混凝土预制块铺面接缝渗水特性试验研究.pdf
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1、公路交通技术2 0 1 2年 8月 第4期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t A u g 2 0 1 2 N o 4 混凝土预制块铺面接缝渗水特性试验研究 王火明 , 蔡丛兵 , 王在杭 , 周 刚 ( 1 招商局重庆交通科研设计院有限公司, 重庆4 0 0 0 6 7 ; 2 云南路桥股份有限公司, 昆明6 5 0 2 0 0 ; 3 重庆交通大学 , 重庆4 0 0 0 7 4 ) 摘要 : 混凝土预制块铺面被 广泛应 用于城 市人行 道 、 小 区、 公 园和景 区路 面铺 装 , 预制 块铺 面存在
2、 大量 不连 续接 缝, 致使其渗水特性与传统的沥青路面和水泥路面有很大不同。针对混凝土预制块铺面接缝的渗水特性开展试验 研究, 研究接缝材料和接缝宽度对渗水系数的影响, 实测不同类型接缝在不同时间段 内的渗水量, 在此基础上提 出 预制块铺面的设计渗水 系数和渗水量计算方法。通过室内模拟降雨试验研究预制块铺面的排水特性, 针对混凝土 预制块 用于高速公路 紧急停 车道提 出典型 的路 面结构 内部排水方案。 关键词: 道路工程; 预制块铺面; 路面接缝; 渗水 系数; 试验研究 文章 编号 : 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 0 0 4 0 6 中图分类号
3、 : U 4 1 6 2 1 6 文献标识码 : A E x p e r i me n t a l S t u d y o n Se e p a g e Ch a r a c t e r i s t iC S o f P a v e me n t J o i n t s o f Pr e c a s t Co n c r e t e Bl o c k s W ANG Hu o mi n g。 , CAI Co ng b i n g ,W ANG Z a i h a ng ,ZHOU Ga n g Abs t r ac t :Th e p a v e me n t o f pr e c a s
4、t c o n c r e t e b l o c k s i s e x t e n s i v e l y a p p l i e d f o r p a v e me n t o f r o a d s u r f a c e s o f c i t y s i d e w a l k s , r e s i d e n t i a l a r e a s ,g a r d e n s a n d s c e n i c s p o t s P l e n t y o f d i s c o n t i n u o u s j o i n t s e x i s t i n g i n
5、t h e p a v e me n t o f p r e c a s t c o n c r e t e b l o c k s l e a d t o bi g d i f f e r e n c e f r o m c o n v e n t i o n a l a s p h a l t a n d c e me n t r o a d u rfa c e s i n s e e p a g e c h a r a c t e r i s t i c s Th i s pa p e r d e v e l o p s e x p e r i me n t a l s t u d y
6、i n a l l u s i o n o f s e e p a g e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p a v e m e n t o f p r e c a s t c o n c r e t e b l o c k s ,i n c l u d i n g r e s e a r c h o n i n fl u e n c e s o f j o i n t i n g ma t e ri a l s a n d j o i n t i n g w i d t h o n p e r m e a b i l i t y c o e
7、ffic i e n t s a n d p r a c t i c a l m e a s u r e me n t for s e e p a g e s o f d i f f e r e n t t y p e s o f j o i n t s i n d i f f e r e n t p e r i o d s o f t i m e ,a n d o n t h a t b a s i s p r o p o s e s c o m p u t i n g m e t h o d s fo r d e s i g n p e r me a b i l i t y c o e f
