：所述减水剂采用聚羧酸高性能减水剂；所述引气剂为AH系列。

5.根据权利要求1所述的一种先张法预应力混凝土装配式路面，其特征在于：所述两纵向侧面上开设有第一预留孔，各所述第一预留孔与相邻的所述混凝土装配式路面上的预应力钢棒相对应。

6.根据权利要求1所述的一种先张法预应力混凝土装配式路面，其特征在于：所述钢筋一端延伸出的横向侧面上开设有第二预留孔，各所述第二预留孔与相邻的所述混凝土装配式路面上的钢筋相对应。

7.根据权利要求1所述的一种先张法预应力混凝土装配式路面，其特征在于：所述混凝土面板的板厚为10-20cm，所述混凝土面板正面为带拉毛槽的平面，反面为锯齿形的毛面，四周侧面均为光整的平面。

8.根据权利要求7所述的一种先张法预应力混凝土装配式路面，其特征在于：所述混凝土面板正面的拉毛槽宽度为2-3mm，深度为1-2mm，拉毛槽沿所述混凝土面板横向设置，所述拉毛槽之间的间距为2-3mm。

9.根据权利要求1所述的一种先张法预应力混凝土装配式路面，其特征在于：所述填缝板采用海绵橡胶泡沫板，嵌缝料采用焦油型聚氨酯嵌缝料，注浆液采用掺早强剂及膨胀剂的水泥浆。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种先张法预应力混凝土装配式路面的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

步骤1、混凝土的制备：

将粗骨料、细骨料投入强制式搅拌机中搅拌均匀，接着投入水泥、掺合料，加入10％的水后开始搅拌，然后继续添加剩余水与减水剂、引气剂的混合物持续搅拌3-4分钟，最后制得坍落度在70-120mm的混凝土；

步骤2、制作路面板：

先将横向分布钢筋通过预制垫块均匀安放在钢模上，再将预应力钢棒穿过钢模两端的孔纵向置于横向分布钢筋上并绑扎，接着将步骤1制备的混凝土均匀浇筑于钢模内，合模后采用张拉机对预应力钢棒两端进行张拉，张拉力控制在钢棒抗拉强度的0.7倍，张拉完毕后两端用螺栓锚固；钢模内底面为锯齿形的毛面，内顶面为带拉毛槽的盖板，四周侧面均为光整的平面；

然后将张拉完毕后的钢模吊放于振动台上，使混凝土振动密实并成型；待混凝土初步凝结成型后，拆去钢模盖板，置于蒸汽养护池中养护至规定的脱模强度，接着进行预应力放张、脱模，最后将制好的混凝土装配式路面吊放至堆场自然养护，达到出厂规定的强度标准后就可作为成品运至现场使用。

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