8、fi c i e n t s a n d s e e p a g e s o f t h e p a v e me n t o f p r e c a s t a s ph a l t b l o c ks W i t h i n d o o r r a i n f a l l s i mu l a t i o n t e s t ,t h e p a p e r s t u d i e s d r a i n a g e c ha r a c t e ris t i c s o f t h e p a v e me n t o f p r e c a s t b l o c k s,a n
9、d p u t s f o r wa r d a t y p i c a l pl a n f o r i n t e r n a l d r a i n a g e o f r o a d s u r f a c e s t r u c t u r e a g a i n s t a p p l i c a t i o n o f p r e c a s t c o nc r e t e b l o c k s i n e me r g e n c y s t o p l a n e s o n e x p r e s s wa y s Ke y w o r d s :r o a d w o
10、 r k s ;p a v e m e n t o f p r e c a s t b l o c k s ; j o i n t s o n r o a d s u rf a c e ;p e r m e a b i l i t y c o e ffic i e n t ; e x p e r i me n t a l s t u d y 大量研究和实践表 明, 进入路面结构 内部的水 是造成或加速路面损坏的主要原因。将渗入路面结 构内的水迅速排 出, 有利于防止病害产生 , 延长路面 使用寿命 。研究路 面渗水特性是必要的 , 因为它是 进行路面内外部排水设计的基础和依据。不 同的路 面结
11、构其渗水特性也不同。例 如, 沥青路面渗水主 要与路表混合料的空隙特征及其分布有关 ; 水泥路 基金项 目: 云南省交通科技项 目( 2 0 0 9 0 0 2 1 0 0 8 ) 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 2 1 9 作者简介 : 王火明( 1 9 8 2 一 ), 男 , 湖北省黄冈市人 , 在读博士 , 工程师 面渗水主要是与路面板接缝 的渗水性有关 。对于混 凝土预制块铺面而言 , 由于路表接缝较 多且接缝通 常又是由透水或半透水性材料填筑 , 使 用过程 中不 可避免地面临接缝渗水的问题 。由于接缝 的不 连续性和接缝本身特性 ( 材料和缝宽 ) 存在差异 , 使 得预制块
12、路面的渗水问题变得复杂 。因此 , 研究 混凝土预制块铺面接缝 的渗水特性 十分必要 , 是进 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第4期 王火明, 等 : 混凝土预制块铺面接缝渗水特性试验研究 5 行预制块路面结构内部排水设计 的基础。 本文针对混凝土预制块铺面接缝 的渗水特性展 开试验研究 , 重点研究了接缝填料类型和接缝宽度 对渗水系数 的影 响, 在此基础上提 出了混凝 土预制 块铺面的设计渗水系数和渗水量计算方法。最后 , 针对混凝土预制块用于高速公路紧急停车道提出了 典型的路面结构内部排水方案。 1 预制块铺面接缝渗水特性室内试验 1 1
13、 试 验设计 为了研究混凝 土预制块铺面接缝 的渗水 特性 , 笔者设计 了几种不 同宽度和不 同填料 的接缝形式 , 接缝类型参数见表 1 。通过测试渗水系数和渗水量 来研究接缝的渗水特性 , 然后通过室 内模拟降雨试 验研究预制块铺面的排水特性。 接缝砂应采用级配良好 、 清洁 、 坚硬的天然砂或 机制砂 。接缝砂细度模数宜为 1 6 3 0, 最大粒径 应小于 4 7 5 m m, 含 泥量控制在 5 以内, 含水量小 于 3 , 级配应符合表 2要求 。 1 2 试验结果与分析 1 2 1 接缝类型对渗水系数的影响 为了研究接缝材料类型对渗水性 的影响 , 将接 缝宽度定为 5 m m
14、, 并采用路面渗水系数测试仪进行 渗水系数试验 。渗水仪底座透水区域为一直径为 1 5 0 m m 的圆形 , 透水 区域包含 2条相互垂直 的接 缝 , 总长度为 2 9 5 c m。试验结果见表 3及 图 1 。 从试验结果可以看 出, 预制块路面接缝的材料 类型对渗水系数影 响较大。纯粹采用细砂的接缝 , 渗水系数最大, 约为 1 0 6 9 m L ( m i n c m) ; 其次是细 砂+ 水泥接缝 , 渗水系数约为 6 5 1 mr ( mi n c m) ; 渗水 系数 最小 的是 乳化沥青 砂浆接缝 , 约为 4 5 3 mL ( m i n c m) 。因此 , 从减少路
15、面渗水角度考虑 , 采用水泥+ 细砂和乳化沥青砂浆作为填缝料要 比单 纯采用细砂优越。 1 2 2接缝宽度对渗水系数 的影响 为了进一步研究接缝 宽度对渗水系数 的影响 , 针对 3种接缝材料 , 选择 了 5种不同的接缝宽度进 行渗水系数试验 , 试验结果见表 3 、 表 4及图 2 。 从试验结果看 , 接缝宽度对预制块路 面渗水 系 数影响较大 。接缝越宽 , 路 面渗水系数越大。对 于 细砂接缝 , 当接缝宽度 由 5 m m增大为 8 m m时 , 渗 水 系数增大 了3 9 6 ; 对于细砂+ 水泥接缝 , 当接缝 表 1 混凝土预制块铺面接缝类型及参数 表 2 混凝土预制块铺面接
16、缝砂级配范 围 筛孔尺寸 m m 4 7 5 2 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 1 5 0 0 7 5 接缝填料类型 接 mL 表 4不同类型接缝在不 同接缝宽度下的渗水 系数 基于以下接缝宽度( m m) 的 接缝填料类型 渗水系数 ( m L( m i n c m) ) 2 5 8 1 0 1 2 细砂 7 6 8 1 0 7 2 1 4 1 6 l 5 5 3 1 6 4 6 水 泥+ 细砂( 1: 4 ) 3 6 8 6 5 4 8 7 6 9 4 8 1 0 2 6 乳化沥青砂浆 2 8 4 4 4 9 6 5 7 7 5 6 8 6 6 1 * 。 细砂接缝 水泥+ 细砂
17、 乳化沥青砂浆 接缝填料类型 图 1 不 同类型接缝缝宽为 5 m m时 的渗水系数 一 +细砂接缝 一乳化沥青砂浆接缝 2 5 8 1 O 1 2 接缝 宽度 m m 图2 不同类型接缝在不同接缝宽度下的渗水系数 宽度 由 5 m m 增 大 为 8 m m 时, 渗水 系数 增 大 了 7 7 7 ; 对于乳 化沥青 砂浆 接缝 , 当接 缝宽 度 由 5 l1 一 昌。 一 昌一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 公路交通技术 2 0 1 2鱼 m m增大为 8 mm时 , 渗水系数增 大了 5 8 1 ; 对于 3种类型 的接 缝 , 当接缝宽 度 由
18、 1 0 mm增加 到 1 2 m m时 , 渗 水 系数 增 加 幅度 分别 为 5 7 、 8 2 、 1 4 6 , 增加幅度有所减缓 。 因此 , 对于混凝土预制块路面而言, 合理的接缝 宽度对于控制路面渗水具有关键作用。从试验结果 看 , 接缝宽度为 5 mm较为合理 。接缝宽度过小 , 实 际施工时会影响填缝料的灌注 , 进 而影 响施工质量 和效率 , 且也不利 于块体路 面“ 拱效应 ” 的形成 ; 接 缝宽度过大 , 路面渗水严 重, 容 易导致垫层砂 的流 失 , 致使路 面脱空 , 导致路 面损坏 , 且也不利于块 体 路面“ 拱效应” 的形成 , 7 - 8 。 1 2
19、 3 不同接缝类型不同时间段的渗水量 考虑以上 3种接缝类型 , 在接缝宽度分别 为 2 、 5、 8 mm, 路面持续积水 3 O 、 6 0 、 9 0、 1 2 0 、 2 4 0 rai n情况 下的渗水量。试验采用路面渗水系数测试仪进行 , 以橡皮泥作为封水 材料 , 渗水 区域为直径 1 5 0 m m 的圆形 , 含 2条相 互垂直的接缝 , 接缝 宽度分别 为 2、 5 、 8 mm, 接 缝长度 分别为 2 9 8 、 2 9 5 、 2 9 2 e m。 试验结果见表 3 、 表 5及图 3 5 。 表 5不同类型接缝在不同时间段 内的渗水量 接缝填料 接缝宽度 不同时间段
20、( ra i n ) 的渗水量 L 类型 m m 3 0 6 0 9 0 1 2 0 2 4 0 由I * 图 3 接缝宽 2 m m在不 同时间段 内的渗水量 8 0 7 0 6 0 5 0 *4 0 3 O 2 0 1 0 0 图 4 接缝宽 5 m m在 不同时 间段 内的渗水量 1 2 O 1 O 0 8 0 6 O 骢4 O 2 O 0 图 5 接缝 宽 8 m m在不 同时间段 内的渗水量 从试验结果看 , 接缝宽度 为 2 m m时 , 当采用细 砂作为接缝填料 , 4 h累计渗水量接近 4 9 L; 而采用 水泥+ 细砂和乳化沥青砂浆作为接缝填料时 , 4 h累 计渗水量分别仅
21、为 2 4 L和 1 5 L , 相 比细砂接缝 , 渗 水量分别减少 了 1 2和 3 4 , 表明填缝材料对接缝 渗水影响极大 。此外 , 水泥+ 细砂 2 m m宽接缝的渗 水量与乳化沥青 5 mm宽接缝的渗水量相 当。 从图 35可以看出, 混凝土预制块路面接缝 的 渗水量与渗水时间呈近似线性增长 的关系 , 表明接 缝渗水系数并未随渗水时间的延长而发生大的改 变。换句话说 , 混凝土预制块路面接缝 的渗水系数 不会 因渗水时间的延长而发生衰减 , 接缝 的渗水能 力具有相对稳定 的特点 , 当然得 出这一结论 的前提 是必须保持接缝完好。 2 预制块路面渗水参数研究 2 1 设计渗水
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